机床与液压

作者：吕开明，刘政君，张易，贾洪刚，张浩

单位：中国长江电力股份有限公司；中国长江电力股份有限公司；中国长江电力股份有限公司；中国长江电力股份有限公司；广东省科学院智能制造研究所，广东省现代控制技术重点实验室

关键词：波纹管;多层多道激光焊;热效应;残余应力;变形

基金：中国长江电力股份有限公司科研项目资助（2323020056）

针对水电站伸缩节多层波纹管与高强钢管道采用传统钨极惰性气体（TIG）多层多道焊接时热积累大、易导致接头热影响区软化和晶粒粗大的问题，提出采用多层多道激光热导焊工艺，通过热-弹-塑性有限元分析方法，模拟多层多道激光焊接的热效应、残余应力和变形分布规律。基于ANSYS有限元软件建立热-力耦合数值模型，通过分析焊接全过程的温度场，研究焊接层数对焊接接头温度分布的影响；通过计算多层多道焊接的应力应变场，研究焊接层数对焊接接头应力分布的影响，建立热效应与残余应力分布的联系；最后，分析焊接变形，确定焊后主要变形类型及形成原因。结果表明：热源模型的焊缝外形尺寸和实际焊接的焊缝外形基本保持一致，验证了模型的准确性；在多层多道激光焊接过程中，随着焊接层数增加，接头焊缝中心区域的峰值温度和温度梯度均增大，更大的热量和温度梯度使得接头焊缝的等效应力增加，并导致焊后残余应力增大，故在接头盖面焊处出现最大残余应力（18 MPa），是焊接接头的薄弱区域；同时，Z向残余应力的变化导致焊接接头主要存在以Z向变形为主的焊接变形，其最大变形为2.62 mm，出现在304不锈钢基板边缘。

来源：2026年第8期

《机床与液压》期刊编辑部

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