基于串热源的gmaw焊接热模拟及组织性能预测

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1、一。一—些玺堑丝生墅型薹—————————一基于串热源的GMAW焊接热模拟及组织性能预测舟摘要推导并建立了半无限大体上任意～移动点热源作用下的焊接热传导三维瞬态解析数学模型，边界条件采用镜像热源处理，熄弧后的瞬态冷却过程采用反向热源处理。GMAW的焊接热输入包括电弧热流和熔滴热焓量两部分，本文将焊接热输入处理为沿三个坐标轴的有限个点热源，利用上述三维瞬态解析数学模型求解每个点热源产生的温度场，将所有点热源的温度场叠加，得到三维串热源作用下工件的瞬态温度场。通过大量计算和工艺实验确定了适于解析计算模型的焊接热输入分布模式。程序采用模

2、块化设计，可求解非对称施焊的任意尺寸工件的瞬态温度场。程序设计上采用动态数组技术，大大节约了计算机内存，提高了计算速度，在计算大型工件时，这一优势更为突出。利用所建模型模拟了Q195钢GMAW焊接熔池建立、准稳态以及熄弧后熔池凝固的全过程，计算了Q195试件GMAW焊接温度场，定量分析了焊接工艺参数对熔池几何形状以及焊接温度场的影响规律。利用JG590钢焊接传热的计算结果，结合JG590钢的SH—CCT图，成功实现了对JG590钢HAZ组织性能的预测和控制。并通过计算和实验相结合的方法，分析评价了目前常用的h，5计算公式和HAZ最

3、大硬度计算公式，确定了适合本文所建模型的HAZ最大硬度计算公式。进行了Q195钢和JG590钢GMAW焊接工艺试验，从焊缝横截面熔合线的几何形状及焊接热循环，对所建模型做了相应实验验证。计算结果与实验结果基本吻合，从而验证了本文所建模型的可靠性。关键词：GMAW焊接，三维串热源，解析计算模型，瞬态温度场，组织性能预测-／c山东省中青年科学家奖励基金资助项目(批准号：03bsl05)山东大学硕士学位i{仑义SimulationofHeatTranslferandPredictionofMicrostructure&HardnessB

4、asedORPointHeatSourcesalongAxesinGMAWProcessABSTRACTAtransienttemperaturedistributionsolutionontheworkpieceiSderivedwhichisheatedbyarandommovablepointheatsource．Inthepaper,theboundaryconditionsandthecoolingstageafterarcextinguishingaredisposedbymirrorheatsourcesandani

5、maginaryheatsink，separately．Inthepaper,theweldingheatinput，whichcomposesoftheeffectivearcheatinputandthedr．aptet--thermat咖h矗I谳’?[s"approximatelytreatedasagroupofelementarypointheatsourcesalong3-DaxesduringGMAWprocess．Thetransienttemperaturedistributionofthewholeworkpi

6、eceunder3-Dpointheatsourcescanbesolvedthroughtheadditionofthetemperaturefieldsproducedbyallthepointheatsources．Powerinputanddistributionareaofeveryelementarypointheatsourceisdeterminedbylotsofcalculationandexperiments．Thus，thedistributionmodelofweldingheatinput，whichi

7、ssuitableforthecalculationmodelestablishedbythepaper,isestablished．Thecalculationprograms,whichcancalculatethetransienttemperaturefieldonarandom—dimensionworkpiece，areallmodularized．DynamicarraysareintroducedtOsavethesolutiondata，whichCangreatlyincreasethecalculations

8、peed．Thepreponderanceofrapidcalculationspeedismoreobviouswhenlarge—dimensionworkpiecesarecalculated．Thewholeweldingprocessof