旋轉(zhuǎn)電弧GMAW焊接熱過(guò)程數(shù)值模擬及焊縫成形質(zhì)量研究.pdf

1、旋轉(zhuǎn)電弧傳感器具有抗強(qiáng)磁場(chǎng)、抗弧光和抗高溫的獨(dú)特能力,它與焊接電弧總是統(tǒng)一的整體,可以進(jìn)行實(shí)時(shí)焊縫跟蹤,因此它具有工業(yè)應(yīng)用的前景。目前對(duì)該項(xiàng)技術(shù)的研究主要集中在焊縫跟蹤上,對(duì)焊接熱過(guò)程及焊縫成形等方面的研究較少。由于旋轉(zhuǎn)電弧焊接的復(fù)雜性,其焊接工藝參數(shù)頗多,如果僅僅靠焊接試驗(yàn)來(lái)選擇優(yōu)化焊接工藝,必將花費(fèi)較多的人力和物力。因此,利用數(shù)值模擬技術(shù)以及參數(shù)優(yōu)化技術(shù),研究旋轉(zhuǎn)電弧GMAW(熔化極氣體保護(hù)電弧焊)熱過(guò)程的三維瞬態(tài)溫度場(chǎng)和三維瞬態(tài)熔

2、池的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程,掌握旋轉(zhuǎn)電弧焊接的成形規(guī)律和智能優(yōu)化方法,對(duì)于旋轉(zhuǎn)電弧傳感器技術(shù)的廣泛應(yīng)用,有著重要的學(xué)術(shù)理論和工程實(shí)用的意義。
　　 根據(jù)旋轉(zhuǎn)電弧GMAW的特點(diǎn),以低碳鋼Q235-A作為焊接工件,選擇三種熱源模型,即高斯熱源模型、雙橢圓熱源模型和雙橢球熱源模型,對(duì)這幾種熱源模型的焊接溫度場(chǎng)的分布和熔池形狀進(jìn)行了數(shù)值模擬計(jì)算,并將焊縫形狀尺寸的數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)際焊接的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相對(duì)比,結(jié)果表明,以高斯熱源所模擬計(jì)算的焊縫形狀尺寸

3、吻合得較好。在此基礎(chǔ)上,用高斯熱源模型進(jìn)行數(shù)值模擬,研究旋轉(zhuǎn)電弧在焊接熱過(guò)程中三維瞬態(tài)溫度場(chǎng)和三維瞬態(tài)熔池的變化規(guī)律,用數(shù)值模擬的方法計(jì)算出工件上一些點(diǎn)的熱循環(huán)曲線和熱循環(huán)參數(shù),借助于紅外線測(cè)溫儀獲得了這些點(diǎn)的實(shí)際熱循環(huán)曲線,通過(guò)對(duì)比,計(jì)算的熱循環(huán)曲線與實(shí)驗(yàn)所得的結(jié)果吻合得較好,為焊接冶金的分析和焊接微觀質(zhì)量的控制提供了基礎(chǔ)。
　　 在ANSYS軟件及其二次開(kāi)發(fā)平臺(tái)上,運(yùn)用APDL參數(shù)化編程技術(shù),對(duì)不同的旋轉(zhuǎn)電弧GMAW焊接工藝

4、參數(shù)下的焊接熱過(guò)程進(jìn)行了進(jìn)一步的研究,獲得了焊接電流、焊接電壓、焊接速度、旋轉(zhuǎn)半徑、旋轉(zhuǎn)頻率和旋轉(zhuǎn)方向等6個(gè)工藝參數(shù)對(duì)三維瞬態(tài)焊接溫度場(chǎng)和三維瞬態(tài)熔池的形狀尺寸的影響規(guī)律。為旋轉(zhuǎn)電弧在GMAW中優(yōu)化工藝參數(shù)的選擇奠定了理論基礎(chǔ)。
　　 為了在實(shí)際應(yīng)用中方便快速地獲得優(yōu)化焊接工藝參數(shù),擺脫在焊接工藝設(shè)計(jì)中對(duì)經(jīng)驗(yàn)依賴的束縛,采用BP網(wǎng)絡(luò)建立了預(yù)測(cè)模型,預(yù)測(cè)焊接工藝參數(shù)與焊縫尺寸的關(guān)系。在此基礎(chǔ)上采用遺傳算法進(jìn)行尋優(yōu),得出最優(yōu)的焊接工

5、藝參數(shù)值,并用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了優(yōu)化工藝參數(shù)的正確性。
　　 使用旋轉(zhuǎn)電弧傳感器進(jìn)行了焊接實(shí)驗(yàn),利用金相顯微鏡對(duì)所焊接的接頭進(jìn)行了宏觀和微觀的研究,結(jié)果表明,旋轉(zhuǎn)電弧傳感器所焊接的焊縫余高比正常直線運(yùn)動(dòng)焊接的焊縫余高要低,且平滑過(guò)渡也較好。旋轉(zhuǎn)電弧的不同焊接工藝參數(shù)對(duì)焊接接頭的微觀組織有影響,這與旋轉(zhuǎn)電弧焊接時(shí)的熱循環(huán)曲線有直接的關(guān)系。對(duì)用旋轉(zhuǎn)電弧傳感器焊接的接頭進(jìn)行了力學(xué)性能和硬度實(shí)驗(yàn)研究,結(jié)果表明,用根據(jù)本文的優(yōu)化模型所得的焊接工藝