Page 55 - 机械工程材料2024年第十一期

王富义，等：多道焊接热循环对6082-T6铝合金接头热影响区显微组织及力学性能的影响

尺寸为1 mm。采用JMatPro v7.0软件计算材料热物 布； a f 为前椭球半轴长度，取4.75 mm； a r 为后椭球半
理性能，结果如图3所示。模拟时所设焊接工艺参数 轴长度，取14.25 mm； b为椭球热源模型的宽度，取
与试验一致。根据试验工况设置边界条件：将母材 6.0 mm； c为椭球热源模型的深度，取5.45 mm； Q为
横立在固定的支座上，两边利用垫块进行定位，并用 考虑效率后的热输入； f f ， f r 分别为前后部分热流密度
夹具夹紧固定。采用Goldak双椭球热源模型 ［14］ 来描 的分数因子，分别取1.5，0.5； x， y， z为以热源中心
述热源中心前、后区域的功率密度分布，其表达式为 为原点建立的坐标系。
63Qf   x 2 y 2 z  2  2.2 模型验证
( , , y z
q x ) = f exp -3   + +   （1）
f 2  2 2  由图4可知，在整个加热和冷却过程中，实测和
a bcππ   a b c    
f f
模拟得到距熔合线相同距离处的温度曲线重叠度
63Qf   x 2 y 2 z  2 
q x ) = r exp -3   2  + +    （2） 高，有限元仿真模型计算得到的峰值温度与试验结
( , , yz
r
a bcππ   a r b 2 c 2     果的相对误差均在3%左右，表明建立的热学仿真模
r
式中：q ，q 分别为热源中心前后区域的功率密度分 型准确。
f
r

图 2 焊接接头的有限元仿真模型及其网格划分
Fig. 2 Finite element simulation model of welded joint and its mesh division
导热系数

250 2.8 比热容 80 0.55 2.0
导热系数/(W·m -1 ·K -1 ) 200 密度/(g·m -3 ) 2.6 密度 40 弹性模量/GPa 0.45 泊松比 1.5 比热容/(J·g −1 ·K −1 )
0.50
60
150
泊松比
0.40
1.0
20
2.4
100
0.30
50 2.2 弹性模量 0 0.35 0.5
0 200 400 600 800 1 000
温度/℃
图 3 理论计算得到的母材热物理性能
Fig. 3 Thermal properties of base metal by theoretical calculation
值温度达606.48 ℃；距离熔合线越远的热影响区峰值
温度越低；距熔合线7 mm区域内，不同位置的峰值
温度随着焊接道次的增加而降低，这是因为焊缝堆
叠导致高度增加，热源逐渐远离熔合线；由于热量的
堆积，距离熔合线较远区域的峰值温度随着焊接道次
的增加而增加，在距熔合线10 mm处，第四道焊接造
成的峰值温度从第一道焊接的355 ℃升高到367 ℃。

图 4 试验和模拟得到不同测温孔的温度-时间曲线 3 试验结果与讨论
Fig. 4 Test and simulated temperature-time curves of different
temperature measurement holes 3.1 焊接热影响区的力学性能
2.3 模拟结果 由图6可见，不同道次焊接后热影响区的硬度
由图5可以看到：经历四道焊接时熔合线处的峰 分布均呈“√”形，焊接接头存在明显软化行为。根
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