摘要：研究旋压封头坯料双面多道次拼焊过程残余应力分布规律。对封头材料Q345R 进行焊接工艺和材料性能分析，然后使用SYSWELD 软件对封头坯料多道次拼焊焊接工艺过程进行数值模拟。根据焊接模拟结果对封头坯料拼焊过程中的温度场、焊接变形和焊接残余应力分布进行分析，并给出上下表面横向残余应力和纵向残余应力以及厚度方向残余应力的分布曲线。研究表明，Q345R 封头坯料焊接之后，焊接残余应力分布较复杂，残余应力偏高，尤其焊缝区内部存在高残余应力区。高残余应力易使坯料在后续旋压过程中产生开裂缺陷。根据模拟结果制定合理的消除残余应力热处理工艺，并通过试验验证仿真结果的有效性和可靠性。该研究方法为实现大型封头焊接质量预测和控制，以及类似产品的加工工艺制定提供有效手段。
0 前言
火车和汽车用罐车封头、化工用罐体等大型压力容器生产中，常用材料为Q345R。Q345R 材料一般具有化工用板材特质外，就材料成形性能方面，其通常还具有良好的焊接性能和冲压成形性能。大型封头由于尺寸较大，其所需坯料材料一般是由封头制造厂商进行拼装焊接得到。坯料焊接质量好坏，直接关系封头冲压成形质量及其罐车实际使用寿命和安全可靠性。沈利民等[1]对Q345R 材料焊接接头性能进行研究。刘华等[2-4]研究认为，过高的焊接残余应力易造成焊缝开裂，通过焊后热处理工艺能有效降低焊接残余应力，蒋文春等[4]还对合理的热处理工艺条件进行了研究。尤其是多道次焊接过程中，各道次焊缝相互影响后所呈现的变形和应力分布极为复杂，残余应力分布规律的研究显得尤为重要，李娅娜等[5-9]使用有限元法对厚板多道次焊接残余应力进行研究。而目前封头及罐车制造企业对封头焊接质量及焊接对后续制造工序，如焊接对封头冲压工艺的影响仅靠经验进行控制，而无理论依据进行指导。因此，罐车封头产品制造，尤其是新品开发中，造成产品报废量大、开发周期长和成本过高。
本文就某铁路罐车所使用的材料厚度为30 mm的封头材料Q345R 进行焊接工艺和力学性能试验研究，并使用SYSWELD 软件对封头坯料双面多道次焊接成形过程进行数值模拟仿真。根据模拟结果，对厚板封头坯料焊接残余应力进行研究，以指导封头旋压成形工艺制定，提高生产效率，节约产品研究和制造成本。
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