罩式退火爐葉輪焊接殘余應(yīng)力數(shù)值模擬分析.pdf

1、電弧焊制葉輪是工業(yè)生產(chǎn)葉輪的主要方式之一。焊接時(shí)電弧引熱使得部分金屬熔化,而后冷卻凝固形成焊縫,以實(shí)現(xiàn)金屬不同部件的連接。由于焊接熱過(guò)程的高度非線性和被焊金屬件的嚴(yán)重受熱不均,使得焊接過(guò)程不可避免的帶來(lái)焊接殘余應(yīng)力及應(yīng)變。焊件殘余應(yīng)力和變形是評(píng)定葉輪焊接性能的重要依據(jù),也是預(yù)測(cè)其使用壽命的重要依據(jù),因此葉輪焊接殘余應(yīng)力及變形的研究有很重要的意義。焊接過(guò)程是個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的過(guò)程,它涉及多學(xué)科,其準(zhǔn)確描述的實(shí)現(xiàn)是很困難的,而近年來(lái)數(shù)值模擬技術(shù)的

2、不斷發(fā)展使其實(shí)現(xiàn)成為可能。
　　焊接殘余應(yīng)力及變形的產(chǎn)生主要是由焊件受熱不均造成的。在焊接過(guò)程中始終貫穿著熱效應(yīng),包括預(yù)熱、焊縫區(qū)金屬加熱融化和冷卻凝固、熔池流動(dòng)、金屬相變、熱傳導(dǎo)和熱交換等,因此焊接溫度場(chǎng)的研究有至關(guān)重要的意義。在進(jìn)行焊接溫度場(chǎng)研究時(shí),主要的研究重點(diǎn)為有限元模型的準(zhǔn)確建立、熱源模型的建立及其移動(dòng)加載的實(shí)現(xiàn)、熱邊界條件的處理、載荷步的確定等。
　　本文基于大型有限元分析軟件ANSYS,首先以葉輪中常見的T型接

3、頭為例,對(duì)每一項(xiàng)影響焊接溫度場(chǎng)的關(guān)鍵因素分別做了研究,包括借助參數(shù)化設(shè)計(jì)語(yǔ)言APDL實(shí)現(xiàn)了雙橢球熱源的移動(dòng)加載,并通過(guò)多次模擬實(shí)驗(yàn),確定了合適的模型參數(shù);在處理熱邊界條件時(shí)實(shí)現(xiàn)了對(duì)流輻射復(fù)合換熱的動(dòng)態(tài)加載,為焊接溫度場(chǎng)模擬計(jì)算提供了一種有效而快速的算法;對(duì)葉輪中常見的雙角焊縫進(jìn)行了不同焊接順序的分析研究,確定了以非同時(shí)非同向作為葉輪焊接模擬計(jì)算的基本焊接順序;在完成上述工作后,討論并驗(yàn)證了葉輪有限元模型簡(jiǎn)化創(chuàng)建的可行性及有效性,然后對(duì)三