旋轉電弧窄間隙焊縫成形和應力場的數(shù)值模擬.pdf

1、旋轉電弧窄間隙MAG焊是一種針對中厚板的高效優(yōu)質的焊接方法，其關鍵是得到穩(wěn)定且足夠的側壁熔深。傳統(tǒng)上通過積累工藝試驗數(shù)據(jù)來了解和改善焊接過程的方式需要較大的成本。隨著計算機技術和有限元理論的高速發(fā)展，數(shù)值模擬分析成為一種強有力的分析手段。因此，本文通過數(shù)值模擬技術研究旋轉電弧窄間隙焊的溫度、應力以及流場的動態(tài)變化過程，具有重要的學術理論和工程應用意義。
　　本文首先根據(jù)旋轉電弧窄間隙MAG焊特點，通過ABAQUS軟件建立相關物理模

2、型，對電弧熱源形式進行等效和優(yōu)化，計算得到其三維溫度場，并與實際焊接的實驗結果從特定點的熱循環(huán)曲線、側壁熔深值和瞬態(tài)溫度場的變化等多個方面進行對比，完成熱場的計算。接著在熱場的基礎上，對旋轉電弧窄間隙中厚板進行熱力耦合，計算多層單道焊的應力場，將模擬結果與實際焊后結果進行對比，總結得出應力應變分布的規(guī)律。之后在模型中加入不同拘束條件，用以模擬墊板或夾具等對工件殘余應力的影響，并在多層焊的過程中改變焊接方向，進一步提高對焊后應力分布規(guī)律的

3、認識，完成力場的計算。最后，利用Fluent軟件對焊接熔池進行模擬，研究熔池中浮力、電磁力和表面張力等驅動力對焊縫成形過程的影響，完成流場的計算。
　　旋轉電弧窄間隙MAG焊的熱場結果表明優(yōu)化后的餅狀等效熱源在旋轉電弧焊接的數(shù)值模擬中，能得到與實際結果相符的側壁熔深和底部熔深，且計算精度和效率都有所提高。應力場的結果表明焊縫區(qū)存在較小的殘余橫向壓應力和較大的縱向拉應力，離開焊縫區(qū)后橫向應力迅速轉變?yōu)槔瓚Σ⒅饾u減小趨近于零，縱向應

4、力則迅速衰減為壓應力。在一定的拘束條件下的多層焊可以控制焊后的變形并且改變應力分布，而改變多層焊中的焊接方向可以降低峰值應力的大小并且使應力分布更加平緩對稱。流場的結果表明了熔池各驅動力對傳熱與流動特性的影響，決定熔池內(nèi)部流場和成形的主要因素是表面張力，而浮力和電磁力會影響熔池體積的大小，各驅動力引起的對流運動使溫度峰值降低。
　　本課題針對旋轉電弧窄間隙MAG焊進行數(shù)值模擬的研究，直觀動態(tài)的展現(xiàn)了焊接過程中熱、力和熔池流動的變化