用数值模拟方法研究焊接工艺参数对熔池几何形状的影响

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1、第38卷第5期2008年5月雹珲拽ElectricWeldingMachineV01．38No．5May．2008庸数值模拟方法研究擤接工艺参数对熔池几何形状的影响李晋梅，雷毅(中国石油大学机电工程学院，山东东营257061)摘要：以Q235钢为研究对象，运用ANSYS软件建立其平板焊对接接头的有限元数值计算模型，借助j，该模型分别计算了不同焊接工艺参数(焊接电流、焊接电压和焊接速度)务件下的熔宽和熔深。熔宽和熔，深随焊接电流和电弧电压的增加呈增加的变化规律，而随焊接速度的增加呈减小的变化规律其中电弧电压是影响熔宽的主要因素，而焊接电流是影响熔深的主要因素，焊接电流对熔深的作用则更为明显

2、。；关键词：焊接工艺参数；低碳钢；熔池形状；数值模拟：’。中图分类号：TG457．1文献标识码：A，文章编号：1001-2303(2008)05--0050—03．iStudyoninfluenceofweldingparametersonweldpoolgeometrybynumericalsimulationmethodLIJin—mei．LEIYi(SchoolofMechanicalandElectronicEngineering，ChinaUniversityofPetroleum，Dongying257061，China)Abstract：Thefiniteelementmo

3、deloflowcarbonsteelQ235buttjointwasbuiltupusingFEAsofiware-ANSYS，andthewidthanddepthoftheweldpoolwerecalculatedunderdifferentweldingcurrent，weldingvoltageandweldingspeedbythismodel．Theresultsshowthatthewidthanddepthoftheweldpoolincreasewiththeincreaseoftheweldingcurrentandweldingvoltage，andtheyde

4、creasewiththeincreaseoftheweldingspeed．Theinfluencingdegreeoftheweldingcurrentonthedepthoftheweldpoolismoreobvious．Keywords：weldingparameter；mildsteel；weldpoolgeometry；numericalsimulation0前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发挥着极其重要的作用。随着现代制造业的不断发展，焊接产品质量备受重视。控制焊接熔池形态是保证焊接质量的关键技术【11，而焊接工艺参数的选取将直接影响焊接熔池的几何

5、尺寸，所以准确获得焊接熔池几何形状与焊接工艺参数之间的关系非常重要，传统方法主要通过大量的焊接工艺试验进行分析，不仅成本高，且效率低。近年来，随着计算机技术在焊接领域中的应用不断扩大，人们开始采用数值模拟方法并辅以少量试验验证来研究各种复杂的焊接问题121，不仅可以降低焊接试验成本，而且还能大大提高焊接工艺评定的效率。但目前就数值模拟方法在焊接领域中的应用大收稿日期：2007—10-18；修回日期：2008-03-04基金项目：中国石油大学(华东)研究生创新基金项月(s2007-6)作者简介：李晋梅(1983--)，女，山西晋城人，硕士。主要从事材料成型及控制工程方面的研究工作。多集中于

6、对焊接温度场和应力场的分析【划，而有关应用数值模拟方法研究熔池几何形状与焊接工艺参数之间的关系研究较少。在此通过建立Q235钢平板焊对焊接头的有限元数值计算模型，对不同焊接工艺参数条件下的熔宽和熔深值进行计算，以期获得焊接熔池几何形状与工艺参数之间的关系，为焊接工艺的制定提供理论依据。1模型的建立1．1三维模型的建立为了保证计算精度、节省计算时间，划分网格时采用非均匀网格划分方式：在电弧加热区域，网格划分细密，远离焊缝区域选用较大的单元尺寸，网格划分结果如图1所示。模型尺寸为240mmx80ram×6inin，焊件材料选用Q235钢，采用熔化极co：气保焊，焊丝直径1．2mm。所建模型基

7、于如下假设：a．不考虑焊件与实验台和夹具之间的热传导；b．忽略熔池内部的化学反研究与设计李晋梅等：用数值模鞑方法研究焊接工艺参数对熔池几何形状!皇墅堕第!塑图l三维网格划分应；c．焊件的初始温度与周围环境温度相同；d．忽略电弧力的作用，把电弧等效为一个理想的热源。由于材料热物理性能参数对计算结果影响很大，低碳钢的热物理性能随温度呈非线性变化[51，为使仿真结果更接近实际情况，在建模分析过程中考虑了材料的热物理性能参数随温度的非线性变