水下濕法焊接過程溫度場模擬和冶金行為分析.pdf

1、天津大學(xué)碩士學(xué)位論文水下濕法焊接水下濕法焊接過程過程溫度場模擬溫度場模擬和冶金行為和冶金行為分析分析TemperatureFieldSimulationMetallurgicalAnalysisofUnderwaterWetWeldingProcess領(lǐng)域：材料工程作者姓名：李航指導(dǎo)教師：王立君教授企業(yè)導(dǎo)師：陳英高級(jí)工程師天津大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院2012年12月中文中文摘要摘要水下焊接技術(shù)是海洋工程鋼結(jié)構(gòu)設(shè)備建造、組裝和維修中的關(guān)鍵性

2、技術(shù)，發(fā)展水下焊接技術(shù)，對(duì)推動(dòng)我國海洋事業(yè)的進(jìn)步具有重要意義。水下焊接通常又可分為濕法、干法和局部干法，其中水下濕法焊接由于設(shè)備簡單、成本低廉、適應(yīng)性強(qiáng)而被廣泛使用，但由于水的影響，濕法焊接接頭的質(zhì)量往往較差。因此如何改善水下濕法焊接工藝，提高焊接接頭質(zhì)量成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)。近些年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)值模擬技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，成為研究焊接過程的一種重要手段。本文在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，建立了水下濕法堆焊的有限元模型，對(duì)焊接過程的溫度場

3、進(jìn)行了分析，并成功預(yù)測焊接熱影響區(qū)的組織和性能。由于國內(nèi)對(duì)水下濕法焊接的數(shù)值模擬研究還較少，本文所做的工作具有重要的工程意義，可為選擇合理的水下焊接工藝，評(píng)價(jià)焊接接頭質(zhì)量提供理論分析參考。本文首先在自建的水下焊接實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行了水下濕法堆焊實(shí)驗(yàn)，獲得了較為合適的工藝參數(shù)；對(duì)比分析了水下和陸上堆焊接頭的焊縫橫截面宏觀形貌，發(fā)現(xiàn)在相同的焊接參數(shù)下，水下濕法堆焊獲得的焊接接頭熔寬大、熔深較淺；通過觀察接頭金相照片發(fā)現(xiàn)由于水下焊接的熱輸入較小，

4、冷速較大，使得其焊縫和熱影響區(qū)晶粒相對(duì)后者較細(xì)，且有更多的低溫轉(zhuǎn)變物質(zhì)產(chǎn)生；對(duì)焊接接頭各區(qū)域進(jìn)行的硬度測試表明，水下濕法堆焊焊接接頭的各區(qū)域硬度均高于陸上堆焊接頭。基于水下濕法焊接特點(diǎn)，對(duì)水下堆焊過程中的熱傳導(dǎo)過程進(jìn)行了分析，并引入水的沸騰傳熱原理，得到了水的對(duì)流傳熱系數(shù)隨溫度變化的曲線，在熟練掌握有限元軟件SYSWELD的基礎(chǔ)上，開發(fā)出應(yīng)用于水下濕法焊接溫度場模擬的散熱函數(shù)子程序。根據(jù)水下濕法堆焊焊縫成型的特點(diǎn)，開發(fā)了應(yīng)用于溫度場模擬

5、的組合熱源模型：高斯熱源雙橢球熱源，并通過模擬計(jì)算獲得了兩者的功率系數(shù)比為1.2:1；基于該熱源模型，利用SYSWELD軟件建立了水下濕法堆焊的有限元模型，并對(duì)其溫度場進(jìn)行了計(jì)算；計(jì)算所得熔池形狀與實(shí)驗(yàn)獲得焊接接頭的熔池形狀基本一致；基于模擬計(jì)算結(jié)果，分析了焊接過程中焊件溫度場的動(dòng)態(tài)變化，焊接熔池的動(dòng)態(tài)變化以及焊件上不同區(qū)域點(diǎn)的溫度變化情況；最后利用熱影響區(qū)上點(diǎn)的溫度變化曲線求得其t85值，并結(jié)合Q345鋼的CCT圖對(duì)水下堆焊焊接接頭熱