【摘要】：在石油化工、船舶、工程機械、車輛等行業(yè),大尺寸構件的生產中廣泛使用多層多道焊焊接,但是因為此類構件尺寸較大,焊接后會發(fā)生較大的變形,而這類焊接變形矯正又比較困難。薄壁大直徑筒形結構焊接時會產生軸向和徑向收縮,引起筒節(jié)尺寸精度降低,增加組裝難度,造成筒節(jié)間組對錯變量增大。在解決此類問題時,企業(yè)常常采用物理試驗作為基本方法,但大量的試驗增加了生產成本,耗費較多的人力物力,僅依靠試驗和經驗已經不能滿足實際生產的要求,因此考慮如何有效降低的多層多道焊所產生的焊接變形就顯得尤為重要。本文為解決大直徑薄壁筒身內壁不銹鋼堆焊后焊接變形大,筒節(jié)間組對錯變量大裝配難的問題,應用Marc軟件數(shù)值模擬了焊接工藝參數(shù)對焊接溫度場和焊接變形的影響。建立不同焊接工藝下的構件模型,并計算其變形結果、溫度場和應力場,分別從焊接順序、焊接速度、焊接邊緣預留寬度、焊接層數(shù)及不同熱源數(shù)量作用等幾個方面進行分析研究其焊接溫度場和焊后的變形行為,進而得到最佳的焊接工藝,為實際的焊接工藝的設計提供理論參考和支持。通過調整模型的焊接順序,焊接速度,邊緣預留寬度,焊接層數(shù)等工藝參數(shù),得到結果如下:1.不同的焊接順序,堆焊區(qū)溫度梯度不同,形成差異較大的溫度場,而溫度場的分布影響著應力場分布,應力場分布對焊后變形量起著決定作用。焊接順序為第1層由邊緣向圓筒內部堆焊,第2由邊緣向圓筒內部堆焊時焊后圓筒端部的變形量最小。2.焊接速度越快,焊后圓筒端部變形量越小,但當焊接速度達到初始速度的4倍時,焊后變形會發(fā)生異常,不能實現(xiàn)正常焊接。焊接速度相對于本文研究分析的其它因素,對焊后圓筒端部變形量的變化趨勢影響較小。所以建議選用初始速度0.005 34 m/s即可,若焊接速度過快,熔池溫度不夠,易形成未焊透、未熔合、焊縫成型不良等缺陷,影響產品質量。3.邊緣預留長度在0~0.083 334 m內,隨著邊緣處預留長度的增加,焊后圓筒端部變形均勻減小。但是當母材邊緣處預留長度為0.083 334 m時,筒身會出現(xiàn)較大的扭曲變形,影響產品質量。建議外徑1.750 m,厚度0.050 m的圓筒焊件,母材邊緣預留長度為0.066 667 m左右,此時端部焊后變形量較小,筒身又不會出現(xiàn)較大的扭曲變形。4.堆焊層數(shù)在1~4層內,并確定堆焊層厚度時,隨著堆焊層數(shù)的增加,圓筒變形量隨之成倍數(shù)曾大,但是因為根據(jù)實際的生產需求,為了能保證圓筒內壁的防腐質量和考慮生產成本,在進行堆焊時不能只堆焊一層,又不能堆焊層數(shù)過多,所以一般堆焊兩層即可,既滿足質量要求又在成本允許范圍內。通過對比不同熱源數(shù)量作用下不同焊接順序的模型模擬結果,得到結果如下:1.使用單熱源時,采用焊接順序為第一層由邊緣向圓筒內部堆焊,第二層由邊緣向圓筒內部堆焊時焊后圓筒端部的變形量最小。2.使用雙熱源時,采用焊接順序為第一層由圓筒內部開始向著圓筒邊緣進行堆焊,第二層同樣由圓筒內部開始向著圓筒邊緣進行堆焊時焊后圓筒端部的變形量最小。3.對比單熱源和雙熱源發(fā)現(xiàn),雙熱源模型的四種焊接順序焊后端部變形全都小于單熱源的最佳工藝的焊接順序。雙熱源模型的最佳焊接工藝焊后所產生的變形量比單熱源的最佳工藝焊后變形量小81.668%。但是,雙熱源圓筒構件相對單熱源構件焊后筒身會產生更大的扭曲變形。
【圖文】：

哈爾濱理工大學工程碩士學位論文款開放性的軟件，該軟件預留出的模型二次開發(fā)，這對于科研機要的[23]。行焊接有限元分析時，不同焊接源分類有電弧熱、電阻熱、火焰了使數(shù)值模擬更加符合實際生產用的有以下幾種[11]：依據(jù)是：電弧熱源將熱能傳給焊成為加熱斑點，但加熱斑點上面的是，1983 年，Eagar 和 Tsail 將加斯數(shù)學模型來進行描述，，如圖 2

圖 2-2 雙橢球熱源模型Fig. 2-2 Double ellipsoid heat source model橢球熱源模型能夠較為清晰地體現(xiàn)熔池尾長頭短的特征，同時可以熱源在熔深方向上的能量分布情況，然而由于模型的熔深方向使用的方式，在熔深增大的同時，能量逐漸減小，靠近構件背面處的能則不能很好的體現(xiàn)電子束的匙孔效應。橢球熱源模型在前后兩個部分分別采用了不同的表達式，前半部分布的表達式，如式(2-3)、式(2-4)： = 222221211exp3exp3exp363(,,)czbyaxabcfQxyzππ部分橢球內熱源分布的表達式為 = 222222222exp3exp3exp363(,,)czbyaxabcfQqxyzππ = ηUI；η 為熱源效率；U 為焊接電壓(V)；I 為焊接電流(A)；a、狀參數(shù)；f、f為前后橢球熱量分布函數(shù)，f+f=2。
【學位授予單位】：哈爾濱理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TG455

【參考文獻】

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本文編號：2691447