非熔化盤式電極焊縫清根溫度場與應(yīng)力場的模擬研究.pdf

1、在球罐、儲(chǔ)罐及壓力容器等大型厚壁金屬容器的焊接施工中，為了滿足焊透和其他焊接要求，均需進(jìn)行焊縫清根操作。清根質(zhì)量好壞不僅關(guān)系到焊縫的最終質(zhì)量，同時(shí)還影響工程的進(jìn)度和成本。清根規(guī)律的研究，不僅能夠?yàn)楣に囍贫ê蛢?yōu)化清根工藝參數(shù)提供依據(jù)，也為后續(xù)焊接過程做好基礎(chǔ)理論準(zhǔn)備。
　　 因此，本文基于新研制的非熔化盤式電極自動(dòng)清根技術(shù)，對(duì)焊縫清根規(guī)律進(jìn)行了研究。針對(duì)非熔化盤式電極原理與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，借鑒傳統(tǒng)體積熱源模型，推導(dǎo)了相應(yīng)的熱流分布模式。

2、并根據(jù)傳熱學(xué)與熱彈塑性理論，利用ANSYS軟件建立了清根溫度場與應(yīng)力場的模型，采用間接法處理二者的弱耦合效應(yīng)，分析了溫度場與應(yīng)力場的動(dòng)態(tài)演變過程以及最后的殘余應(yīng)力。討論了清根電流、清根速度等參數(shù)對(duì)溫度場影響規(guī)律。
　　 模擬結(jié)果表明：清根時(shí)瞬時(shí)輸入能量大，刨削速度快，被刨金屬瞬時(shí)熔化，而后又被及時(shí)吹走，造成對(duì)周圍金屬傳熱時(shí)間很短，導(dǎo)致了溫度場變化十分劇烈，產(chǎn)生極大的溫度梯度，熱影響區(qū)T8/5冷卻時(shí)間只有0.8 s。隨著清根速度的

3、減小或清根電流的增加，溫度場的分布加寬，熱循環(huán)的峰值溫度升高，在高溫時(shí)刻的停留時(shí)間增加，冷卻速度減慢。而且清根速度增大，坡口截面面積減小。模擬中采用電壓為22 V，電流為600 A，清根速度分別為10 mm/s，15 mm/s，20 mm/s時(shí)，清根坡口截面有效面積分別為17.96mm2，14.00 mm2，11.08 mm2；而隨著清根電流的增加，坡口截面面積增加。模擬中采用電壓為22 V，清根速度為15 mm/s，電流分別為500

4、A，550 A，600 A時(shí)，清根坡口截面的有效面積分別為11.84 mm2，13.12 mm2，14.00 mm2。應(yīng)力場模擬結(jié)果顯示，清根坡口附近為拉伸殘余應(yīng)力，向板邊過渡為壓縮殘余應(yīng)力。坡口兩側(cè)的高拉應(yīng)力區(qū)域很窄，最大殘余應(yīng)力達(dá)到227 MPa，而遠(yuǎn)離坡口的殘余等效應(yīng)力較小且較均勻，約為25～50 MPa，形成非常陡峭的殘余應(yīng)力分布形式。從工件上表面應(yīng)力來看，在緊靠坡口處為較小的拉應(yīng)力，然后迅速上升，達(dá)到峰值后又迅速下降，此時(shí)縱向