不同焊接速度下t形接头焊接温度场模拟研究

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1、不同焊接速度下T形接头焊接温度场模拟研究　　摘要焊接速度是焊接的重要参数，同一种焊接方法下，不同的焊接速度会影响温度场的分布。通过有限元软件ANSYS建立了T形接头热分析模型，考虑了材料物理性能随温度和相变的影响，焊接热源采用内部热生成的方法模拟，焊接过程用生死单元模拟。得到并比较了不同速度下的T形接头焊接温度场的焊接温度场。关键词焊接；数值模拟；单元生死；温度场中图分类号TG45文献标识码A文章编号1674-6708（2013）87-0064-03在焊接中，焊接热传导和热输入对冶金过程、应力应变等都有非常重要

2、的影响。焊接是快速的局部加热到高温与快速的冷却的过程。焊接过程中的温度和材料热物理性能参数会随时间剧烈变化。焊接温度场是典型的移动热源的模拟分析。1模型的建立1.1有限元模型焊接过程的热传导是一个复杂的非线性问题，焊接温度场的模拟属于瞬态非线性热分析，材料为SPV490Q，选用SOLID70单元。焊件尺寸为：底板为100mm×100mm×84mm；壁板为100mm×100mm×20mm。取焊接方向的单元网格长度为0.5mm。模型忽略熔池流体的流动作用。热物理性能参数随温度变化而变化。1.2焊缝热源通过单元的内部

3、生热方式模拟焊缝的热源，载荷的施加通过生热率实现，通过生死单元的计算来模拟焊缝。利用ANSYS的APDL语言编写的程序来模拟移动的热源，通过循环语句来实现热源的移动。把热输入量换算成在单位体积、单位时间上的焊缝单元的热生成强度，设热效率为；电压为U（V）；电流为I（A）；每个焊缝单元的体积为V（m3）。设焊接电流为150A，电弧电压U为24V，焊接效率取0.75.环境温度设置为20℃。采用TIG焊。2温度场的计算与分析焊接温度场的直观描述对焊接工艺的改进有一定的帮助。该焊接包括内外侧角焊缝的焊接。图2.12图2

4、.15依次为V=5mm/s.7.5mm/s时焊缝中心线（路径2）各点温度变化趋势。图2.13.图2.16.依次为V=5mm/s.7.5mm/s。时底板上焊缝中心等距线（路径1）上各点温度变化趋势。图2.14.图2.17.依次为V=5mm/s.7.5mm/s.时壁板焊缝中心等距线（路径3）上各点温度变化趋势。有限元模型及选取路径如下图2.11（焊缝中心及热影响区取点示意图）。4下图为不同焊接速度下处于准稳态情况下焊接温度场的表面温度场及其对应截面的温度场：3结论1）从分析结果中可以看出其截面的温度呈均匀的弧形分布

5、，在其他焊接工艺参数不变时，随着焊接速度的增加，熔池的最高温度逐渐降低，焊缝熔深减小，熔池的长度和宽度、等温线的范围也随之变小；2）在相同的情况下，焊接速度太小熔池温度会很高，温度过大容易产生局部过热而烧透。所以通过调节焊接速度可以来获得符合要求的焊接结果；3）最高温度随着焊接速度的增加而变低，各点的温度变化规律基本没有差异，冷却速度小于升温速度。焊缝中心等距线上与焊缝中心线上的变化规律基本一致，离焊缝越远的地方温度的最高值越小。参考文献[1]张书权，王仲钰，代礼，等.基于SYSWELD的T型接头温度场的数值模

6、拟[J].热加工工艺，2010，40（7）：133-135.[2]汪建华.焊接数值模拟技术及应用[M].上海：上海交通人学出版社，2003：8-10.[3]程久欢.焊接热源模型的研究进展[J].焊接技术，2004，33（1）：13-17.4[4]艾云龙，刘长虹，罗军民.工程材料及成形技术[M].北京：科学出版社，2007：72-74.4