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Q960超高强钢多道焊接头残余应力的数值研究
摘要
本文针对Q960超高强钢多道焊接头残余应力的问题展开研究，采用有限元数值模拟方法，分析了多种焊接工艺参数对焊接头残余应力的影响。结果表明，焊接头残余应力与焊接热输入、焊接序列、焊接速度等多种焊接工艺参数有关。在实际生产中，应根据具体情况选择恰当的焊接工艺参数，以减小焊接头的残余应力，提高焊接头的性能。
关键词：Q960超高强钢；多道焊接头；残余应力；数值模拟
Abstract
Thispaperaimstostudytheresidualstressofmulti-passweldingjointsonQ960ultra-high-strengthsteel,usingnumericalfiniteelementsimulation.Theeffectsofvariousweldingparametersontheresidualstressoftheweldingjointwereanalyzed.Theresultsshowthattheresidualstressoftheweldingjointisrelatedtotheweldingheatinput,weldingsequence,weldingspeed,andotherweldingparameters.Inactualproduction,appropriateweldingparametersshouldbeselectedaccordingtospecificconditionstoreducetheresidualstressoftheweldingjointandimprovetheperformanceoftheweldingjoint.
Keywords:Q960ultra-high-strengthsteel;Multi-passweldingjoint;Residualstress;Numericalsimulation
1.引言
Q960超高强钢具有优异的机械性能和广泛的应用前景，但由于其强度高、韧性差等特点，焊接过程会产生残余应力，在使用过程中可能会导致焊接头开裂或形变。因此，焊接头残余应力的研究对于提高焊接头的性能和延长其使用寿命具有重要的意义。
目前，多种工艺已应用于Q960超高强钢的焊接，例如手工电弧焊、埋弧焊和气体保护焊等。这些焊接工艺的参数选择对焊接头残余应力的影响不同。有限元数值模拟方法已被广泛应用于焊接头残余应力的研究中，成功地解决了许多焊接头残余应力相关问题。
本文采用有限元数值模拟方法，研究Q960超高强钢多道焊接头残余应力的数值模拟，对焊接工艺参数的影响进行了分析，以期为实际生产提供更有效的焊接工艺参数选择和改进方案。
2.数值模拟方法
有限元数值模拟方法是目前最常用的焊接头残余应力分析方法。在本次研究中，采用ANSYS有限元软件模拟Q960超高强钢多道焊接头的焊接过程，研究其焊接头残余应力的大小和分布情况。模型中采用8节点SOLID元素及SHELL181壳单元构建模型，表现材料的弹塑性行为，考虑材料的温度-应力耦合效应。在建立的有限元模型中，将材料及边界条件等结构参数设定为实际值，以模拟真实焊接过程。
3.数值模拟结果与分析
在本次数值模拟中，将焊接工艺参数依次进行改变，分别计算残余应力值，并对其进行详细分析。
3.1.焊接热输入对残余应力的影响
焊接热输入对焊接头的残余应力影响较大。图1显示了不同热输入时残余应力分布图。由图可知，随着焊接热输入增加，焊接头残余应力逐渐增加。当焊接热输入大于某一阈值时，焊接头残余应力达到极限值，出现焊接头变形、裂纹和变色等问题。
图1：不同热输入对焊接头残余应力的影响
3.2.焊接速度对残余应力的影响
焊接速度对焊接头残余应力的影响也是显著的。图2显示了不同焊接速度下焊接头残余应力的分布情况。在同等焊接热输入的条件下，随着焊接速度的增加，焊接头的残余应力逐渐降低。当焊接速度达到一定值后，残余应力趋于稳定，并不再随速度变化而发生明显变化。
图2：不同焊接速度对焊接头残余应力的影响
3.3.焊接序列对残余应力的影响
焊接头的焊接序列也会对其残余应力的大小产生影响。除了直线焊接头外，多道焊接序列也常用于Q960超高强钢的焊接中。图3显示了不同焊接序列下焊接头残余应力的分布情况。当采用加强通道焊接序列时，焊接头的残余应力较小。这是因为加强通道焊接序列使得焊接过程中温度变化较为均匀，从而减小了焊接头的残余应力。
图3：不同焊接序列对焊接头残余应力的影响
4.结论
本文采用有限元数值模拟方法，研究了Q960超高强钢多道焊接头的焊接残余应力问题，并分析了焊接热输入、焊接速度和焊接序列等焊接工艺参数对其影响。研究结果表明：
1.焊接热输入对焊接头残