2023年第5期热加工www.mw1950.com86焊接与切割Welding&Cutting基于ANSYS的异种高强钢焊接温度场及应力场模拟分析艾铭杰，杜德志，白宇鹏，李海涛山东奥太电气有限公司山东济南250000摘要：在焊接过程中，高温移动的热源及随后的快速冷却，使得在焊缝及其附近区域产生了不均匀的温度场，由此产生残余应力场及变形。采用有限元软件ANSYS中单元生死技术和热-结构耦合技术对异种高强钢对接接头温度场及残余应力场进行数值模拟，得出焊接接头温度场、残余应力应变场分布情况，并分析了残余应力场与焊接裂纹的关系，为制定合理的焊接工艺提供了理论依据。关键词：ANSYS；焊接；数值模拟；残余应力；温度场1序言因高度集中的热输入，故在焊接过程中和焊后将产生很大的应力和变形。但焊接残余应力会严重影响钢结构的使用性能，因此对焊接残余应力进行计算和分析具有很重要的现实意义。本文在总结前人工作的基础上，结合数值计算的方法，运用有限元分析软件ANSYS对焊接温度场和焊接残余应力场进行了三维实时动态模拟研究。随着科学技术的发展，低合金高强度钢的应用越来越广泛。但随着强度级别的提高，钢材焊接稳定性下降、塑韧性变差、裂纹敏感性上升[1]。而焊接裂纹的产生主要是由于焊接残余应力分布不均匀，在应力集中区超过了屈服极限，因此才产生了裂纹源。大量的生产实践和理论研究表明，钢种的淬硬倾向、焊接接头氢含量及其分布、接头所承受的拘束应力状态是高强钢焊接时产生冷裂纹的三大主要因素[2]。本文采用MK•GHS-70焊丝、82%Ar+18%CO2气体保护焊的方法对Q890和Q960异种低合金高强钢进行焊接，运用大型模拟软件ANSYS对焊接接头进行有限元模拟，计算出对接接头的温度场及残余应力场的分布及大小，为结构设计方案和施工工艺的改进提供重要依据。2有限元模型的建立2.1模型的建立母材为Q890和Q960低合金高强度钢（以下简称Q890钢、Q960钢），尺寸为150mm×150mm×25mm。焊接材料为MK•GHS-70焊丝；焊接方法为82%Ar+18%CO2气体保护焊；焊接过程为单道焊；直Y形坡口；焊前不预热；环境温度为室温。本文为研究焊接残余应力的分布和大小对焊接裂纹位置和大小的影响，选择了一个根部裂纹率（21.7%）较大的试样参数进行有限元模拟，具体焊接参数见表1。基金项目：山东省重点研发计划（2020CXGC010207）。第一作者：艾铭杰，硕士，工程师，主要从事新研电源产品焊接工艺应用开发、焊割电源及系统的工艺性能测试，E-mail：893480231@qq.com。通信作者：李海...
