基于SYSWELD的焊后熱處理應力分布計算

白海青

（東營市特種設備檢驗所，山東 東營 257091）

熱處理是將金屬加熱到一定溫度，并在此溫度下恒溫一定時間，然后以各種不同的冷卻速度冷卻到常溫，以改變金屬內部的組織及應力狀態，達到改善金屬材料或設備性能的一種處理方法。如果按傳統的實驗方法去做太費時費力，所以采用基于SYSWELD數值模擬方法，只要通過少量驗證試驗來證明數值方法在處理某一問題上的適用性，那么大量篩選工作便可通過計算機進行，而不必在工廠或實驗室里進行大量的試驗工作。

一、基于SYSWELD的焊后熱處理

SYSWELD是完全實現了機械、熱傳導和金屬冶金的耦合計算的計算機模擬開發系統軟件。SYSWELD提供了多種焊接和焊接模擬的計算方法，在焊接中可以模擬幾乎所有的熔化焊、點焊、多道焊及焊接裝配變形等問題。SYSWELD具有獨有的向導技術，借助于裝配模擬向導，SYSWELD能實現對復雜組合模型焊接后應力和變形的分析，有效地解決了計算模型過大的問題，在計算模擬的速度、易用性、精度、實用性上取得了完美的統一。

二、實驗與程序設計

（一）工藝實驗

工藝實驗儀器有，WS-315B鎢極氬弧焊焊機，QG-2A金相試樣切割機。實驗材料為低碳鋼板Q235 ，尺寸為100mm×50mm×6mm。焊接工藝參數取值為：焊接電流130A ，電弧電壓17V，焊接速度5mm/s。在氬弧焊機上先調節電流為130A試焊，等電流電壓穩定后再進行焊接，焊接時記錄下焊接的實際電流I和電壓V。

（二）熱處理工藝設計

采用低碳鋼Q235，厚度為6mm。根據材料查出國標關于Q235材料熱處理溫度和時間范圍的規定。保溫溫度的范圍是600~640度，保溫的時間根據公式0.04σ/h=t(2.1)可以計算出。當焊件的厚度小于50mm時，σ×0.04/h就是最短的保溫的時間。當焊件的厚度大于50mm時最短的保溫的時間公式是（σ+150）/100(h)。所以根據公式σ×0.04/h計算出焊件的保溫時間為不少于15分鐘。根據這幾組數據可以得出關于不同時間不同溫度熱處理后焊接應力大小的對比，也可以得出相同溫度不同時間熱處理的對比。根據不同的對比可以得出相對最佳的熱處理時間和溫度點。

（三）模型選取

選取合適的熱源模型在數值模擬中是非常關鍵的。按照熱源作用方式的不同，可以將焊接熱源分為四種焊接熱流分布模式，即均勻分布 、高斯分布、衰減分布和結合型分布。均勻分布與實際焊接過程中的熱流分布特征不太相符 ，而衰減分布僅見于激光焊的數值模擬中且應用不廣 。所以基于實際選用高斯分布熱源。

三、結果及分析

（一）溫度場的分析

建立好模型和校核熱源后進行計算，計算得到的熔池深度為板厚的一半，熱源模型參數比較適合。實際焊接焊件的熔深與模擬出的熔深相比基本相同，所以本次模擬是與實際比較貼近的，模擬出的數據是具有參考價值的，可以反映實際的焊件的相關數據。代替實際繁瑣的實驗。

（二）熱處理時間的影響

計算出了最短的保溫時間15min后，為更好的反映結果，在設計了30和60min保溫時間。所以有下面三種情況。（1）確定熱處理溫度為600℃，分別保溫15，30，60min。（2）確定熱處理溫度為620℃，分別保溫15，30和60min。（3）確定熱處理溫度為640℃，分別保溫15，30和60min 。

熱處理的效果還是比較明顯的。在熱處理之后應力減小，但在材料Q235熱處理溫度分別保溫15，30和60min后，三個時間范圍的熱處理效果是相同的。保溫15min30min和60min的應力曲線重合在一起，變化不大。綜合上面試驗所示的結果，保溫30min和60min是沒有必要的，為節約時間降低成本，保溫15min就好。

（三）熱處理溫度的影響

不同的保溫溫度600，620和640℃對應力的影響區別很小，特別是在焊件的中間位置，不同溫度的影響區別更小。可以得出三個熱處理溫度600，620，640都一定程度上消除了應力，三個溫度消除應力的效果差不多。沒有明顯的差別。所以在熱處理溫度范圍內620和640℃是沒有必要的，為節約能源，提高效率和經濟效益，用600℃熱處理就好。

（四）小結

綜合試驗的數據，在實際的生產中有些熱處理的保溫時間保溫溫度是沒有必要的。當然在上面的數據中還有一些不足的地方，數據反映不夠明顯，對比不突出。出現這種情況主要是此次所用板材不夠大，熱處理時材料組織均勻化過快。還沒有很好的反映熱處理效果，總的來說，SYSWELD的應用為人們節約了很多時間和金錢，減少實驗工作量，減少實驗盲目性。對于保證焊接結構的質量和安可靠性，具有重大的經濟價值和現實意義。