不锈钢薄板激光焊与电阻点焊数值模拟对比研究

【摘要】不锈钢材料由于具有高强度、耐腐蚀的特点，已被广泛应用于城市轨道交通行业，并带来了良好的社会经济效益。不锈钢轨道车辆车身焊接工艺也由原来的电弧焊为主发展为气体保护焊和电阻点焊为主。近年来，激光焊接以其特有的优势在轨道车辆制造领域逐步得到应用和推广。为了研究激光焊和电阻点焊两种焊接工艺在不锈钢轨道客车车身焊接上的应用，本文运用ANSYS有限元分析软件，建立了电阻点焊和激光焊有限元分析模型，对两种不同类型的焊接方法对比分析，结合生产实际计算在施加相同载荷条件下焊接接头的应力应变状态以及电阻点焊和激光焊的焊后残余应力，分析研究了两种不同焊接工艺在不锈钢轨道客车车身制造领域的应用和发展趋势。为了分析两种焊接方法焊后接头应力应变分布特点，残余应力大小和分布状况，分别对激光焊和电阻点焊不锈钢薄板接头沿X、Y、Z三向加载一定大小的力，以对比分析加载状态下两焊接方法的应力分布状况，得到结果如下：沿Y轴施加拉应力FY=3000N时，激光焊构件的最大应力SMX=305.013MPa，电阻点焊构件的最大应力SMX=360.609MPa；沿X轴施加拉应力FX=3000N时，激光焊接构件的最大应力SMX=310.237MPa，电阻点焊构件的最大应力SMX=325.899MPa；沿Z轴施加拉应力FZ=200N时，激光焊接构件的最大应力SMX=127.464MPa，电阻点焊构件的最大应力SMX=302.699MPa。有限元分析表明，激光焊接接头焊后的最大残余应力为207MPa，平均残余应力为12.3MPa；电阻点焊接头焊后最大残余应力为236MPa，平均残余应力为25.3MPa。由残余应力云图分析，激光焊构件焊缝残余应力分布比较均匀，基本不存在应力值突变的状况；电阻点焊构件残余应力分布不均匀，焊点外周残余应力水平普遍较高。根据前面分析结果，比较两种焊接接头残余应力大小和分布，激光焊接接头比电阻点焊接头性能更好。综上所述，在施加相同载荷条件下，与电阻电焊工艺相比，激光焊接接头的应力峰值更低，焊后的残余应力水平也更低，且在激光焊缝区域不存在明显的应力集中现象。应用同样的焊接工艺规范，在相同的工况条件下服役，激光焊接工艺获得的焊接接头比电阻点焊接头更适合于不锈钢高速轨道客车车身的焊接制造。
【作者】于超；
【导师】王文权；
【作者基本信息】吉林大学，材料加工工程，2014，硕士
【关键词】不锈钢；电阻点焊；激光焊；有限元；应力应变；

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