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《對(duì)接間隙對(duì)鉭薄板tig氦弧焊熔池形態(tài)影響的數(shù)值分析(圖)》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫(kù)。
1、對(duì)接間隙對(duì)鉭薄板TIG氦弧焊熔池形態(tài)影響的數(shù)值分析(圖)
2、第1...第1摘 要:為了研究焊接過(guò)程中對(duì)接間隙對(duì)熔池形態(tài)的影響,本文基于有限元分析軟件ANSYS,針對(duì)鉭薄板微間隙TIG氦弧焊接方法,用數(shù)值模擬的方法計(jì)算了鉭薄板TIG氦弧對(duì)接焊過(guò)程中對(duì)接間隙存在時(shí)溫度場(chǎng)的分布以及不同對(duì)接間隙時(shí)熔池表面形態(tài)的變化。分析了對(duì)接間隙的變化對(duì)熔池表面形狀的影響,并對(duì)間隙存在時(shí)焊槍偏離焊縫中心的溫度場(chǎng)進(jìn)行了分析。計(jì)算了由于邊緣效應(yīng)和焊接熱源有效作用范圍帶來(lái)的熱傳遞效應(yīng)不同時(shí)工件內(nèi)溫度場(chǎng)的分布。計(jì)算結(jié)果表明間隙的存在造
3、成溫度場(chǎng)分布不均,是熔池表面形態(tài)呈現(xiàn)橢圓形的一個(gè)決定性因素,這種影響隨焊接時(shí)間的增加更為明顯。研究結(jié)果對(duì)制定TIG焊工藝具有實(shí)際指導(dǎo)意義。關(guān)鍵詞:鉭;熔池;對(duì)接焊;氦弧;微間隙;數(shù)值分析 引 言 鉭是一種塑性較好,容易制作加工的難熔稀有金屬,廣泛應(yīng)用于化學(xué)工業(yè)、航天工業(yè)、核能工業(yè)和電子工業(yè)等領(lǐng)域[1]。工業(yè)生產(chǎn)中,鉭結(jié)構(gòu)件通常是用焊接的方法來(lái)加工制造,但鉭在焊接過(guò)程中存在吸氣、晶粒粗大及易形成氣孔和裂紋等問(wèn)題[2,3],而且其特殊的應(yīng)用環(huán)境對(duì)焊接質(zhì)量要求很高,所以保證焊接質(zhì)量成為亟待解決的課題?，F(xiàn)有
4、的資料顯示,鉭的焊接成形方面的研究還非常缺乏,因此開(kāi)展對(duì)鉭焊接工藝的研究具有實(shí)際意義。焊接過(guò)程是個(gè)局部快速加熱到高溫并隨后冷卻的過(guò)程,整個(gè)焊件的溫度隨時(shí)間和空間急劇變化,易形成在時(shí)間和空間域內(nèi)梯度都很大的不均勻溫度場(chǎng),溫度場(chǎng)的分布決定著焊縫區(qū)和熱影響區(qū)的范圍,對(duì)焊接接頭的質(zhì)量有著直接影響。實(shí)際工業(yè)中的平板對(duì)接焊工藝,由于固定夾具的機(jī)械誤差以及一些人為因素,極易使對(duì)接工件產(chǎn)生微小的間隙,而微小的間隙對(duì)工件溫度場(chǎng)有著極大的影響。目前對(duì)焊接溫度場(chǎng)計(jì)算的研究?jī)H限于單板重熔和無(wú)間隙對(duì)接焊[4],而間隙的存在是影
5、響焊縫成形和焊接質(zhì)量的一個(gè)重要因素,因此開(kāi)展這方面的研究有著重大意義。1計(jì)算模型與邊界條件 1.1計(jì)算模型 本文采用了有限元分析軟件ANSYS710,對(duì)模型進(jìn)行了相應(yīng)的數(shù)值化處理,在計(jì)算過(guò)程中使用了實(shí)體單元so1id70和表面單元surf152相結(jié)合,除了施加整體與外界的對(duì)流散熱條件外還考慮了工件與夾具和保護(hù)胎具之間的傳熱。因?yàn)槟Ｐ偷膶?duì)稱(chēng)性,本次計(jì)算只選取了對(duì)接焊實(shí)驗(yàn)中的一塊試板進(jìn)行建模計(jì)算。為保證對(duì)接間隙,在工藝性能試驗(yàn)中采用專(zhuān)用夾具將工件固定于工作平臺(tái),工件尺寸為20mm×50mm×015mm
6、的鉭薄板。焊接試驗(yàn)過(guò)程中采用自制反面保護(hù)胎具,對(duì)工件進(jìn)行雙面氣體保護(hù):正面保護(hù)氣體為氦氣,氣流量7L/min;反面保護(hù)氣體為氬氣,氣流量5L/min。焊接電流I=75A,焊接電壓U=1714V,弧長(zhǎng)2mm?；贏NSYS自適應(yīng)網(wǎng)格劃分技術(shù),本次研究采用四面體和六面體單元相結(jié)合的網(wǎng)格劃分原則,對(duì)工件和夾具進(jìn)行不同單元形狀的網(wǎng)格劃分。模型采用非均勻網(wǎng)格的方法來(lái)進(jìn)行單元的劃分。如圖1所示,在對(duì)接面及近縫區(qū)域,采用較為細(xì)密的網(wǎng)格劃分,而在遠(yuǎn)離焊縫區(qū),采用較粗略的網(wǎng)格劃分。這樣可以兼顧計(jì)算精度與速度。圖1非均勻
7、網(wǎng)格劃分型式 1.2熱源加載形式 電弧加熱區(qū)的熱能分布按照接近實(shí)際的高斯分布形式,電弧加熱半徑內(nèi)任意一點(diǎn)r(x,y)的熱流量分布見(jiàn)式(1)[6]。式中:η表示加熱效率,在本文中取017;U為電弧電壓;I為焊接電流;rH為電弧加熱斑點(diǎn)區(qū)半徑?！ ?.3邊界條件的處理 1)引弧時(shí)刻的初始條件:T=T0(2)式中:T是工件上的溫度,T0為初始溫度室溫(298K)?！ ?)計(jì)算時(shí)將間隙處對(duì)接面設(shè)為對(duì)流邊界,考慮空氣在間隙處流通時(shí)與工件的對(duì)接面產(chǎn)生對(duì)流散熱。工件與空氣熱交換對(duì)流邊界條件:式中:表示工件上任
8、意方向的溫度梯度;λ為材料的導(dǎo)熱系數(shù);h為材料的對(duì)流系數(shù)。 2計(jì)算結(jié)果與分析 2.1對(duì)接間隙對(duì)工件表面溫度場(chǎng)的影響為了分析對(duì)接間隙的存在對(duì)工件溫度場(chǎng)的影響,對(duì)間隙為0109mm和間隙不存在2種情況進(jìn)行了建模計(jì)算,建模時(shí)在工件對(duì)接面處分別采用對(duì)流和傳導(dǎo)2種邊界條件。計(jì)算結(jié)果表明,無(wú)對(duì)接間隙時(shí),熔池表面形狀呈現(xiàn)圓形即x方向與y方向熔寬相等;對(duì)接間隙存在時(shí)熔池表面形狀呈現(xiàn)橢圓形即x方向與y方向熔寬不等。這是因?yàn)閷?duì)接間隙存在時(shí),對(duì)接面處的對(duì)流散熱速度慢,使得等溫線在x方向上分布較密而y方向上分布稀疏,因此
9、y方向的熔寬大于x方向上的熔寬,這種影響隨焊接時(shí)間的變化更加明顯。圖2表明了x方向與y方向上熔寬隨焊接時(shí)間變化的規(guī)律。間隙的存在是熔池形態(tài)變化的一個(gè)因素。2種邊界條件下的計(jì)算結(jié)果參見(jiàn)表1。表12種邊界條件下熔寬的比較圖2小間隙對(duì)接焊熔寬隨焊接時(shí)間變化曲線(間隙0.09mm,I=75A,U=17.4V)圖3距電弧中心等距離點(diǎn)的選取方法圖4工件上不同區(qū)域距電弧中心等距離點(diǎn)的升溫曲線(I=75A,U=17.4V) 為了進(jìn)一步分析間隙對(duì)工件上溫度場(chǎng)分布的影響規(guī)
