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1、高效焊接熔池形態(tài)及熱過程數(shù)值分析的研究進(jìn)展山東大學(xué)武傳松2007-8-25*高效、優(yōu)質(zhì)、低耗是當(dāng)前制造業(yè)對(duì)焊接技術(shù)提出的迫切要求.*焊接作為一種重要的制造成形工藝，其效率的提高對(duì)企業(yè)總的生產(chǎn)率的提高有著舉足輕重的影響.*現(xiàn)代制造業(yè)為了增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力，對(duì)焊接生產(chǎn)加工的效率提出了越來越高的要求..提高焊接生產(chǎn)率的主要途徑:采用高能密度焊接工藝技術(shù)（等離子弧焊接、激光焊、電子束焊）；對(duì)現(xiàn)有電弧焊工藝進(jìn)行高效化改進(jìn)（如Tandem焊接,T.I.M.E.焊接，DE-GMAW焊接等），充分利用電弧焊低成本和高適應(yīng)性的特點(diǎn)；復(fù)合熱源焊接技術(shù)（如激
2、光+電弧復(fù)合焊接）。對(duì)各類高效焊接過程的熔池形態(tài)與傳熱過程進(jìn)行數(shù)值分析，可以得出不同工藝條件下焊接溫度場(chǎng)和焊縫成形的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，這對(duì)于深入了解工藝機(jī)理、優(yōu)化焊接工藝參數(shù)、實(shí)現(xiàn)焊接過程自動(dòng)控制，都具有重要的理論意義和工程實(shí)用價(jià)值。一.等離子弧焊接熱過程分析等離子弧焊接,能量高度集中,形成穿透工件的小孔,焊縫深而窄.必須考慮熱流沿工件厚度方向的分布,以及等離子流力對(duì)熔池的”挖掘”作用.建立恰當(dāng)?shù)?適用的等離子弧焊接的體積熱源作用模式:考慮:’倒喇叭’狀焊縫斷面的特點(diǎn),熱流沿工件厚度方向的分布,等離子流力對(duì)熔池的”挖掘”作用.(1)體積熱源的
3、作用區(qū)域,在工件上表面最大,在下表面最小;沿工件厚度方向,按某種規(guī)律衰減;(2)沿工件厚度方向,熱流最大值恒定;在垂直z軸的任一平面內(nèi),熱流按高斯分布;根據(jù)以上兩點(diǎn),提出兩個(gè)體積熱源模式:1.三維錐體體積熱源模式（TDC:Three-dimensionalconicalheatsource）三維錐體熱源模式（TDC）2.改進(jìn)型三維錐體體積熱源模式（MTDC:Modifiedthree-dimensionalconicalheatsource）:改進(jìn)型三維錐體熱源模式MTDC計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較可以看出:’錐體’TDC和’改進(jìn)型錐體
4、’MTDC熱源模式,還不能充分反映小孔等離子弧焊接的特點(diǎn),計(jì)算結(jié)果仍有較大誤差,尤其是熔合線的走向.3.小孔等離子弧準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)熱源模式（QPAW:Quasi-steadystatePAWheatsource）準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)PAW熱源作用模式QPAWPAW焊接熔池及小孔形狀示意圖150000C基于QPAW計(jì)算出的焊縫橫斷面與實(shí)驗(yàn)結(jié)果（9.6mm厚不銹鋼板,U＝31.2V，I＝240A，v0＝2mm/s）基于QPAW計(jì)算出的焊縫橫斷面與實(shí)驗(yàn)結(jié)果(9.6mm厚不銹鋼板，U＝31.7V，I＝250A，v0＝2mm/s）（U＝31.7V，I＝250A，v0
5、＝2mm/s）（U＝31.2V，I＝240A，v0＝2mm/s）計(jì)算出焊縫橫斷面與實(shí)驗(yàn)結(jié)果(9.6mm厚不銹鋼板,基于QPAW)0.53s1.51s2.48s3.07s3.96s4.56s基于瞬態(tài)PAW熱源模式（TPAW）計(jì)算出的結(jié)果（工件上表面）（w_XCrNi1810，U＝31.7V，I＝250A，v0＝2mm/s）0.53s1.51s2.48s3.07s3.96s4.56s基于瞬態(tài)PAW熱源模式（TPAW）計(jì)算出的結(jié)果（工件縱截面）（w_XCrNi1810，U＝31.7V，I＝250A，v0＝2mm/s）0.53s1.51s2.
6、48s3.07s3.96s4.56s基于瞬態(tài)PAW熱源模式（TPAW）計(jì)算出的結(jié)果（工件橫截面）（w_XCrNi1810，U＝31.7V，I＝250A，v0＝2mm/s）二.DE-GMAW高速電弧焊接I=Ibm+Ibp.I:wirecurrent;Ibm:basemetalcurrent;Ibp:bypasscurrentTorchesinDE-GMAWTungstenelectrodeAngle:<60?d1=mmd2=mmd3=mmShieldinggasWeldingdirectionParametersforaStablePr
7、ocessHeatInput(BaseMetalCurrent)Control焊接速度達(dá)1.27m/min,焊縫成形良好,沒有成形缺陷DE-GMAW高效焊接熱場(chǎng)的有限元分析PredictedandmeasuredweldcrosssectioninDE-GMAWDE-GMAWMIGDE-GMAWMIGDE-GMAWMIGDE-GMAWMIGDE-GMAW焊接接頭變形的有限元分析結(jié)果三.激光+GMAW電弧復(fù)合熱源焊接電弧焊/GMAW能量便宜可填充金屬對(duì)間隙不敏感焊速低變形大激光焊/Laserwelding穿透力強(qiáng)焊接速度快熱輸入量低變形
8、小焊縫搭橋能力差接頭裝配要求高初始投資大復(fù)合熱源焊接/Hybridwelding焊接過程穩(wěn)定；焊縫美觀；焊接速度快；熱量輸入低；接頭裝配精度可降低；低功率激光焊與電弧焊復(fù)合可以達(dá)到大功率激光焊的熔深水平復(fù)合熱源焊接速度高
