角接接头旋转电弧传感器焊接是焊接行业新技术,其焊接工件冷却后,工件力学性能较好、焊道宽等优点,是国内外焊接行业研究的热点。又因随着建筑、船舶等行业的发展,旋转电弧焊接应用越来越广,普通焊接不能满足工件质量的要求,迫切需要对旋转电弧角接接头焊接特性进行研究。旋转电弧焊接过程中,由于角接接头焊缝自身的特性,影响工件质量的焊接工艺参数因子较多,各因子互相交叉影响,使焊缝成形、熔池形状及焊后工件变形、焊缝缺陷的研究变得复杂,与非旋转电弧焊接相比,焊丝端部具有旋转运动作用,也导致其焊接热源模型更加复杂。而不同焊接因子及焊接热源,会导致焊接温度场、应力场及焊后工件变形的不同。为获得较好焊接质量与控制变形,有必要对其焊接工艺参数进行优化及焊接数值模拟进行研究。本文根据文献分析与前期研究,设旋转电弧为顺时针,旋转半径为3mm,焊炬夹角为45?,以5mm厚碳钢为母材,采用MAG(Metal Active Gas Arc Welding)焊接。首先对焊接工艺参数进行优化研究,结合经验法及参考文献,并考虑各个因子互相作用,在Minitab软件中,设焊接电压、焊接电流分别与焊接速度、旋转频率互相交叉作用,而旋转频率又与焊接速度、干伸长相互交叉影响,采用焊接电压、焊接电流、焊接速度、旋转频率、干伸长及气体流量,6因子3水平的方法,利用田口算法,建立正交模型。根据回归分析法、方差法及平均值法进行分析,得出不同因子之间的关系及好的焊接工艺参数,结果表明,焊缝成形质量分数在11.8分,熔宽误差在1.4附近,余高误差0.31~0.34,会出现畸变现象。针对角接接头旋转电弧焊接热源模型建立,考虑其焊缝特性并引入焊炬夹角,在双椭球热源基础上对其热源模型进行改进,建立新的焊接热源模型,使其能够更加精确描述旋转电弧焊缝形成过程。文中设焊炬夹角为45?,对角焊缝进行分析,提出焊缝参数分布不对称的特点,并求出焊缝热源参数之间的关系,得出宽度比例系数k=1.11,建立焊丝端部运动轨迹,并根据不同旋转频率分析焊丝端部轨迹运动情况。对于焊接工件,其熔池形态尺寸,焊缝成形特点、工件残余应力分布、裂纹大小分布及变形都与工件质量密切相关,为解决焊接中出现的问题,因此需要对旋转电弧角接接头焊接温度场分布,应力场分布进行数值模拟。首先根据文献得出不同温度下的物理材料性能参数及热焓值,其次在Ansys软件中,选用SOLID70单元,进行温度场模拟分析,在应力场数值模拟时,选用SOLID5单元,采用直接耦合法模拟。在焊缝与热影响区采用拖拉及扫略网格划分,在其他地方采用映射网格,采用单元组件及节点组件进行杀死或激活。根据实际焊接情况设置初始边界条件,采用物理化学处理及反演算法,得出改进型旋转电弧双椭质量分数,并对其数值模拟。得出角接接头旋转电弧焊接熔池的形成过程;分析了不同时刻的热循环曲线,动态热源温度场变化,得出靠近上侧板能量较高,易形成咬边,靠近热源中心前端的温度要高于热源中心处及后面部分,上侧板散热梯度要大于下侧板;研究了动态应力场分布,冷却后应力分布,不同路径应力变化及工件变心等问题,得出初始焊接时上侧板变形角度为°3 10′大于下侧板变形的°2 30′;在焊接末端下侧板变形角度为°3 20′,上侧板变形角度为°2 28′比无旋转时变形小;接近热影响区内1.31mm左右,拉应力急剧增大应力变量减小,增量斜率为负;在冷却后,上侧板在X,Y,Z残余应力最大值及畸变程度要小于下侧板,并且下侧板变形更加不规则,出现危险区域频率更高。以上研究成果,可为角接接头旋转电弧焊接工艺参数选择,结构设计、焊接装夹设计、防止工件变形及工程施工提供理论参考,促进了旋转电弧传感器焊接的应用及推广。