發(fā)布時間：2020-10-10 08:27

　　 焊劑銅襯墊法三絲單面埋弧焊(FCB法)因高效、經(jīng)濟等優(yōu)點,被廣泛應用于船舶、橋梁等行業(yè)的大中厚板(8~40 mm)的拼板焊接。但由于FCB法含有多個高熱輸入熱源及多重外力相疊作用,其熔池的溫度場和動態(tài)行為十分復雜,焊接時極易出現(xiàn)某些缺陷,如焊縫區(qū)及熱影響區(qū)晶粒組織嚴重粗化、焊縫始終端縱向裂紋、焊縫內(nèi)部橫向裂紋及焊縫背面微小的橫向裂紋等,這些焊接缺陷的存在會造成拼板的使用性能(如抗拉強度、耐腐蝕性、抗疲勞性和結構穩(wěn)定性等)嚴重下降,最終影響到船舶、鋼橋結構的整體安全穩(wěn)定性。而焊接溫度場和殘余應力場對焊接接頭宏觀、微觀組織及焊接缺陷的形成起著至關重要的作用,實驗測量耗時耗力,且無法獲取溫度場、流場及應力場的分布規(guī)律,因此本文采取數(shù)值模擬技術進行分析。本文主要進行了以下工作:(1)簡要介紹了各種高效埋弧焊工藝及焊接數(shù)值模擬的研究現(xiàn)狀。(2)在前人的研究基礎上對單絲焊過程中熔池熱源模型和外力模型進行適當改進,采用多個分布參數(shù)和作用位置不同的雙橢球熱源模型,考慮電磁力、重力、表面張力、浮升力、電弧壓力、熔渣壓力、熔滴撞擊力及焊劑銅襯墊對熔池動態(tài)行為的影響,應用于三絲埋弧焊,建立了FCB法三維數(shù)學模型,采用CFD軟件Fluent進行數(shù)值模擬,得到了FCB法焊過程中熔池溫度場和流場的分布規(guī)律,得到了鋼板表面和背面的HAZ寬度,以及焊縫的宏觀凝固結晶方式,熔池斷面尺寸及其凝固模式與實驗結果吻合良好,驗證了模型的準確性,為FCB法高效焊的研究提供理論與技術支持。(3)介紹了焊接熱應力、殘余應力相關理論知識,采用ANSYS軟件,利用移動熱源技術和生死單元技術模擬FCB法熱源的移動和焊料填充過程,采用間接耦合法進行模擬計算,得到了FCB法焊接殘余應力的分布規(guī)律,分析了其分布規(guī)律與FCB不同類型裂紋缺陷的聯(lián)系,為實際工程減輕和消除FCB焊接缺陷提供理論指導。(4)計算了不同模型尺寸(長度、寬度)及工藝參數(shù)(焊接速度、尾絲間距)對FCB焊接殘余應力分布的影響,為實際FCB焊接工藝的調(diào)整提供數(shù)據(jù)支持。
【學位單位】：武漢理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TG445
【部分圖文】：

埋弧焊技術；于 20 世紀 50 年代才開始引進國內(nèi)，此時的埋弧焊機基本靠進口國外的弧焊電源，直到 70 年代我國才開始正式生產(chǎn)國產(chǎn)的埋弧焊機。1.2.1 埋弧焊過程及其特點埋弧焊整套系統(tǒng)設施包括弧焊電源、自動化行走機構、送絲機構和焊槍組成。其焊接過程如圖 1-1，大體如下：工件一般接弧焊電源的負極；導電嘴連接到電源正極；送絲機構在驅(qū)動裝置的帶動下開始轉動，并帶動與導電嘴接觸的焊絲以一定的傾角送往工件接觸準備引��；焊機漏斗固定在小車上，隨小車沿焊接方向行進的同時以一定的質(zhì)量流率向待焊位置填充細顆粒狀焊劑，形成具有一定厚度的焊劑層。電源電路接通后，處理好的待焊工件和焊絲之間通過接觸形成高溫電弧，電弧在連續(xù)的高溫等離子體下劇烈燃燒，釋放出大量的熱量，一小部分熱量用于熔化焊劑，通過冶金反應釋放出保護氣體，使熔池在保護氛圍下發(fā)生冶金反應和凝固，防止焊縫被氧化以至于損失焊接質(zhì)量；90%以上的熱量被用于熔化工件形成熔池以及通過傳導、對流和輻射散失到周圍環(huán)境中去；焊劑和母材中的酸性和堿性氧化物在一定的堿度下形成復合物，這種復合物的

械化自動化水平的提高，使得對多絲埋弧焊的研究迫在趨勢已經(jīng)成為了國內(nèi)外焊接研究和應用的主題之一[6]，并后春筍般冒出，焊接材料對焊接熱輸入已經(jīng)不再敏感，寬了限度，因此應用愈加廣泛，其中以三絲應用最為廣泛絲埋弧焊時的電源數(shù)目與焊絲數(shù)目之間的對應關系以及同，多絲焊又可以分為以下類別[5]：電源串列多弧埋弧焊1-2 所示，多電源串列多絲埋弧焊中每根焊絲之間是相互獨的弧焊電源提供能量，由于該種焊接方法焊機間相互獨工藝參數(shù)以及焊絲間距等都是可以獨立調(diào)節(jié)的，因此多般而言，連接電源 1 的前引絲焊接電流設為最大，后續(xù)電弧電壓則前引絲采用較低的數(shù)值，后續(xù)絲依次增加一于大的焊接電流而保證了電弧的挺度和滲透能力，低的穩(wěn)定性并使電弧熱的損失減少，很顯然兩參數(shù)的相互配合

觀組織與性能；由于電源間的相互獨立，理論上串有任意數(shù)目，但是三絲以上的焊機結構十分復雜，最常用的當屬三絲埋弧焊，串列三絲埋弧焊一般電絲和跟蹤焊絲采用交流連接，并且通過控制相位兩絲電弧對前絲電弧的磁偏吹作用。出于以上三絲度快以及熔池稀釋率堪比單絲熔池的特性，該方法容器行業(yè)得到了廣泛的使用。并列的多絲埋弧焊示，單電源并列的多絲埋弧焊是指多根焊絲經(jīng)過同一導電嘴進行焊接的過程，這種方法多根焊絲共類比于單絲的粗焊絲，所不同的是，多根焊絲的各此可以控制熔池中的電流密度的分布；并且由于多，多形成共熔池，因此同等熱輸入情況下熱流分布小，適合于薄板的快速焊接。

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2 徐糾糾;吳磊磊;江澤新;馬金軍;;FCB法根部焊縫表面橫向裂紋分析及預防[J];廣東造船;2018年02期

3 李偉;李國田;劉磊;;FCB法焊縫質(zhì)量分析[J];山東化工;2015年23期

4 鮑光輝;楊念記;任樂;;FCB法焊接外在質(zhì)量影響因素分析[J];造船技術;2009年03期

5 霍光瑞;孔紅雨;姚潤鋼;朱丙坤;;雙絲埋弧焊FCB法單面焊雙面成形工藝研究[J];材料開發(fā)與應用;2009年06期

6 岑越;王歡;浦娟;;FCB法三絲單面埋弧自動焊焊接冶金反應分析[J];熱加工工藝;2010年01期

7 岑越;王歡;沈松培;陸雪冬;;FCB法三絲單面埋弧焊工藝[J];焊接技術;2011年11期

8 許仁堂;柳存根;;FCB法拼板補償量計算研究[J];上海船舶運輸科學研究所學報;2017年04期

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本文編號：2834968