低碳钢非对称角焊温度场有限元分析

发布时间：2020-05-14 12:08

【摘要】：针对单边开坡口的非对称角根焊中熔透不稳定、成形质量差的问题,对其温度场及熔池成形规律进行分析从而优化焊接参数的选取,改善成形质量.考虑温度、对流、辐射和相变潜热对材料物理性能的影响,利用有限元分析软件建立了低碳钢非对称角焊缝有限元模型,并进行仿真计算.对比讨论了不同结构情况下焊接电流对温度场的影响,重点分析了非对称角焊接参数对背部熔宽的影响.结果表明,非对称角焊缝温度分布不均匀,背部熔宽对电流的变化十分敏感,焊接电流大小对熔池形状影响较大.通过试验得到三组熔透情况不同的焊缝,其热影响区形状尺寸与仿真结果吻合良好,从而验证了理论分析的有效性.
【图文】：

模拟几何形状变化对焊接温度场的影响．焊接开始前将焊道上的预置金属(即焊缝余高部分金属)的属性全部禁用，在计算时预制金属热物属性随热源移动逐步激活．预置金属形状根据试验所得横截面决定，其大小近似等同于计算所得焊缝余高面积A，其表达式为A=Sv1πd24v(3)式中:v1为送丝速度;d为焊丝半径;v为焊接速度．2．4建立物理模型考虑到仿真需要以及工作站的计算能力对其进行了非均匀网格划分．靠近电弧的部分温度梯度较大，划分了较密的网格，远离电弧的部分划分了较粗的网格其划分网格后的模型见图1．图1非对称焊缝网格划分模型Fig.1Meshingmodelofsymmetricalweld3计算结果及分析3．1非对称焊缝温度场分析当焊接电流分别130，150及170A时对非称焊缝进行数值模拟，所得温度场分布如图2所示．图3为截线不同位置处x和距上表面不同高度y处的温度．通过低碳钢熔点1500℃可以看出正面熔宽、熔深及背部熔宽．图2不同焊接电流的非对称角焊缝温度分布Fig.2Temperaturefieldofasymmetricfilletwelds从图3中可以看出，非对称角焊缝的焊接电流为130A时焊缝尚未熔透，由于焊枪中心线并不指向焊缝中心且与薄板呈30°，温度最高点并不处于焊缝中心，而是偏向厚板一侧．熔化区域集中于厚

ǎ噌浯?小近似等同于计算所得焊缝余高面积A，其表达式为A=Sv1πd24v(3)式中:v1为送丝速度;d为焊丝半径;v为焊接速度．2．4建立物理模型考虑到仿真需要以及工作站的计算能力对其进行了非均匀网格划分．靠近电弧的部分温度梯度较大，划分了较密的网格，远离电弧的部分划分了较粗的网格其划分网格后的模型见图1．图1非对称焊缝网格划分模型Fig.1Meshingmodelofsymmetricalweld3计算结果及分析3．1非对称焊缝温度场分析当焊接电流分别130，，150及170A时对非称焊缝进行数值模拟，所得温度场分布如图2所示．图3为截线不同位置处x和距上表面不同高度y处的温度．通过低碳钢熔点1500℃可以看出正面熔宽、熔深及背部熔宽．图2不同焊接电流的非对称角焊缝温度分布Fig.2Temperaturefieldofasymmetricfilletwelds从图3中可以看出，非对称角焊缝的焊接电流为130A时焊缝尚未熔透，由于焊枪中心线并不指向焊缝中心且与薄板呈30°，温度最高点并不处于焊缝中心，而是偏向厚板一侧．熔化区域集中于厚

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4 张

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