多層單道焊接快速成形有限元數(shù)值分析.pdf

1、焊接快速成形技術(shù)是基于分層制造技術(shù)原理發(fā)展起來的新型制造技術(shù)，在成形過程中通過弧焊、激光、電子束等焊接技術(shù)手段按預(yù)設(shè)軌跡逐層堆積直接成形金屬零件，實現(xiàn)了無模具、低損耗、高效率制造，受到了國內(nèi)外廣泛關(guān)注。在生產(chǎn)制造中，零件不但受焊接急速加熱快速冷卻，溫度急劇變化特點的影響，而且根據(jù)成形原理特點，零件受熱源多次加熱作用，加熱過程較普通焊接過程更為復雜，成形性能影響因素更多，更不易控制零件的成形性。因此，對焊接堆積過程中的溫度場與應(yīng)力場進行系

2、統(tǒng)性研究，分析掌握工藝參數(shù)對溫度、應(yīng)力分布的影響規(guī)律，有助于控制零件的成形質(zhì)量。
　　本文選用TC4鈦合金為堆積材料，研究等離子弧焊接快速成形過程。通過ANSYS有限元分析軟件建立按預(yù)設(shè)軌跡移動熱源堆積成形的溫度場及應(yīng)力場的分析模型，實現(xiàn)了動態(tài)過程數(shù)值分析。首先，選擇適合分析的單元，直接建立有限元分析模型;其次，通過APDL語言設(shè)定堆積過程中單元激活順序;最后，以雙橢球熱源模型建立熱量輸入模型，完成堆積成形溫度場應(yīng)力場的模擬分析程

3、序。
　　在建立模型基礎(chǔ)上分別對單層和多層堆積過程進行數(shù)值模擬分析:
　　首先研究了單層直線和環(huán)形堆積的溫度場分布規(guī)律，研究表明:堆積成形過程中溫度分布受軌跡的影響，直線堆積溫度分布沿著軌跡中心線對稱分布，弧形受曲率半徑的影響，內(nèi)側(cè)溫度高于外側(cè)溫度，整體散熱作用低于直線堆積，此外，對于環(huán)形封閉堆積成形，閉合點受熱較為復雜，溫度梯度大，影響成形質(zhì)量。
　　其次，重點對單道多層堆積過程的溫度變化過程，以及層間溫度、熱輸入和

4、預(yù)熱對堆積過程中溫度分布的影響進行了分析，研究表明:單道多層堆積過程中，后層對前層具有后熱作用，堆積層受熱源移動的影響，熱循環(huán)波峰和波谷交替出現(xiàn)，并隨著層數(shù)增多，趨于平緩;層間溫度降低，熱量累積作用減弱，各層的峰值溫度越低，此外，熱輸入降低，同樣能夠控制熱量累積;基板預(yù)熱處理后，能夠降低基板與堆積層的溫度梯度，使溫度分布均勻。
　　最后，在溫度場的基礎(chǔ)上耦合得到應(yīng)力場，并分別對單層和多層堆積過程中的應(yīng)力變化過程進行了分析，研究表明