旋转电弧窄间隙焊缝成形和应力场的数值模拟

发布时间：2019-10-25 18:30

【摘要】：旋转电弧窄间隙MAG焊是一种针对中厚板的高效优质的焊接方法,其关键是得到稳定且足够的侧壁熔深。传统上通过积累工艺试验数据来了解和改善焊接过程的方式需要较大的成本。随着计算机技术和有限元理论的高速发展,数值模拟分析成为一种强有力的分析手段。因此,本文通过数值模拟技术研究旋转电弧窄间隙焊的温度、应力以及流场的动态变化过程,具有重要的学术理论和工程应用意义。本文首先根据旋转电弧窄间隙MAG焊特点,通过ABAQUS软件建立相关物理模型,对电弧热源形式进行等效和优化,计算得到其三维温度场,并与实际焊接的实验结果从特定点的热循环曲线、侧壁熔深值和瞬态温度场的变化等多个方面进行对比,完成热场的计算。接着在热场的基础上,对旋转电弧窄间隙中厚板进行热力耦合,计算多层单道焊的应力场,将模拟结果与实际焊后结果进行对比,总结得出应力应变分布的规律。之后在模型中加入不同拘束条件,用以模拟垫板或夹具等对工件残余应力的影响,并在多层焊的过程中改变焊接方向,进一步提高对焊后应力分布规律的认识,完成力场的计算。最后,利用Fluent软件对焊接熔池进行模拟,研究熔池中浮力、电磁力和表面张力等驱动力对焊缝成形过程的影响,完成流场的计算。旋转电弧窄间隙MAG焊的热场结果表明优化后的饼状等效热源在旋转电弧焊接的数值模拟中,能得到与实际结果相符的侧壁熔深和底部熔深,且计算精度和效率都有所提高。应力场的结果表明焊缝区存在较小的残余横向压应力和较大的纵向拉应力,离开焊缝区后横向应力迅速转变为拉应力并逐渐减小趋近于零,纵向应力则迅速衰减为压应力。在一定的拘束条件下的多层焊可以控制焊后的变形并且改变应力分布,而改变多层焊中的焊接方向可以降低峰值应力的大小并且使应力分布更加平缓对称。流场的结果表明了熔池各驱动力对传热与流动特性的影响,决定熔池内部流场和成形的主要因素是表面张力,而浮力和电磁力会影响熔池体积的大小,各驱动力引起的对流运动使温度峰值降低。本课题针对旋转电弧窄间隙MAG焊进行数值模拟的研究,直观动态的展现了焊接过程中热、力和熔池流动的变化与分布,进一步明确了焊缝熔池成形和应力分布的规律,对探讨焊接过程的物理本质和相关的焊接工艺研究具有重大意义。
【图文】：

间隙多层焊的应力场分布，并探求多层焊中的影响。最后利用 Fluent 模拟其焊接过程，，响。 焊研究进展自 1982 年首次在特厚板上应用以来，由于其取得成效而获得更多关注[6]。在高速旋转电中离心力对熔滴过渡的影响方面进行研究，力促进熔滴过渡的结论。日本 NKK 公司[9]发锥母线，绕圆锥轴线旋转。原理如图 1.1 所示结构生产中得以应用并取得显著成效。Taka弧行为，并扩展研究了其适用的管道直径和的影响以及熔化过程和电弧旋转过程的周期

17]对焊后接头组织及成形方面进行了研究，对接头成形不对称的原因进行证。玉昆[18]针对管道焊接中四个典型的空间位置进行了旋转电弧窄间隙焊接性的研究。孙清洁等人[19, 20]依托自主开发的焊炬，进行了旋转电弧平板堆焊旋转频率和焊接速度的变化对焊接工艺和焊后组织的影响规律。杜建辉[21]则转电弧的焊接工艺规范对焊缝尺寸的影响进行了研究。
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TG40

【参考文献】

相关期刊论文 前1条

1 鹿安理,史清宇,赵海燕,吴爱萍;厚板焊接过程温度场、应力场的三维有限元数值模拟[J];中国机械工程;2001年02期

本文编号：2552880