【摘要】：在石油化工、船舶、工程機(jī)械、車(chē)輛等行業(yè),大尺寸構(gòu)件的生產(chǎn)中廣泛使用多層多道焊焊接,但是因?yàn)榇祟?lèi)構(gòu)件尺寸較大,焊接后會(huì)發(fā)生較大的變形,而這類(lèi)焊接變形矯正又比較困難。薄壁大直徑筒形結(jié)構(gòu)焊接時(shí)會(huì)產(chǎn)生軸向和徑向收縮,引起筒節(jié)尺寸精度降低,增加組裝難度,造成筒節(jié)間組對(duì)錯(cuò)變量增大。在解決此類(lèi)問(wèn)題時(shí),企業(yè)常常采用物理試驗(yàn)作為基本方法,但大量的試驗(yàn)增加了生產(chǎn)成本,耗費(fèi)較多的人力物力,僅依靠試驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)已經(jīng)不能滿(mǎn)足實(shí)際生產(chǎn)的要求,因此考慮如何有效降低的多層多道焊所產(chǎn)生的焊接變形就顯得尤為重要。本文為解決大直徑薄壁筒身內(nèi)壁不銹鋼堆焊后焊接變形大,筒節(jié)間組對(duì)錯(cuò)變量大裝配難的問(wèn)題,應(yīng)用Marc軟件數(shù)值模擬了焊接工藝參數(shù)對(duì)焊接溫度場(chǎng)和焊接變形的影響。建立不同焊接工藝下的構(gòu)件模型,并計(jì)算其變形結(jié)果、溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng),分別從焊接順序、焊接速度、焊接邊緣預(yù)留寬度、焊接層數(shù)及不同熱源數(shù)量作用等幾個(gè)方面進(jìn)行分析研究其焊接溫度場(chǎng)和焊后的變形行為,進(jìn)而得到最佳的焊接工藝,為實(shí)際的焊接工藝的設(shè)計(jì)提供理論參考和支持。通過(guò)調(diào)整模型的焊接順序,焊接速度,邊緣預(yù)留寬度,焊接層數(shù)等工藝參數(shù),得到結(jié)果如下:1.不同的焊接順序,堆焊區(qū)溫度梯度不同,形成差異較大的溫度場(chǎng),而溫度場(chǎng)的分布影響著應(yīng)力場(chǎng)分布,應(yīng)力場(chǎng)分布對(duì)焊后變形量起著決定作用。焊接順序?yàn)榈?層由邊緣向圓筒內(nèi)部堆焊,第2由邊緣向圓筒內(nèi)部堆焊時(shí)焊后圓筒端部的變形量最小。2.焊接速度越快,焊后圓筒端部變形量越小,但當(dāng)焊接速度達(dá)到初始速度的4倍時(shí),焊后變形會(huì)發(fā)生異常,不能實(shí)現(xiàn)正常焊接。焊接速度相對(duì)于本文研究分析的其它因素,對(duì)焊后圓筒端部變形量的變化趨勢(shì)影響較小。所以建議選用初始速度0.005 34 m/s即可,若焊接速度過(guò)快,熔池溫度不夠,易形成未焊透、未熔合、焊縫成型不良等缺陷,影響產(chǎn)品質(zhì)量。3.邊緣預(yù)留長(zhǎng)度在0~0.083 334 m內(nèi),隨著邊緣處預(yù)留長(zhǎng)度的增加,焊后圓筒端部變形均勻減小。但是當(dāng)母材邊緣處預(yù)留長(zhǎng)度為0.083 334 m時(shí),筒身會(huì)出現(xiàn)較大的扭曲變形,影響產(chǎn)品質(zhì)量。建議外徑1.750 m,厚度0.050 m的圓筒焊件,母材邊緣預(yù)留長(zhǎng)度為0.066 667 m左右,此時(shí)端部焊后變形量較小,筒身又不會(huì)出現(xiàn)較大的扭曲變形。4.堆焊層數(shù)在1~4層內(nèi),并確定堆焊層厚度時(shí),隨著堆焊層數(shù)的增加,圓筒變形量隨之成倍數(shù)曾大,但是因?yàn)楦鶕?jù)實(shí)際的生產(chǎn)需求,為了能保證圓筒內(nèi)壁的防腐質(zhì)量和考慮生產(chǎn)成本,在進(jìn)行堆焊時(shí)不能只堆焊一層,又不能堆焊層數(shù)過(guò)多,所以一般堆焊兩層即可,既滿(mǎn)足質(zhì)量要求又在成本允許范圍內(nèi)。通過(guò)對(duì)比不同熱源數(shù)量作用下不同焊接順序的模型模擬結(jié)果,得到結(jié)果如下:1.使用單熱源時(shí),采用焊接順序?yàn)榈谝粚佑蛇吘壪驁A筒內(nèi)部堆焊,第二層由邊緣向圓筒內(nèi)部堆焊時(shí)焊后圓筒端部的變形量最小。2.使用雙熱源時(shí),采用焊接順序?yàn)榈谝粚佑蓤A筒內(nèi)部開(kāi)始向著圓筒邊緣進(jìn)行堆焊,第二層同樣由圓筒內(nèi)部開(kāi)始向著圓筒邊緣進(jìn)行堆焊時(shí)焊后圓筒端部的變形量最小。3.對(duì)比單熱源和雙熱源發(fā)現(xiàn),雙熱源模型的四種焊接順序焊后端部變形全都小于單熱源的最佳工藝的焊接順序。雙熱源模型的最佳焊接工藝焊后所產(chǎn)生的變形量比單熱源的最佳工藝焊后變形量小81.668%。但是,雙熱源圓筒構(gòu)件相對(duì)單熱源構(gòu)件焊后筒身會(huì)產(chǎn)生更大的扭曲變形。
【圖文】：

哈爾濱理工大學(xué)工程碩士學(xué)位論文款開(kāi)放性的軟件，該軟件預(yù)留出的模型二次開(kāi)發(fā)，這對(duì)于科研機(jī)要的[23]。行焊接有限元分析時(shí)，不同焊接源分類(lèi)有電弧熱、電阻熱、火焰了使數(shù)值模擬更加符合實(shí)際生產(chǎn)用的有以下幾種[11]：依據(jù)是：電弧熱源將熱能傳給焊成為加熱斑點(diǎn)，但加熱斑點(diǎn)上面的是，1983 年，Eagar 和 Tsail 將加斯數(shù)學(xué)模型來(lái)進(jìn)行描述，，如圖 2

圖 2-2 雙橢球熱源模型Fig. 2-2 Double ellipsoid heat source model橢球熱源模型能夠較為清晰地體現(xiàn)熔池尾長(zhǎng)頭短的特征，同時(shí)可以熱源在熔深方向上的能量分布情況，然而由于模型的熔深方向使用的方式，在熔深增大的同時(shí)，能量逐漸減小，靠近構(gòu)件背面處的能則不能很好的體現(xiàn)電子束的匙孔效應(yīng)。橢球熱源模型在前后兩個(gè)部分分別采用了不同的表達(dá)式，前半部分布的表達(dá)式，如式(2-3)、式(2-4)： = 222221211exp3exp3exp363(,,)czbyaxabcfQxyzππ部分橢球內(nèi)熱源分布的表達(dá)式為 = 222222222exp3exp3exp363(,,)czbyaxabcfQqxyzππ = ηUI；η 為熱源效率；U 為焊接電壓(V)；I 為焊接電流(A)；a、狀參數(shù)；f、f為前后橢球熱量分布函數(shù)，f+f=2。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TG455

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2691447