旋轉(zhuǎn)電弧GMAW焊接熱過程數(shù)值模擬及焊縫成形質(zhì)量研究.pdf

1、旋轉(zhuǎn)電弧傳感器具有抗強磁場、抗弧光和抗高溫的獨特能力,它與焊接電弧總是統(tǒng)一的整體,可以進行實時焊縫跟蹤,因此它具有工業(yè)應(yīng)用的前景。目前對該項技術(shù)的研究主要集中在焊縫跟蹤上,對焊接熱過程及焊縫成形等方面的研究較少。由于旋轉(zhuǎn)電弧焊接的復(fù)雜性,其焊接工藝參數(shù)頗多,如果僅僅靠焊接試驗來選擇優(yōu)化焊接工藝,必將花費較多的人力和物力。因此,利用數(shù)值模擬技術(shù)以及參數(shù)優(yōu)化技術(shù),研究旋轉(zhuǎn)電弧GMAW(熔化極氣體保護電弧焊)熱過程的三維瞬態(tài)溫度場和三維瞬態(tài)熔

2、池的動態(tài)變化過程,掌握旋轉(zhuǎn)電弧焊接的成形規(guī)律和智能優(yōu)化方法,對于旋轉(zhuǎn)電弧傳感器技術(shù)的廣泛應(yīng)用,有著重要的學(xué)術(shù)理論和工程實用的意義。
　　 根據(jù)旋轉(zhuǎn)電弧GMAW的特點,以低碳鋼Q235-A作為焊接工件,選擇三種熱源模型,即高斯熱源模型、雙橢圓熱源模型和雙橢球熱源模型,對這幾種熱源模型的焊接溫度場的分布和熔池形狀進行了數(shù)值模擬計算,并將焊縫形狀尺寸的數(shù)值模擬結(jié)果與實際焊接的實驗結(jié)果相對比,結(jié)果表明,以高斯熱源所模擬計算的焊縫形狀尺寸

3、吻合得較好。在此基礎(chǔ)上,用高斯熱源模型進行數(shù)值模擬,研究旋轉(zhuǎn)電弧在焊接熱過程中三維瞬態(tài)溫度場和三維瞬態(tài)熔池的變化規(guī)律,用數(shù)值模擬的方法計算出工件上一些點的熱循環(huán)曲線和熱循環(huán)參數(shù),借助于紅外線測溫儀獲得了這些點的實際熱循環(huán)曲線,通過對比,計算的熱循環(huán)曲線與實驗所得的結(jié)果吻合得較好,為焊接冶金的分析和焊接微觀質(zhì)量的控制提供了基礎(chǔ)。
　　 在ANSYS軟件及其二次開發(fā)平臺上,運用APDL參數(shù)化編程技術(shù),對不同的旋轉(zhuǎn)電弧GMAW焊接工藝

4、參數(shù)下的焊接熱過程進行了進一步的研究,獲得了焊接電流、焊接電壓、焊接速度、旋轉(zhuǎn)半徑、旋轉(zhuǎn)頻率和旋轉(zhuǎn)方向等6個工藝參數(shù)對三維瞬態(tài)焊接溫度場和三維瞬態(tài)熔池的形狀尺寸的影響規(guī)律。為旋轉(zhuǎn)電弧在GMAW中優(yōu)化工藝參數(shù)的選擇奠定了理論基礎(chǔ)。
　　 為了在實際應(yīng)用中方便快速地獲得優(yōu)化焊接工藝參數(shù),擺脫在焊接工藝設(shè)計中對經(jīng)驗依賴的束縛,采用BP網(wǎng)絡(luò)建立了預(yù)測模型,預(yù)測焊接工藝參數(shù)與焊縫尺寸的關(guān)系。在此基礎(chǔ)上采用遺傳算法進行尋優(yōu),得出最優(yōu)的焊接工

5、藝參數(shù)值,并用實驗驗證了優(yōu)化工藝參數(shù)的正確性。
　　 使用旋轉(zhuǎn)電弧傳感器進行了焊接實驗,利用金相顯微鏡對所焊接的接頭進行了宏觀和微觀的研究,結(jié)果表明,旋轉(zhuǎn)電弧傳感器所焊接的焊縫余高比正常直線運動焊接的焊縫余高要低,且平滑過渡也較好。旋轉(zhuǎn)電弧的不同焊接工藝參數(shù)對焊接接頭的微觀組織有影響,這與旋轉(zhuǎn)電弧焊接時的熱循環(huán)曲線有直接的關(guān)系。對用旋轉(zhuǎn)電弧傳感器焊接的接頭進行了力學(xué)性能和硬度實驗研究,結(jié)果表明,用根據(jù)本文的優(yōu)化模型所得的焊接工藝