不同焊接工艺参数对温度场的影响

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1、不同焊接工艺参数对温度场的影响董瑞红1，张福宽2（1包头职业技术学院，包头014010；2内蒙古科技大学，包头014010）摘要：本文先利用ANSYS软件和有限元法，在其它焊接参数都不变的前提下，选用不同的焊接工艺参数对简单构件进行了三维实时动态模拟，通过对计算结果的分析对比，发现焊接工艺参数对焊接温度场有明显的影响，同时也找到了较为合适的焊接参数。同时也对焊接过程中单元生死问题的处理和相变潜热问题的处理做了详细的描述。关键词：ANSYS;焊接速度;焊接功率;数值模拟Differentweldingp

2、rocessparametersontheinfluenceoftemperaturefieldDONGRuihong,ZHANGFukuang（1Thevocationalandtechnicalcollege，Baotou；2SchoolofMechanicalEngineering,InnerMongoliaUniversityofScience&Technology,Baotou,InnerMongolia014010,PRChina.）Abstract:ThispaperbasedonANS

3、YSsoftwareandusedtheGaussianheatsourcemodelandSegmentationheatsourcemodelfornumericalsimulationofweldingprocesstostructure.Thehandingofelementkillingoractivatingandphase-changetemperaturesproblemaredescribedintheweldingprocess.Thispaperusedtheindirectme

4、thodtocouplingcalculationfortemperaturefieldandstressfield,whichobtainthedistributionofresidualstressfieldandcanrealizeThree-dimensionaldynamicsimulationofthetemperaturefield、stressanddeformationintheweldingprocess,meanwhilefoundthattheefficiencyofcalcu

5、lationwasraisedsignificantlyandthetimeofcalculationwasshortenobviouslywhenusingSegmentationheatsourcebasedonholdingthehighdegreeaccuracy.Keywords:ANSYS;Gaussianheatsource;Segmentationheatsource;simulationofwelding1.引言焊接作为现代制造业必不可少的工艺，在材料加工领域一直占有重要地位。但焊接

6、是一个涉及到电弧物理、传热、冶金和力学的复杂过程。焊接现象包括焊接时的电磁、传热过程、金属的熔化和凝固、冷却时的相变、焊接应力和变形等。焊接过程产生的焊接应力和变形，不仅影响焊接结构的制造过程，而且还影响焊接结构的使用性能。这些缺陷的产生主要是焊接时不合理的热过程引起的。由于高集中的瞬时热输入，在焊接过程中和焊后将产生相当大的残余应力(焊接残余应力)和变形(焊接残余变形、焊接收缩、焊接翘曲)，而且焊接过程中产生的动态应力和焊后残余应力影响构件的变形和焊接缺陷，而且在一定程度还影响结构的加工精度和尺寸的

7、稳定性。因此，在设计和施工时必须充分考虑焊接应力和变形的特点。焊接应力和变形是影响焊接结构质量和生产率的主要问题之一，焊接变形的存在不仅影响焊接结构的制造过程，而且还影响焊接结构的使用性能。因此对焊接温度场和应力场的定量分析、预测、模拟具有重要意义。传统的焊接温度场和应力预测依赖于试验和统计基础上的经验曲线或经验公式。但仅从实验角度研究焊接热应力和焊后残余应力和变形问题难度很大，无前瞻性，不能全面预测和分析焊接对整个结构的力学特性影响，客观评价焊接质量。随着差分法、有限元法的不断完善，焊接热应力和残余

8、应力模拟分析技术相应的发展起来。在研究焊接生产技术时，往往采用试验手段作为基本方法，但大量的试验增加了生产成本，耗费人力物力，尤其在军工、航天、潜艇、核反应堆等大型重要焊接结构制造过程中，任何尝试和失败都将造成重大经济损失，而数值模拟将发挥其独特的能力和优势。随着有限元技术和计算机技术的飞速发展，为数值模拟技术提供了有力的工具，很多焊接过程可以采用计算机数值模拟。2.关键问题的处理2.1单元生死技术的应用在焊接过程中，焊接材料是逐渐依次填充在焊缝中的，即