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文檔簡介
1、角接接頭旋轉電弧傳感器焊接是焊接行業(yè)新技術,其焊接工件冷卻后,工件力學性能較好、焊道寬等優(yōu)點,是國內外焊接行業(yè)研究的熱點。又因隨著建筑、船舶等行業(yè)的發(fā)展,旋轉電弧焊接應用越來越廣,普通焊接不能滿足工件質量的要求,迫切需要對旋轉電弧角接接頭焊接特性進行研究。
旋轉電弧焊接過程中,由于角接接頭焊縫自身的特性,影響工件質量的焊接工藝參數因子較多,各因子互相交叉影響,使焊縫成形、熔池形狀及焊后工件變形、焊縫缺陷的研究變得復雜,與非旋轉
2、電弧焊接相比,焊絲端部具有旋轉運動作用,也導致其焊接熱源模型更加復雜。而不同焊接因子及焊接熱源,會導致焊接溫度場、應力場及焊后工件變形的不同。為獲得較好焊接質量與控制變形,有必要對其焊接工藝參數進行優(yōu)化及焊接數值模擬進行研究。
本文根據文獻分析與前期研究,設旋轉電弧為順時針,旋轉半徑為3 mm,焊炬夾角為45?,以5mm厚碳鋼為母材,采用MAG(Metal Active Gas Arc Welding)焊接。首先對焊接工藝參數
3、進行優(yōu)化研究,結合經驗法及參考文獻,并考慮各個因子互相作用,在Minitab軟件中,設焊接電壓、焊接電流分別與焊接速度、旋轉頻率互相交叉作用,而旋轉頻率又與焊接速度、干伸長相互交叉影響,采用焊接電壓、焊接電流、焊接速度、旋轉頻率、干伸長及氣體流量,6因子3水平的方法,利用田口算法,建立正交模型。根據回歸分析法、方差法及平均值法進行分析,得出不同因子之間的關系及好的焊接工藝參數,結果表明,焊縫成形質量分數在11.8分,熔寬誤差在1.4附近
4、,余高誤差0.31~0.34,會出現畸變現象。
針對角接接頭旋轉電弧焊接熱源模型建立,考慮其焊縫特性并引入焊炬夾角,在雙橢球熱源基礎上對其熱源模型進行改進,建立新的焊接熱源模型,使其能夠更加精確描述旋轉電弧焊縫形成過程。文中設焊炬夾角為45?,對角焊縫進行分析,提出焊縫參數分布不對稱的特點,并求出焊縫熱源參數之間的關系,得出寬度比例系數k=1.11,建立焊絲端部運動軌跡,并根據不同旋轉頻率分析焊絲端部軌跡運動情況。
5、對于焊接工件,其熔池形態(tài)尺寸,焊縫成形特點、工件殘余應力分布、裂紋大小分布及變形都與工件質量密切相關,為解決焊接中出現的問題,因此需要對旋轉電弧角接接頭焊接溫度場分布,應力場分布進行數值模擬。首先根據文獻得出不同溫度下的物理材料性能參數及熱焓值,其次在Ansys軟件中,選用SOLID70單元,進行溫度場模擬分析,在應力場數值模擬時,選用SOLID5單元,采用直接耦合法模擬。在焊縫與熱影響區(qū)采用拖拉及掃略網格劃分,在其他地方采用映射網格,
6、采用單元組件及節(jié)點組件進行殺死或激活。根據實際焊接情況設置初始邊界條件,采用物理化學處理及反演算法,得出改進型旋轉電弧雙橢質量分數,并對其數值模擬。得出角接接頭旋轉電弧焊接熔池的形成過程;分析了不同時刻的熱循環(huán)曲線,動態(tài)熱源溫度場變化,得出靠近上側板能量較高,易形成咬邊,靠近熱源中心前端的溫度要高于熱源中心處及后面部分,上側板散熱梯度要大于下側板;研究了動態(tài)應力場分布,冷卻后應力分布,不同路徑應力變化及工件變心等問題,得出初始焊接時上側
7、板變形角度為3°10′大于下側板變形的2°30′;在焊接末端下側板變形角度為3°20′,上側板變形角度為2°28′比無旋轉時變形??;接近熱影響區(qū)內1.31 mm左右,拉應力急劇增大應力變量減小,增量斜率為負;在冷卻后,上側板在X,Y,Z殘余應力最大值及畸變程度要小于下側板,并且下側板變形更加不規(guī)則,出現危險區(qū)域頻率更高。
以上研究成果,可為角接接頭旋轉電弧焊接工藝參數選擇,結構設計、焊接裝夾設計、防止工件變形及工程施工提供理論
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