三維瞬態(tài)小孔等離子弧焊接溫度場的數(shù)值模擬.pdf

1、小孔等離子弧焊接溫度場數(shù)值模擬的關(guān)鍵是建立合適的體積熱源作用模式，以反映小孔效應(yīng)和等離子弧熱流沿板厚方向的體積分布。本文應(yīng)用SYSWELD軟件并對其進(jìn)行二次開發(fā)，對小孔等離子弧焊接溫度場進(jìn)行了數(shù)值模擬。在分析SYSWELD軟件自帶熱源作用模式的基礎(chǔ)上，對三維錐體熱源進(jìn)行改進(jìn)，并充分考慮等離子弧對熔池的“挖掘”作用和熔池小孔效應(yīng)，提出了準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)熱源作用模式QPAW和瞬態(tài)熱源作用模式TPAW，為小孔等離子弧焊接溫度場數(shù)值分析奠定了基礎(chǔ)。

2、 小孔PAW焊接溫度場準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)的數(shù)值分析結(jié)果表明，SYSWELD軟件所配備的雙橢球體和三維錐體熱源作用模式，并不適合小孔等離子弧焊接熔池及溫度場的有限元分析。考慮到等離子弧熱源沿厚度方向分布，本文首先提出了改進(jìn)的三維錐體熱源模式，可以使等離子弧焊縫正面和背面尺寸與實測結(jié)果吻合，但焊縫橫斷面熔合線的走向與實際有較大差別。 準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)焊接熱源作用模式QPAW，考慮到了“喇叭”型小孔幾何形狀、等離子弧熱流沿板厚的作用及其衰減特點，較為符合

3、小孔等離子弧焊接工藝的實際情況。對SYSWELD軟件進(jìn)行二次開發(fā)，施加新建立的QPAW熱源模式，對小孔等離子弧焊接準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)溫度場進(jìn)行有限元分析，計算出的焊縫橫斷面幾何形狀與實驗結(jié)果吻合良好。 瞬態(tài)焊接熱源作用模式TPAW將熔池上半部的改進(jìn)型三維錐體熱源與熔池下半部的錐體熱源復(fù)合在一起，模擬實際的小孔等離子弧焊接過程。將TPAW添加到SYSWELD軟件，分析和計算小孔等離子弧焊接熔池的瞬時演變過程，各個時刻的焊縫橫斷面形狀與實驗結(jié)果