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基于ANSYS的高强钢厚板对接焊缝热裂纹成因分析
摘要：
焊接技术是现代工业领域中较为重要的加工技术之一，但是随着各种材料的发展和要求的提高，焊接过程中热应力引起的热裂纹问题日益突出。本文以高强钢厚板对接焊接为研究对象，采用ANSYS有限元计算软件，对热裂纹成因进行分析与探究。研究结果表明，焊接时钢板的热应力是热裂纹形成的关键。在焊接前，应先做好预热处理，减小材料内部的应力，从而减少热裂纹的发生。
关键词：高强钢厚板；对接焊接；热裂纹；预热处理；ANSYS
一、引言
高强度钢板在现代工业中使用越来越广泛，但是由于其强度高、塑性低以及焊接过程的热变形加剧了板材的应力，从而容易引起热裂纹的产生。热裂纹不仅会对零件的使用寿命产生影响，而且也会增加制造的成本。为了解决这一问题，本文以高强度钢板对接焊接为例，选取ANSYS有限元分析软件，分析热裂纹形成的原因和对策。
二、高强度钢板对接焊接的热裂纹分析
（一）焊接工艺
本文主要采用TIG焊和MIG-MAG焊两种方法进行研究分析，TIG焊适用于薄板焊接，并具有焊接质量高、表面光洁度好、熔深度小的优点。MIG-MAG焊适用于厚板焊接和大量生产，并具有焊接速度快、工作效率高的优点。（如图1所示）
（二）ANSYS有限元分析
1、模型建立
采用矩形高强度钢板，设置传热边界为焊接顶部为加热边界，底部为等温边界，四周无限制边界，模型如图2所示。
2、材料性质
高强度钢板的机械性能参数如下：
弹性模量E=2.06*10^5MPa杨氏系数υ=0.23密度ρ=7.8*10^-3kg/m^3
热学性能参数如下：
导热系数k=30W/(mK)热膨胀系数α=1.2*10^-51/K
3、预热处理
采用有限元模拟分析得到，热应力是导致热裂纹的主要原因之一，那么可以采取预热的方法降低钢板的温度梯度，从而减小热应力的影响。预热后的钢板的温度场如图3所示。
4、热裂纹分析
热裂纹的形成通常分为两步，一是物理学的变形，二是抵抗变形的反应。变形包括塑性变形和弹性变形，抵抗变形主要是表现为热应力的行为，其力学分析如图4所示。
根据结果分析，热应力是导致热裂纹的原因之一，因此选择采用预热的方法减小钢板的温度梯度，并进行有限元分析，可以有效降低高强度钢板对接焊接中的热裂纹的发生。
三、结论
当高强度钢板进行对接焊接时，由于其硬度高，塑性低，因此很容易出现热裂纹的问题。通过ANSYS有限元分析，可以发现热应力是热裂纹形成的关键因素，而预热处理则可以有效减少热应力的影响，因此降低了热裂纹的发生概率。
综上所述，本文通过实验研究和数值模拟，对高强度钢板对接焊接的热裂纹形成原因进行了探究，并提出了热裂纹的治理方法，为高强度钢板的对接焊接提高了焊接质量和生产效率。
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