【摘要】：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(dòng)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(gè)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(dòng)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)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(dòng)力對傳熱與流動(dòng)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(huì)影響熔池體積的大小,各驅(qū)動(dòng)力引起的對流運(yùn)動(dòng)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(dòng)態(tài)的展現(xiàn)了焊接過程中熱、力和熔池流動(dòng)的變化與分布,進(jìn)一步明確了焊縫熔池成形和應(yīng)力分布的規(guī)律,對探討焊接過程的物理本質(zhì)和相關(guān)的焊接工藝研究具有重大意義。
【圖文】：

間隙多層焊的應(yīng)力場分布，并探求多層焊中的影響。最后利用 Fluent 模擬其焊接過程，，響。 焊研究進(jìn)展自 1982 年首次在特厚板上應(yīng)用以來，由于其取得成效而獲得更多關(guān)注[6]。在高速旋轉(zhuǎn)電中離心力對熔滴過渡的影響方面進(jìn)行研究，力促進(jìn)熔滴過渡的結(jié)論。日本 NKK 公司[9]發(fā)錐母線，繞圓錐軸線旋轉(zhuǎn)。原理如圖 1.1 所示結(jié)構(gòu)生產(chǎn)中得以應(yīng)用并取得顯著成效。Taka弧行為，并擴(kuò)展研究了其適用的管道直徑和的影響以及熔化過程和電弧旋轉(zhuǎn)過程的周期

17]對焊后接頭組織及成形方面進(jìn)行了研究，對接頭成形不對稱的原因進(jìn)行證。玉昆[18]針對管道焊接中四個(gè)典型的空間位置進(jìn)行了旋轉(zhuǎn)電弧窄間隙焊接性的研究。孫清潔等人[19, 20]依托自主開發(fā)的焊炬，進(jìn)行了旋轉(zhuǎn)電弧平板堆焊旋轉(zhuǎn)頻率和焊接速度的變化對焊接工藝和焊后組織的影響規(guī)律。杜建輝[21]則轉(zhuǎn)電弧的焊接工藝規(guī)范對焊縫尺寸的影響進(jìn)行了研究。
【學(xué)位授予單位】：江蘇科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TG40

【參考文獻(xiàn)】

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1 鹿安理,史清宇,趙海燕,吳愛萍;厚板焊接過程溫度場、應(yīng)力場的三維有限元數(shù)值模擬[J];中國機(jī)械工程;2001年02期

本文編號：2552880