旋轉(zhuǎn)電弧窄間隙焊縫成形和應(yīng)力場的數(shù)值模擬.pdf

1、旋轉(zhuǎn)電弧窄間隙MAG焊是一種針對中厚板的高效優(yōu)質(zhì)的焊接方法，其關(guān)鍵是得到穩(wěn)定且足夠的側(cè)壁熔深。傳統(tǒng)上通過積累工藝試驗(yàn)數(shù)據(jù)來了解和改善焊接過程的方式需要較大的成本。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和有限元理論的高速發(fā)展，數(shù)值模擬分析成為一種強(qiáng)有力的分析手段。因此，本文通過數(shù)值模擬技術(shù)研究旋轉(zhuǎn)電弧窄間隙焊的溫度、應(yīng)力以及流場的動態(tài)變化過程，具有重要的學(xué)術(shù)理論和工程應(yīng)用意義。
　　本文首先根據(jù)旋轉(zhuǎn)電弧窄間隙MAG焊特點(diǎn)，通過ABAQUS軟件建立相關(guān)物理模

2、型，對電弧熱源形式進(jìn)行等效和優(yōu)化，計(jì)算得到其三維溫度場，并與實(shí)際焊接的實(shí)驗(yàn)結(jié)果從特定點(diǎn)的熱循環(huán)曲線、側(cè)壁熔深值和瞬態(tài)溫度場的變化等多個方面進(jìn)行對比，完成熱場的計(jì)算。接著在熱場的基礎(chǔ)上，對旋轉(zhuǎn)電弧窄間隙中厚板進(jìn)行熱力耦合，計(jì)算多層單道焊的應(yīng)力場，將模擬結(jié)果與實(shí)際焊后結(jié)果進(jìn)行對比，總結(jié)得出應(yīng)力應(yīng)變分布的規(guī)律。之后在模型中加入不同拘束條件，用以模擬墊板或夾具等對工件殘余應(yīng)力的影響，并在多層焊的過程中改變焊接方向，進(jìn)一步提高對焊后應(yīng)力分布規(guī)律的

3、認(rèn)識，完成力場的計(jì)算。最后，利用Fluent軟件對焊接熔池進(jìn)行模擬，研究熔池中浮力、電磁力和表面張力等驅(qū)動力對焊縫成形過程的影響，完成流場的計(jì)算。
　　旋轉(zhuǎn)電弧窄間隙MAG焊的熱場結(jié)果表明優(yōu)化后的餅狀等效熱源在旋轉(zhuǎn)電弧焊接的數(shù)值模擬中，能得到與實(shí)際結(jié)果相符的側(cè)壁熔深和底部熔深，且計(jì)算精度和效率都有所提高。應(yīng)力場的結(jié)果表明焊縫區(qū)存在較小的殘余橫向壓應(yīng)力和較大的縱向拉應(yīng)力，離開焊縫區(qū)后橫向應(yīng)力迅速轉(zhuǎn)變?yōu)槔瓚?yīng)力并逐漸減小趨近于零，縱向應(yīng)

4、力則迅速衰減為壓應(yīng)力。在一定的拘束條件下的多層焊可以控制焊后的變形并且改變應(yīng)力分布，而改變多層焊中的焊接方向可以降低峰值應(yīng)力的大小并且使應(yīng)力分布更加平緩對稱。流場的結(jié)果表明了熔池各驅(qū)動力對傳熱與流動特性的影響，決定熔池內(nèi)部流場和成形的主要因素是表面張力，而浮力和電磁力會影響熔池體積的大小，各驅(qū)動力引起的對流運(yùn)動使溫度峰值降低。
　　本課題針對旋轉(zhuǎn)電弧窄間隙MAG焊進(jìn)行數(shù)值模擬的研究，直觀動態(tài)的展現(xiàn)了焊接過程中熱、力和熔池流動的變化