【摘 要】
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金属层状复合材料具有单一层材料无法达到的综合性能如高强度、高韧性和耐腐蚀等并且成本较低,是重大装备制造业应用的重要工程结构材料之一。焊接是复合材料重大装备制造的必要金属加工工艺,复合材料焊接接头残余应力与其焊接质量关系密切。文中进行了16mm(基层13mm,覆层3mm)板厚304/Q345R复合板V型坡口、TIG多层多道焊接工艺试验;采用超景深金相显微镜观测与分析了焊接接头微观组织;测试与分析了焊
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金属层状复合材料具有单一层材料无法达到的综合性能如高强度、高韧性和耐腐蚀等并且成本较低,是重大装备制造业应用的重要工程结构材料之一。焊接是复合材料重大装备制造的必要金属加工工艺,复合材料焊接接头残余应力与其焊接质量关系密切。文中进行了16mm(基层13mm,覆层3mm)板厚304/Q345R复合板V型坡口、TIG多层多道焊接工艺试验;采用超景深金相显微镜观测与分析了焊接接头微观组织;测试与分析了焊接接头力学性能;采用ANSYS有限元分析软件、基于热弹塑性理论建立了304/Q345R复合板TIG多层多道复合板焊接三维数值模型;利用ANSYS有限元软件模拟了V型坡口与X型坡口复合板TIG焊接过程温度场和应力场;研究了不同坡口形式对复合板TIG焊接接头应力应变的影响;采用X射线衍射仪测定了复合板V型坡口TIG焊接接头表面残余应力,并将其测试结果与数值模拟结果进行了比较。研究结果表明:在304/Q345R复合板TIG多层多道焊接接头的焊缝中心区域存在较大残余拉应力,随着远离焊缝中心区域残余拉应力逐渐减小并变为残余压应力;V型坡口304/Q345R复合板TIG多层多道焊接接头残余应力小于X型坡口焊接接头的残余应力。V型坡口焊接接头纵向应力峰值为352MPa,而X型坡口接头纵向应力最大达到410MPa;304/Q345R复合板TIG多层多道焊接接头的Q345R碳钢侧的温度分布范围、高残余拉应力区域与304不锈钢侧相比较大。Q345R侧残余应力为345MPa,而304不锈钢侧残余应力是315MPa;X型坡口的304/Q345R复合板TIG多层多道焊接接头角变形量比V型坡口角变形量大;复合板TIG多层多道焊接过程数值模拟结果和试验结果基本吻合。文中进行的坡口形式对304/Q345R复合板TIG多层多道焊接接头残余应力影响的研究结果对复合材料焊接工艺制定具有指导意义。
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