基于SYSWELD的焊后热处理应力分布计算

白海青

（东营市特种设备检验所，山东 东营 257091）

热处理是将金属加热到一定温度，并在此温度下恒温一定时间，然后以各种不同的冷却速度冷却到常温，以改变金属内部的组织及应力状态，达到改善金属材料或设备性能的一种处理方法。如果按传统的实验方法去做太费时费力，所以采用基于SYSWELD数值模拟方法，只要通过少量验证试验来证明数值方法在处理某一问题上的适用性，那么大量筛选工作便可通过计算机进行，而不必在工厂或实验室里进行大量的试验工作。

一、基于SYSWELD的焊后热处理

SYSWELD是完全实现了机械、热传导和金属冶金的耦合计算的计算机模拟开发系统软件。SYSWELD提供了多种焊接和焊接模拟的计算方法，在焊接中可以模拟几乎所有的熔化焊、点焊、多道焊及焊接装配变形等问题。SYSWELD具有独有的向导技术，借助于装配模拟向导，SYSWELD能实现对复杂组合模型焊接后应力和变形的分析，有效地解决了计算模型过大的问题，在计算模拟的速度、易用性、精度、实用性上取得了完美的统一。

二、实验与程序设计

（一）工艺实验

工艺实验仪器有，WS-315B钨极氩弧焊焊机，QG-2A金相试样切割机。实验材料为低碳钢板Q235 ，尺寸为100mm×50mm×6mm。焊接工艺参数取值为：焊接电流130A ，电弧电压17V，焊接速度5mm/s。在氩弧焊机上先调节电流为130A试焊，等电流电压稳定后再进行焊接，焊接时记录下焊接的实际电流I和电压V。

（二）热处理工艺设计

采用低碳钢Q235，厚度为6mm。根据材料查出国标关于Q235材料热处理温度和时间范围的规定。保温温度的范围是600~640度，保温的时间根据公式0.04σ/h=t(2.1)可以计算出。当焊件的厚度小于50mm时，σ×0.04/h就是最短的保温的时间。当焊件的厚度大于50mm时最短的保温的时间公式是（σ+150）/100(h)。所以根据公式σ×0.04/h计算出焊件的保温时间为不少于15分钟。根据这几组数据可以得出关于不同时间不同温度热处理后焊接应力大小的对比，也可以得出相同温度不同时间热处理的对比。根据不同的对比可以得出相对最佳的热处理时间和温度点。

（三）模型选取

选取合适的热源模型在数值模拟中是非常关键的。按照热源作用方式的不同，可以将焊接热源分为四种焊接热流分布模式，即均匀分布 、高斯分布、衰减分布和结合型分布。均匀分布与实际焊接过程中的热流分布特征不太相符 ，而衰减分布仅见于激光焊的数值模拟中且应用不广 。所以基于实际选用高斯分布热源。

三、结果及分析

（一）温度场的分析

建立好模型和校核热源后进行计算，计算得到的熔池深度为板厚的一半，热源模型参数比较适合。实际焊接焊件的熔深与模拟出的熔深相比基本相同，所以本次模拟是与实际比较贴近的，模拟出的数据是具有参考价值的，可以反映实际的焊件的相关数据。代替实际繁琐的实验。

（二）热处理时间的影响

计算出了最短的保温时间15min后，为更好的反映结果，在设计了30和60min保温时间。所以有下面三种情况。（1）确定热处理温度为600℃，分别保温15，30，60min。（2）确定热处理温度为620℃，分别保温15，30和60min。（3）确定热处理温度为640℃，分别保温15，30和60min 。

热处理的效果还是比较明显的。在热处理之后应力减小，但在材料Q235热处理温度分别保温15，30和60min后，三个时间范围的热处理效果是相同的。保温15min30min和60min的应力曲线重合在一起，变化不大。综合上面试验所示的结果，保温30min和60min是没有必要的，为节约时间降低成本，保温15min就好。

（三）热处理温度的影响

不同的保温温度600，620和640℃对应力的影响区别很小，特别是在焊件的中间位置，不同温度的影响区别更小。可以得出三个热处理温度600，620，640都一定程度上消除了应力，三个温度消除应力的效果差不多。没有明显的差别。所以在热处理温度范围内620和640℃是没有必要的，为节约能源，提高效率和经济效益，用600℃热处理就好。

（四）小结

综合试验的数据，在实际的生产中有些热处理的保温时间保温温度是没有必要的。当然在上面的数据中还有一些不足的地方，数据反映不够明显，对比不突出。出现这种情况主要是此次所用板材不够大，热处理时材料组织均匀化过快。还没有很好的反映热处理效果，总的来说，SYSWELD的应用为人们节约了很多时间和金钱，减少实验工作量，减少实验盲目性。对于保证焊接结构的质量和安可靠性，具有重大的经济价值和现实意义。