硬质合金具有高硬度、耐高温、抗腐蚀、耐磨损性好等优点,广泛应用于阀门、钻机等的密封装置、各种金属切削工具以及制造各种模具、量具和耐磨损机械零件等,并收到了显著的效果。但由于这些材料塑性、韧性、抗冲击性都较差,在与其他材料钎焊冷却过程中常会因材料的性能参数的不匹配而使接头处产生相当大的残余应力变形甚至产生裂纹,对于大面积硬质合金圆环,钎焊过程中更容易出现裂纹或开裂。为此,对硬质合金与其他材料钎焊后残余应力大小及分布进行预测具有一定的理论和实际意义。 本论文通过采用Marc非线性有限元软件,采用热弹塑性有限元方法,在考虑了材料性能参数随温度变化的情况下,对硬质合金圆环和钢体钎焊的接头区在冷却过程中的应力变化、应力分布及裂纹敏感区等进行了分析。并用微区X射线衍射法对接头附近的残余应力进行了测量以验证模拟的可靠性。 模拟结果表明:在焊后冷却过程中产生的轴向应力,周向应力对接头的强度影响较小,径向应力是接头破坏的主要因素。在钎缝与硬质合金一侧接触面上所受到的残余应力最大,在离硬质合金环内侧 0.4mm处径向拉应力达到最大,在环内侧轴向拉应力最大,在硬质合金环与钎缝一侧接触面的靠近中心侧区域为最危险区域。 研究了钎焊接头形状、钎缝厚度、缓冲层、钎焊压力及构件的尺寸对焊后接头残余应力的影响,结果表明:在钢基体表面开工艺槽时,由于槽的拘束作用,焊后的残余应力与不开工艺槽相比都大大增加,从而对接头的强度不利;随着钎缝厚度的增加,焊后的残余应力逐渐减小,在厚度为 120μm时,焊后残余应力值最小,而后随着钎缝厚度的增加,应力值又逐渐增大,钎缝厚度存在最佳值;通过添加缓冲层,可以大大的缓解焊后的残余应力,且缓冲层的厚度存在最佳值。在能保证钎料对硬质合金表面润湿的前提下,钎料层越薄,对减少焊后残余应力越有利;在硬质合金上施加一定的压力,可以有效的降低焊后残余应力。在一定范围内增加压力,焊后残余应力减小;构件尺寸越大,钎焊面积越大,焊后的残余应力也越大。 采用美国AST公司生产的X—2001二维应力分析仪对硬质合金圆环两