罩式退火爐葉輪焊接殘余應力數(shù)值模擬分析.pdf

1、電弧焊制葉輪是工業(yè)生產(chǎn)葉輪的主要方式之一。焊接時電弧引熱使得部分金屬熔化,而后冷卻凝固形成焊縫,以實現(xiàn)金屬不同部件的連接。由于焊接熱過程的高度非線性和被焊金屬件的嚴重受熱不均,使得焊接過程不可避免的帶來焊接殘余應力及應變。焊件殘余應力和變形是評定葉輪焊接性能的重要依據(jù),也是預測其使用壽命的重要依據(jù),因此葉輪焊接殘余應力及變形的研究有很重要的意義。焊接過程是個相當復雜的過程,它涉及多學科,其準確描述的實現(xiàn)是很困難的,而近年來數(shù)值模擬技術的

2、不斷發(fā)展使其實現(xiàn)成為可能。
　　焊接殘余應力及變形的產(chǎn)生主要是由焊件受熱不均造成的。在焊接過程中始終貫穿著熱效應,包括預熱、焊縫區(qū)金屬加熱融化和冷卻凝固、熔池流動、金屬相變、熱傳導和熱交換等,因此焊接溫度場的研究有至關重要的意義。在進行焊接溫度場研究時,主要的研究重點為有限元模型的準確建立、熱源模型的建立及其移動加載的實現(xiàn)、熱邊界條件的處理、載荷步的確定等。
　　本文基于大型有限元分析軟件ANSYS,首先以葉輪中常見的T型接

3、頭為例,對每一項影響焊接溫度場的關鍵因素分別做了研究,包括借助參數(shù)化設計語言APDL實現(xiàn)了雙橢球熱源的移動加載,并通過多次模擬實驗,確定了合適的模型參數(shù);在處理熱邊界條件時實現(xiàn)了對流輻射復合換熱的動態(tài)加載,為焊接溫度場模擬計算提供了一種有效而快速的算法;對葉輪中常見的雙角焊縫進行了不同焊接順序的分析研究,確定了以非同時非同向作為葉輪焊接模擬計算的基本焊接順序;在完成上述工作后,討論并驗證了葉輪有限元模型簡化創(chuàng)建的可行性及有效性,然后對三