论文部分内容阅读
薄壁不锈钢毛细管圆环是广泛使用于高温、高压、酸碱弱腐蚀性环境的密封元件,在制造此类毛细管圆环时,通常是将直管绕弯成环状,再利用焊接的方法将对口端面焊接起来,形成完整的封闭圆环。因此毛细管圆环的焊接方法和接头部位的性能成为了其密封性能好坏的关键。而闪光对焊由于其自身的特点和优势被广泛应用于该类环型件的对接。故本文针对薄壁不锈钢毛细管圆环,利用有限元软件ABAQUS模拟其闪光对焊的成形过程,并分析了工艺参数对焊件接头成形的影响。基于薄壁不锈钢毛细管圆环(1Cr18Ni9Ti)的基本力学性能参数,建立了材料的本构模型(Johnson-Cook模型)。解决了在建立薄壁不锈钢毛细管圆环闪光对焊模型的过程中关于算法选择、几何模型建立、单元类型选择与网格划分、载荷和边界条件等关键技术问题。基于ABAQUS/Explicit模块,建立了兼顾模拟精度和计算效率的薄壁不锈钢毛细管圆环闪光对焊成形过程的三维弹塑性有限元模型,并通过实验验证了模型的可靠性。在所建立的薄壁不锈钢毛细管圆环闪光对焊的有限元模型的基础上,系统地研究了焊接成形过程的应力应变以及焊件上质点位移的分布和变化规律。研究发现,焊件上的等效应力、等效塑性应变均随成形过程不断增大,且除距离对口端面0.2 mm及其附近区域出现轴向拉应力外,焊件其余部位全部受轴向压应力。等效塑性应变与焊件质点位移的分布规律相似,均在焊件对口端面处出现最大值,等效塑性应变最大值为1.102。基于上述三维有限元模型,研究了工艺参数对焊接成形过程接头部位飞边高度和斜度的影响,进而分析工艺参数对焊件接头成形的影响。研究发现,顶锻速度对焊件的接头成形影响不大;顶锻留量对接头成形的影响较为显著,顶锻留量越大则接头部位的塑性变形程度也越大,且当顶锻留量小于1.6mm时,焊件接头部位的塑性变形程度明显不足,不利于接头的成形;调伸长度对焊接过程的温度场和接头部位的成形都有影响,调伸长度越小,焊件轴向上的温度场分布越窄,当调伸长度为2.3 mm时,焊件接头部位的塑性变形程度最大,成形效果最好。