浙江至德钢业有限公司

不锈钢行情
您的当前位置:浙江至德钢业有限公司 网站浙江至德钢业有限公司 / 不锈钢行情 / 点焊规范对201不锈钢接头质量影响的数值模拟与实验研究

点焊规范对201不锈钢接头质量影响的数值模拟与实验研究

来源:至德钢业 日期:2020-05-09 22:10:36 人气:76

本文分别采用数值模拟方法与实验方法,研究了不同点焊参数下的201不锈钢点焊接头质量。研究结果表明,201不锈钢具有较宽的规范参数选择范围。软、硬不同的点焊规范下,焊接区温度场、残余应力场的分布规律相似,其中硬规范下对应的温度梯度和残余应力峰值较高。采用回火电流双脉冲点焊时,熔核组织发生再结晶细化,接头综合力学性能最好,硬规范次之,软规范最差。

1前言

201不锈钢(1Cr17Mn6Ni5N)是近年来研发的一种节镍型奥氏体不锈钢,它不仅保留了常规奥氏体不锈钢所具有的无磁性、无相变、性能优良等特点,并以其低廉的价格引起人们的关注。除在强氧化性介质、强酸和低温条件外,大部分300系列不锈钢均可用201替代。目前201不锈钢主要用于制造食品生产设备、普通化工设备与铁路车辆等。

点焊是薄壁件201不锈钢产品在制造过程中的主要加工手段,其接头质量不仅取决于点焊熔核尺寸,焊接区的显微组织、性能与焊接残余应力分布状态,对接头的承载能力和耐腐蚀性能等都有重要影响,因此如何选择合理的点焊参数对提高201不锈钢接头的使用寿命意义重大。

本文采用ANSYS有限元分析软件,比较了软硬不同的几种点焊规范下201不锈钢接头的应力分布特点与差别,并通过实验,分析了点焊规范对接头显微组织、硬度分布及拉剪能力的影响,为点焊接头质量的综合评定与参数的合理选择提供了依据。

2点焊过程的数值模拟

1.5mm201不锈钢为研究对象,事先通过点焊实验,优选出三个软硬不同的点焊规范和双脉冲点焊规范见表1,各规范都能保证获得满意的熔核尺寸。利用ANSYS有限元分析软件,模拟了上述规范下的接头温度场与应力场的变化,模拟方法详见参考文献2

2。 1点焊焊接区的温度分布

1是点焊加热结束时刻温度场的模拟结果。可以看出三种不同规范下的焊接区温度分布大体相同,熔核呈椭圆形,最高温度出现在贴合面中心部位。贴合面边缘与外围的温度梯度以硬规范最陡,软规范的热影响区最宽。双脉冲点焊规范的温度分布与普通规范时的基本相同。

201不锈钢熔点作为熔核边沿,模拟所获得的熔核尺寸与实验测得的结果见表2。实测时以精度为0.01mm的读数显微镜测量熔核尺寸,测量多点后取平均值。对比表2中数据可见熔核直径的模拟值比实验结果略大一些,误差在10%以内,而焊透率的模拟结果与实测值十分接近。

2.2焊接区的残余应力分析

模拟结果表明,加热过程以及冷却过程中,由于电极压力作用,焊接区沿轴向的应力始终为压应力。在电极抬起之后的继续冷却过程中,轴向压缩应力逐渐转化为拉伸应力,但几种规范下的轴向残余应力的水平均不高且相差不大。

2是沿熔核直径方向残余应力分布的模拟结果。可以看出几类不同规范下的径向残余应力分布规律大致相同,熔核中的应力高于外围热影响区中的应力。随点焊焊接电流的增大与焊接时间的缩短(规范变硬),接头的焊接残余应力峰值及高应力区域增大。采用回火双脉冲电流时的焊接残余应力与软规范时基本相同。

3点焊接头组织与性能的实验研究

3.1实验内容与方法

实验用201钢板的试件尺寸为150×30×1.5mm,焊前,对试件进行打磨处理。点焊在YR-350CM 2 HGE型固定式点焊机上进行,采用水冷铜合金锥形电极,端面直径6mm,上部直径16mm。焊接过程中保持电极压力5000N不变,焊接规范与模拟时完全一致。

焊后对各类点焊接头进行了金相组织与力学性能实验。以5%FeC l3和浓度为30%HCl混合溶液作为腐蚀剂制备焊点轴截面试样,用XJP-6A型金相显微镜观察点焊接头显微组织。在MH-3型显微硬度仪上测量熔核内、外的显微硬度分布,压头载荷50g,维持10s,测点位置如图3所示。接头拉剪实验在数控液压机上进行,每类规范各取四对拉剪试样,取其平均值。

3.2熔核显微组织

实验结果表明,以一次电流脉冲为基本特征的三种规范所获得的接头组织基本相同,熔核中全部由柱状晶组成,至贴合面柱状晶的对合面也未发现等轴晶。在熔核外围存在一个环状细等轴晶区,其竖直方向(沿电极轴线方向)宽度约200μm,而水平方向宽度不足100μm。该环状区域便是点焊热影响区,又称塑性环。

4为普通规范与双脉冲规范下熔核的显微组织。观察ab两图,可以看到有许多与柱状晶生长方向近乎垂直的黑色条纹,分析认为是在熔核冷却过程中,已经凝固的枝晶受电极压力的作用发生了横向切变滑移,黑色条纹应当是比较集中的滑移带。Cd为双脉冲规范下熔核中心及边缘的显微组织,不难看出,二次电流脉冲对熔核外围塑性环的大小几乎没有影响,熔核中的黑色条纹几乎完全消失,取而代之的是柱状枝晶间出现了许多细小的等轴晶,尤其在熔核端部,柱状晶几乎完全消失,呈现出均匀、细小的等轴晶粒。这是由于在二次电流脉冲加热时,这些部位被加热到再结晶温度以上,之前在熔核内部储存的塑性变形功促进了再结晶形核,使晶粒细化。熔核端部的塑性变形程度较大且温度梯度相对较小,因此再结晶程度充分且再结晶区域较宽。

3.3接头显微硬度分布

5是四种规范下接头显微硬度分布曲线,由图可以看出:

1)四条曲线都是在两个相同部位出现了硬度峰值,一处发生在熔核近轴线部位,一处发生在熔核与塑性环的交界部位。

2)点焊规范的软硬对接头显微硬度具有一定影响,硬规范下熔核中的显微硬度较高,普通规范次之,软规范最低。

3)经过二次电流脉冲后,熔核中心及端部由于回火再结晶显微硬度出现不同程度的降低,但对于塑性环区域的显微硬度影响不大。

3.4接头拉剪实验

拉剪断裂载荷及断裂方式见表3。拉剪强度以软规范最小、普通规范次之,硬规范稍大,双脉冲最大。断裂方式分为两种,软规范下沿贴合面断裂,其他三种规范均沿母材撕裂。硬规范所焊的接头撕开后发现板间的喷溅物最多,因此只要设备条件许可,选用普通规范电流双脉冲时点焊效果最为理想。部分拉剪断裂试样见图6

4结论

本文分别采用数值模拟方法及实验方法,对不同点焊参数下的201不锈钢点焊接头质量进行了综合分析,得出以下结论:

1)软、硬不同的点焊规范下,焊接区温度场、残余应力场的分布规律相似,其中硬规范下对应的温度梯度和残余应力峰值较高。

2)单脉冲点焊时,熔核组织为粗大的柱状晶,熔核中存在大量因压溃塑变而形成的滑移带。采用回火电流双脉冲点焊时,熔核中高于再结晶温度的区域形成细小的等轴晶,使接头性能得到优化。

3201不锈钢的点焊工艺性能良好,具有较宽的规范参数选择范围。其中普通规范电流双脉冲条件下,接头综合力学性能最好,硬规范次之,软规范最差。

4)实验与模拟所得的规律一致,所得数据基本吻合,验证了模拟方法的合理性及模拟结果的准确性。

本文标签:201不锈钢 

北京 天津 河北 山西 内蒙 辽宁 吉林 黑龙江 上海 江苏 浙江 安徽 福建 江西 山东 河南 湖北 湖南 广东 广西 海南 重庆 四川 贵州 云南 西藏 陕西 甘肃 青海 宁夏 新疆 台湾 香港 澳门
浙江至德钢业

扫一扫加微信

秒速赛车_永久网址9h123.com - 水立方冰场转换结构上午完工-中新网 江苏快三走势图 江苏11选5 皇冠篮球比分网 足球彩票 足球彩票 捕鱼大作战 捕鱼大作战 电竞比分网 篮球比分 篮球比分 皇冠足球比分 乐彩网 广东快乐十分走势图 四川快乐12走势图 浙江快乐12走势图 内蒙古快3 广西11选5 云南11选5 江西11选5 彩客网 500万彩票 搜狐彩票 手机捕鱼 抢庄牛牛 千炮捕鱼 雷速体育 七乐彩走势图 欧洲杯直播 三肖选一肖期期准 森林舞会游戏 天天斗地主