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文檔簡介
1、激光多層焊可以實現(xiàn)超窄間隙中厚板的單道多層焊接,有效提高焊接生產效率,減少耗材與焊接變形。激光熱源作用模式對焊縫側壁熔合的影響、多層焊過程焊縫冷卻速度及應力應變情況都是這一工藝的應用基礎研究,很難采用試驗方法直接獲得。基于此,本文應用大型有限元軟件MSC.Marc,對中厚板激光填絲多層焊瞬態(tài)溫度場和應力應變場進行了計算分析。
焊接過程采用的是雙光束熱源,首先確定了雙橢球+高斯圓柱熱源模型,綜合考慮對流、輻射傳熱的影響,定義隨溫
2、度的變化的材料熱物理性能參數(shù),采用生死單元法模擬焊絲的填加過程,建立了激光填絲多層焊有限元模型。
利用Marc中的瞬態(tài)熱分析功能模塊計算了焊接過程中的溫度場,將計算獲得的熔池截面和特征點的熱循環(huán)曲線與實驗結果進行對比,驗證了模型的準確性。論文計算分析了常規(guī)激光填絲焊、輔助層間保溫和熱絲工藝下的各自溫度場特征。結果表明,層間保溫能有效的降低焊縫和熱影響區(qū)的冷卻速度,但對熔池橫截面的尺寸影響較??;熱絲焊既能夠有效增大熔池尺寸,提高
3、側壁熔合性,也能一定程度的降低焊縫和熱影響區(qū)的冷卻速度。
利用Marc中的瞬態(tài)熱-力耦合功能模塊計算了冷絲、層間保溫和熱絲三種情況下的應力應變場。計算結果表明:中厚板激光填絲多層焊焊縫內部存在“帶狀”應力集中,焊縫中部處于雙向拉伸狀態(tài),縱向應力大于橫向應力;層間保溫工藝能夠有效降低激光填絲多層焊接頭的殘余應力,緩和接頭內部的“帶狀”應力集中,并且能夠減小坡口收縮趨勢;熱絲工藝在緩和“帶狀”應力集中方面有顯著的作用,同時能在一定
4、程度上降低接頭內部的等效應力和縱向應力,但使橫向應力整體上有所增大,坡口收縮量增加。
除此之外,論文還對激光多層焊特殊的熱循環(huán)和應力變化進行了分析,結果表明:在激光熱源的作用下,焊縫中心經歷瞬間加熱和冷卻過程,高溫熱循環(huán)基本不受前層“預熱”的影響,二次熱循環(huán)下的冷卻速度有所降低;熱影響區(qū)范圍很窄,焊縫到熱影響區(qū)之間峰值溫度和冷卻速度降低明顯。焊接過程中先焊層對后焊層的預熱作用有助于緩和熔池前端的應力集中,后焊層的收縮作用能夠降
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