鎂合金雙弧焊接過(guò)程數(shù)值模擬與應(yīng)力分析.pdf

1、雙電極氣體保護(hù)焊（Double Electrode Gas Metal Arc Welding，DE-GMAW）是一種高效經(jīng)濟(jì)的焊接方法，采用鎢極惰性氣體保護(hù)焊（Tungsten Inert Gas Arc Welding，TIG）與熔化極惰性氣體保護(hù)電弧焊（Metal Inert Gas Arc Welding，MIG）相結(jié)合，利用旁路 TIG的分流作用，解決了常規(guī)電弧焊在高速焊接時(shí)，為了提高熔敷率而增加焊接電流卻導(dǎo)致母材熱輸入過(guò)大的

2、問(wèn)題。將此種焊接工藝應(yīng)用到目前備受矚目的鎂合金材料中，可實(shí)現(xiàn)鎂合金材料的高效連接，使鎂合金加工技術(shù)滿足更多領(lǐng)域的需求。
　　本文基于ANSYS軟件，針對(duì)2mm厚的AZ31B鎂合金薄板DE-GMAW雙弧表面堆焊進(jìn)行了數(shù)值模擬，并結(jié)合DE-GMAW焊接實(shí)驗(yàn)，做了如下研究：
　?。?）針對(duì)傾斜的TIG焊槍，通過(guò)空間坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，推導(dǎo)出適用于傾斜電弧的熱源模型，進(jìn)而建立了適用于本文的雙弧熱源模型。采用模擬與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法，不斷的改變旁

3、路電弧的耦合效率，使模擬的熔池尺寸不斷逼近實(shí)驗(yàn)值，最終確定旁路電弧的耦合效率。
　?。?）將雙弧熱源加載至 AZ31B鎂合金焊件的有限元模型上進(jìn)行求解，得到了焊接溫度場(chǎng)的動(dòng)態(tài)分布和熱循環(huán)曲線，并且討論了總電流和旁路電流對(duì)溫度場(chǎng)的影響，以及旁路電弧對(duì)母材的熱量輸入和熔池尺寸的影響。模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符，驗(yàn)證了雙弧熱源的正確性。
　?。?）采用熱-應(yīng)力間接耦合的模擬方法獲得了AZ31B鎂合金DE-GMAW的焊接應(yīng)力動(dòng)態(tài)分布，以

4、及沿焊縫方向和垂直焊縫方向上、焊縫及附近區(qū)域的殘余應(yīng)力，模擬結(jié)果與焊接結(jié)構(gòu)學(xué)理論一致。
　?。?）針對(duì)焊后的殘余應(yīng)力，采用小孔釋放法進(jìn)行了測(cè)量；并對(duì)焊后工件的整體變形進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)量。測(cè)量的殘余應(yīng)力及整體變形結(jié)果與模擬值基本符合。
　　通過(guò)模擬得到的溫度場(chǎng)、應(yīng)力和變形的結(jié)果，與焊接理論及實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果相符，證明了采用本文建立的雙弧焊接熱源模型可以準(zhǔn)確的反映焊接電弧的實(shí)際加熱過(guò)程和焊接結(jié)果，能夠?yàn)锳Z31B鎂合金DE-GMAW焊接