精密成形工程

作者：马梦泽, 郑晓明, 杨奥, 刘悦, 冯晓勇

单位：1.华北理工大学 机械工程学院, 河北 唐山 063210; <br>2.燕赵钢铁实验室, 河北 唐山 063210

关键词：Sysweld,V-N-Cr微合金钢,温度场,相变,应力应变

基金：国家重点研发计划（2022YFB3705200）;河北省创新能力提升计划（24461002D）;华北理工大学大学生创新创业训练计划（S202410081019）

目的 利用Visual-Environment焊接仿真软件和Sysweld求解器,结合双椭球焊接热源模型,对V-N-Cr微合金钢T型接头进行焊接数值模拟,并探究焊缝中心及其周边区域的温度场分布特征、相变行为以及残余应力生成机制。方法 通过Solidworks建立精确的T型接头模型,并导入Visual mesh中进行网格划分,共划分20 960个2D单元、70 300个3D单元和77 556个节点,以确保模拟结果的准确性。焊接参数设置如下：线能量输入为10 kJ/cm,焊接速度为5 mm/s,冷却方式为空冷,冷却时间为200 s。在边界条件设置中,根据牛顿冷却定律和斯蒂芬-波尔兹曼定律计算基材与周围介质的换热,同时施加刚性固定约束以限制焊接件的自由移动。结果 在焊接过程中,焊缝中心温度可达2 750 ℃左右,而未参与焊接的基材最高温度约为617 ℃,未超过V-N-Cr微合金钢的奥氏体转化温度Ac3。焊接完成后,焊缝微观组织主要由铁素体（56%）和贝氏体（63%）组成。残余应力分析结果表明,等效应力最大值为565.826 MPa,横向残余应力为555.572 MPa,纵向残余应力为533.444 MPa,两者相差仅12.128 MPa。最大变形量为0.261 mm,出现在距离焊道结尾约15 mm处。结论 采用的焊接工艺参数能够有效预测焊接过程中的温度场分布、相变行为以及残余应力的产生,从而显著降低焊接变形。这一结果表明,在该焊接工艺参数下,焊接接头的残余应力分布均匀,变形量小,焊接质量良好。

来源：2025年第10期

《精密成形工程》期刊编辑部

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