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随着焊接生产的机械化、自动化和机器人化程度不断提高,生产节拍不断加快,因此,对焊接加工环节本身的生产速度提出了更高的要求。但是,焊接速度的提高会带来一些与常规速度焊接时不同的问题。其中最主要的是焊缝成形差,出现焊道咬边的现象,为了改善高速焊接时的焊缝成形,首先需要了解焊缝成形不良的机理。
本文在总结前人工作的基础上,采用有限元分析的方法,使用ANSYS软件对定点TIG、运动TIG以及双弧TIG焊接产生的温度场进行了实时动态模拟研究,并进行了大量的焊接工艺实验,通过测试焊缝的几何尺寸、形状与计算结果比较,验证了数值模拟的计算结果。利用数值模拟对焊缝成形缺陷咬边进行分析。
在对定点TIG、运动TIG焊接温度场进行模拟时,热源模型分别采用经典的高斯热源分布模式和双椭圆热源分布模式,材料的各项热物理性能参数采取随温度变化的方式,同时考虑到工件和外界的对流换热及辐射,另外,通过增加有效液体热传导率来近似考虑对流的影响,这样使计算条件尽可能与实际相吻合。
本文首先研究了定点TIG焊在不同参数下温度场的变化规律及咬边情况,研究表明温度梯度对咬边的形成有影响,当温度梯度相对大时,咬边容易产生。
从熔池熔宽最大处深宽比和温度梯度两方面对运动TIG焊缝成形进行分析,发现随焊接速度的提高,熔宽最大处的熔池深宽比越来越小,而温度梯度会变大,当达到某一临界值时,咬边就会产生。
根据这一现象又分析了双电弧作用下的熔池成形规律,发现如果前后电弧的能量分布合理,并且前后电弧距离合适的情况下,能得到好的焊缝,而且双弧焊时比单电弧作用下的低速焊接时得到的深宽比大,而低速焊时是不会产生咬边的,这就说明采取双电弧的情况能够在极大限度的提高效率的同时,避免焊接缺陷。