单面双弧焊接熔池数值模拟研究

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随着自动化技术、人工智能理论等相关学科纷纷取得长足进展,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,速度进一步提高时出现所谓“驼峰”焊道,甚至造成焊缝不连续。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。本文是针对平板堆焊时产生咬边的机理从数值模拟角度进行的研究。 本文首先从数值模拟入手,采用有限元分析的方法,使用ANSYS软件进行数值模拟,在模拟的过程中考虑到热源对工件不同区域影响程度的不同,划分网格时采用不均匀网格划分方法,这样既能保证计算的精度,同时又能节省大量的计算时间。 热源采用经典的高斯热源分布模式,工件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。 首先分析了TIG焊过程中熔池的成形规律,通过不同速度下温度场的比较,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,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。 最后进行了大量的焊接工艺实验,通过测试焊缝的几何尺寸、形状并与计算结果比较,验证了数值模拟的计算结果。
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