第32卷第9期 2011年9月
TRANSACTIONSOFTHECHINAWELDINGINSTITUTION
Vol.32No.9 September 2011
爆炸消除中厚板焊接残余应力工艺数值模拟
管建军12，陈怀宁！
（1.中国科学院金属研究所，沈阳110016；2.辽宁石油化工大学机械工程学院，抚顺113001）
摘要：在对焊接温度场和应力场进行间接耦合求解焊接残余应力的基础上，采用 ANSYS11.0及其LS-DYNA非线性显式动力分析代码软件，应用流固耦合算法模拟了焊炸冲击波与32mm中厚板焊接接头的相互作用及其消除焊接残余应力的过程，结果表明，采用截面10mm×10mm的双条塑性炸药，以焊缝为中心沿长度方向并排布置，在课炸压力为2GPa的情况下，单面爆炸处理可以较好地消除被炸面的双向残余应力，在非炸面也可以得到约30%的消除效果，采用双面爆炸处理工艺，双面都可以超过 80%的应力消除效果
关健词：爆炸处理；焊接残余应力；工艺模拟；中厚板
文献标识码：A文章编号：0253-360X(2011)09-0105-04
中图分类号：TC404
0序言
焊接残余应力的存在可能降低结构的承载能力、疲劳强度、抗应力腐蚀能力等，对结构的安全使用产生危害，爆炸法消除焊接残余应力的方法因其效果显著，使用方便，不受构件和设备尺寸、场地的限制，面得到了广泛应用和研究[1-5]，虽然该技术目前使用较为成熟，但应用工艺绝大多数都是通过试验或经验确定的。随着计算机模拟技术的飞速发展，有限元分析软件的功能日益强大，对爆炸消除焊接残余应力的过程进行数值模拟也越来越容易实现[6-9],
由于中厚板在行业中的大量应用，定量研究其爆炸工艺而非仅靠经验确定具有重要意义，文中在模拟焊接残余应力场基础上，揭示不同强度的爆轰波及其处理工艺对消除焊接残余应力的不同效果，计算采用ANSYS11.0及其LS-DYNA非线性显式
动力分析代码软件。 1模型建立
在考虑爆炸冲击波对金属作用之前，需要考
焊接产生的应力和变形过程，数值模拟分两步进行：第一步模拟焊接试板在焊接热源作用下温度、应力和变形的情况；第二步模拟爆炸冲击波在空气和
收稿日期：2010-09-25 万方数据
管建军
金属中的传播过程、金属内部残余应力的变化情况焊接残余应力的产生过程是温度场和应力场的耦合作用过程，这里采用间接耦合方法，即先计算温度场，再将温度变化引起的热应力作为体载荷加到结构中进行应力场分析，求解过程考虑材料性能随温度的变化，在第二步计算中，建立包含炸药及其周围空气的欧拉网格，将第一步中得到的残余应力作为预加载荷加载到采用拉格朗日网格的焊接试板上，采用ALE（任意拉格朗日-欧拉）耦合算法进行显式动力分析
进行焊接温度场和应力应变场分析有如下假设（1）采用双球热源模型模拟理弧焊热
源【10,11】，热流密度函数为
q(x,y,z,t) =
630f
expl-3/
abc
i=1,2
La2462
z-u）
(1)
式中：值取1和2分别表示前后两个半椭球对应的参数：Q为热源瞬时给予焊件的热能：为焊接速度；为焊接时间.为前后半个椭球对应的热效率；系数a，6，c分别表示椭球的三个半轴长度，其中a =25,6=16c,=6cz=19f,=24%/,=76%，深度 8mm
（2）不考虑液固相变，假设金属在高温下仍为固态，届服强度和弹性模量很低，
（3）忽略工件与试验台之间的热传导，假设工件的所有边界仅与空气发生对流换热，将辐射换热的影响折算到对流换热中，