王军 刘世忠 康峰

摘要：针对金屬结构在焊后易产生残余应力和焊接变形的问题，以一种对焊钢制梁为例，采用有限单元法模拟埋弧焊焊后的残余应力和变形。结果表明，钢制梁焊后存在较大的残余应力，且纵向残余应力大于横向残余应力。以焊接结果为初始条件，分析是否考虑残余应力对校正后钢制梁应力分布的影响，结果显示校正后焊缝处仍存在较大的应力，因此焊接残余应力不能忽略。

关键词：埋弧焊;残余应力;变形校正;应力分布;有限单元法

0    前言

金属结构在焊接过程中，由于结构各部分膨胀收缩程度不同或在膨胀收缩时受到限制等原因，在焊缝金属和靠近焊缝的母材区域内会产生热应力和残余变形，影响结构的尺寸精度和受力特性。

焊接过程中的变形和残余应力可通过固有应变法、热塑性法和局部整体映射法进行理论计算[1]。由于复杂的焊接结构和焊接过程中的热力非线性等原因，具体工程分析时可借助ANSYS、ABAQUS和MSC.MARC等通用有限元平台进行二次开发[2-3]，或直接应用焊接专用软件SYSWELD[4-5]和Quick Welder[6]计算。现有文献多关注焊接过程的数值模拟，而对于焊接变形的校正关注较少。文献[7-8]使用ANSYS对不同焊接结构进行了变形校正模拟，但均忽略了焊接结构的残余应力。研究表明，有时残余应力甚至会超过材料的屈服应力[9]，因此是否可以忽略焊接残余应力有待商榷。

文中以一种对焊钢制梁（以下简称梁）为例，首先使用有限元软件ABAQUS（达索，2016）模拟埋弧焊焊接过程的残余应力和变形，然后以焊接结果为初始条件，对比分析焊接残余应力对校正后梁的应力分布的影响。……