全焊接阀门的焊接温度场拟合分析

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1、维普资讯http://www.cqvip.com焊接学报第26卷9年月DINGINSTITUT—IO—NepeⅡ‘buc2二uu；J20059TRANSACTIONSOFTHECHINAWEL全焊接阀门的焊接温度场拟合分析庞方杰，徐济进，陈立功，张敏(1．上海交通大学材料科学与工程学院，上海200030；2．上海耐莱斯·詹姆斯伯雷阀门有限公司，上海200092)摘要：建立了一种基于试验的非线性曲线拟合的新方法来分析焊接温度场。采用改进的温度场数学解析模型后，拟合得到与实测结果相当接近的温度一时间拟合曲线方程：根据不同条件下的拟合方程，对其回归系数进行了影响因素的分析。并考虑实际需要，得到了不同

2、初始温度下全焊接阀体的密封圈安全位置范围，为阀门焊接工艺的制定提供了重要依据。关键词：全焊接阀门；温度场；曲线拟合中图分类号：TG402文献标识码：A文章编号：0253—360X(2005)09—73—04庞方杰0序言的垂直于焊缝中心的焊接试样表面温度值。“西气东输”项目需要使用大量大直径球阀，对1焊接温度场模型的选取于油气介质，球阀密封性是首先要解决的问题，由于密封性能差产生的泄漏会导致严重的环境污染和经平板对接焊试样如图1所示，其在三个方向的济损失。而阀门强度的不足则可能造成阀门本体或长度都不能忽略，考虑到密封圈位置不在焊缝和热系统的破坏¨。采用比螺栓连接阀门具有更多优影响区，这里参考了R

3、osenthal解析模型。点的全焊接球阀可有效地解决上述难题。试验采用国内第一台单电源双丝自动埋弧焊机进行平板试样的焊接。单电源双丝埋弧自动焊是一种高熔敷速率、高焊接速度、低热输入的埋弧焊方法=通过改变焊丝排列方式和丝间距，其焊缝成形、熔深、熔宽、稀释率可得到更充分的调节。既可用于稀释率要求较低的耐磨或耐腐蚀表面的埋弧堆焊，亦可适用于各种对接、角接焊缝的单道或多道高速埋弧焊。全焊接阀门焊接过程中，阀体需要用橡胶圈进行密封，这给阀门结构设计和实际焊接带来了一定困难：一方面阀体在焊接时温度较高，另一方面密图1平板对接焊示意图Fig．1Configurationofflatplateforbuttw

4、elding封圈耐温较低，因此必须建立特殊的温度控制工艺。为此首先需要了解模拟阀体的平板试样的焊接温度对于厚大焊件连续移动热源的温度场，可将焊场影响因素及其随时间的变化曲线，这里采用拟合件划分为一个个垂直焊缝的截面，并假定相邻截面法将试验采集到的温度数据进行分析，得到符合规薄片之间不发生热交换，仅在垂直于焊道方向有热律的温度一时间关系式；进一步获取不同位置的最传播，因此可以这样认为，只有在热源到达该薄片时高温度及其影响因素，从而为确定阀门密封圈的位才传热。如果薄片的厚度为dy，就可以把厚大焊件置范围提供依据。实测温度场数据为由热电偶测得点状热源的传热过程看作是在厚度为d’，薄片一边收稿日期：2

5、004—10—18有瞬时线状热源作用的传热过程。考虑表面散维普资讯http://www.cqvip.com74焊接学报第26卷热时，其温度解析式的一个特解为(一)exp(一Pt)+。(3)上图3为双丝多道埋弧焊焊接过程中某一道焊=2．trAvtexp[-(r+bf)]+，(1)接时的温度一时间曲线图，图中从上往下依次为距试中：口为被焊材料的导温系数；A为导热系数；g为焊缝中心0mm、45mill、65mill、85mm、105mm、热源功率；为焊接速度；t为时间；b为散热系数；r12．5mm、145mm、165mm处的温度一时问曲线。为距焊缝中心的距离(r=+z)；为环境温度。图4为相应拟合曲

6、线。由于该温度场模型在焊缝中心处偏差较大，故图4中0mm的起始段温度偏高。2实测曲线与拟合分析从图3、4可看到拟合的曲线与实测曲线相当符合。2．1模型改进用温度场测量仪实时测量了对接焊试样中心截面上距焊缝30mm处的下表面温度。可以看到，随着起焊温度的提高，测点温度也相应提高(见图2)。时间t／rain图3实测的温度一时间曲线Fig．3MeasuredthermalcyclesofeightlocationsO510时间t／rain图2前5道焊接的温度一时间曲线Fig．2Measuredthermalcyclesinfirstfivepasseswelding根据叠加原理，若干个不相干的独立热

7、源作用在同一焊件上，则焊件上某点的温度等于各独立热时间t／min源对该点产生的温度总和]。考虑到初始温度和环境温度对焊件温度的影响，将式(1)改写为图4拟合后的温度一时间曲线9一，r．、、Fig．4Fittedthermalcyclesofeightlocations既pL一()J+(一)exp(一bt)+，(2)2．3回归系数的影响因素分析式中：为初始温度；To为环境温度。将每次得到的温度一时间