隨焊干冰激冷控制焊接應力與變形研究.pdf

1、鋁合金結構因其密度小、強度高，在船舶制造領域有著廣泛的應用，但薄壁鋁合金船體在焊接時，通常伴隨著較大的殘余應力與變形。隨焊激冷焊接方法可以有效地控制焊接應力與變形，但冷卻介質的高效性卻仍需進一步進行研究。本文基于隨焊激冷控制焊接應力與變形技術，提出隨焊干冰激冷焊接方法，利用米粒狀干冰顆粒作為冷卻介質，采用數(shù)值模擬與試驗相結合的方式，展開焊接應力與變形調控研究。
　　首先，本文對噴射干冰產(chǎn)生的冷卻效果進行了測量，基于有限元分析軟件M

2、SC.Marc，對隨焊激冷進行了數(shù)值模擬，分析了不同尺寸大小的矩形冷源對隨焊干冰激冷控制焊接應力與變形的影響，得到最優(yōu)冷源區(qū)域大小，并為干冰噴嘴的設計提供理論指導依據(jù)。結果表明，當冷源的寬度為40mm時，達到最優(yōu)冷卻效果所需長度最小;在一定范圍內，冷源長度越長，隨焊激冷效果越佳。
　　然后，本文對噴嘴的設計進行討論，并對利用所設計噴嘴噴射干冰形成的冷源溫度場進行了測量，提出干冰激冷的冷源溫度場模型，基于該溫度場模型，進行了隨焊干冰

3、激冷數(shù)值仿真模擬，對不同冷卻距離下的隨焊干冰激冷進行了討論。結果表明，在一定的范圍內，隨著冷卻距離的減小，隨焊干冰激冷效果越佳。
　　最后，針對隨焊干冰激冷焊接方法，闡明了其控制焊接殘余應力與變形的機理，并進行了相關焊接試驗。通過溫度場測量試驗發(fā)現(xiàn)，實際溫度與有限元模擬溫度場的最高溫度誤差不超過50℃，有限元分析合理;通過應力與變形測量試驗發(fā)現(xiàn)，當冷卻距離為40mm時，隨焊干冰激冷試件的焊接殘余變形相比常規(guī)焊接最大減小大約67.2