基于COMSOL模擬的T形接頭對接電阻焊與雙面焊的比較

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1、焊接數(shù)值模擬作業(yè)基于COMSOL模擬的T形接頭對焊與雙面焊的比較摘要：本文利用有限元法對高斯熱源的移動焊接進(jìn)行數(shù)值模擬，通過分析焊接過程中的數(shù)據(jù)圖像，研究了對焊與雙面焊（同向）兩種焊接方法對T形接頭焊接結(jié)果的影響。主要考慮了溫度變化，應(yīng)力變形，總位移等方面的區(qū)別。關(guān)鍵詞：T形接頭，應(yīng)力變形，溫度，數(shù)值模擬ComparisonofTjointbuttweldinganddouble-sidedweldingbasedonCOMSOLsimulationAbstract：Inthispaper,thefiniteelementmethodisusedtosimulatetheweldi

2、ngmovementofGaussheatsource.Byanalyzingthedataandimagesintheweldingprocess,theinfluenceoftwoweldingmethodsofbuttweldinganddoublesidewelding(syntropy)ontheweldingresultsofTjointsisstudied.Thedifferenceintemperature,stress,deformationandtotaldisplacementismainlyconsidered.Keywords：Tjoint,stressa

3、nddeformation,temperature,digitalsimulation1.數(shù)值模型及焊接條件1.1焊件模型及熱物理參數(shù)為了模擬T形接頭對焊與雙面焊的差別，建立的焊件有限元三維模型及網(wǎng)格劃分如圖所示。翼板尺寸（XYZ）為200mm×100mm×10mm，腹板尺寸為10mm×100mm×80mm。為了兼顧計算精度和速度，在溫度變化梯度較大的焊縫(WM)和熱影響區(qū)(HAZ)區(qū)域采用比較密集的網(wǎng)格，固定單元數(shù)目為25，而在遠(yuǎn)離WM區(qū)域劃分較為稀疏的網(wǎng)格。1211圖1對焊圖2雙面焊有限元模型焊接數(shù)值模擬作業(yè)1表示先焊的一側(cè)，2表示后焊的一側(cè)。對焊（對接電阻焊）是利用電阻熱將兩

4、工件沿整個端面同時焊接起來的一類電阻焊方法。對焊的生產(chǎn)率高、易于實現(xiàn)自動化，因而獲得廣泛應(yīng)用。如圖1雙面焊當(dāng)然就是焊完一面，再去另一面焊，焊另一面時，一般需要清根，或刨或磨掉夾渣。如圖2板材都選用Aluminum（鋁），熔點660℃，材料屬性目錄如圖3所示：圖3鋁材料屬性1.2熱源模型熱源模型的建立與焊接溫度場的模擬是焊接數(shù)值模擬的重要部分。對于手工電弧焊、鎢鎢極氬弧焊等焊接方法，采用高斯分布的函數(shù)就可以得到較滿意度結(jié)果。本文中采用高斯移動熱源。實際圖像焊接數(shù)值模擬作業(yè)圖4高斯熱源模型圖5實際圖像熱源公式：Q=3×u×I/(π×r3)×exp(-3×(x-x0)2/r2)×exp(

5、-3×(y-y0-v×t)2/r2)×exp(-3×(z-z0)2/r2)。式中Q表示熱源，u、I為焊接電壓、焊接電流，特征參數(shù)r與的焊接電流、電壓及焊速有關(guān)，是熱源作用區(qū)域半徑，可由實際焊接工藝參數(shù)下的熔池的前沿、后沿、寬及深度來確定，特征參數(shù)只決定了熱源形狀，不改變熱源功率，因此對HAZ區(qū)熱循環(huán)曲線無影響。1.3焊接參數(shù)及定義單位長度單位mm角度單位deg對焊參數(shù)如表1：表1：對焊焊接參數(shù)名稱表達(dá)式值x095[mm]0.095000mx2105[mm]0.10500my00[mm]0.0000my20[mm]0.0000mz010[mm]0.010000mz210[mm]0.0

6、10000mr5[mm]0.0050000mv2[mm/s]0.0020000m/su30[V]30.000VI145[A]115.00A熱源公式如下：焊接數(shù)值模擬作業(yè)Q1=3×u×I/(π×r3)×exp(-3×(x-x0)2/r2)×exp(-3×(y-y0-v×t)2/r2)×exp(-3×(z-z0)2/r2)Q2=3×u×I/(π×r3)×exp(-3×(x-x2)2/r2)×exp(-3×(y-y2-v×t)2/r2)×exp(-3×(z-z2)2/r2)雙面焊參數(shù)如表2：表2：雙面焊焊接參數(shù)名稱表達(dá)式值x095[mm]0.095000mx2105[mm]0.10500

7、my00[mm]0.0000my20[mm]0.0000mz010[mm]0.010000mz210[mm]0.010000mr5[mm]0.0050000mv2[mm/s]0.0020000m/su30[V]32.000VI145[A]145.00Am100[mm]0.10000m熱源公式如下：Q1=3×u×I/(π×r3)×exp(-3×(x-x0)2/r2)×exp(-3×(y-y0-v×t)2/r2)×exp(-3×(z-z0)2/r2)Q2=3×u×I/(π