旋轉電弧GMAW焊接熱過程數(shù)值模擬及焊縫成形質量研究.pdf

1、旋轉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)應用的前景。目前對該項技術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。由于旋轉電弧焊接的復雜性,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)值模擬技術以及參數(shù)優(yōu)化技術,研究旋轉電弧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,掌握旋轉電弧焊接的成形規(guī)律和智能優(yōu)化方法,對于旋轉電弧傳感器技術的廣泛應用,有著重要的學術理論和工程實用的意義。
　　 根據(jù)旋轉電弧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)值模擬結果與實際焊接的實驗結果相對比,結果表明,以高斯熱源所模擬計算的焊縫形狀尺寸

3、吻合得較好。在此基礎上,用高斯熱源模型進行數(shù)值模擬,研究旋轉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果吻合得較好,為焊接冶金的分析和焊接微觀質量的控制提供了基礎。
　　 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,對不同的旋轉電弧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、旋轉半徑、旋轉頻率和旋轉方向等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。為旋轉電弧在GMAW中優(yōu)化工藝參數(shù)的選擇奠定了理論基礎。
　　 為了在實際應用中方便快速地獲得優(yōu)化焊接工藝參數(shù),擺脫在焊接工藝設計中對經(jīng)驗依賴的束縛,采用BP網(wǎng)絡建立了預測模型,預測焊接工藝參數(shù)與焊縫尺寸的關系。在此基礎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,結果表明,旋轉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,這與旋轉電弧焊接時的熱循環(huán)曲線有直接的關系。對用旋轉電弧傳感器焊接的接頭進行了力學性能和硬度實驗研究,結果表明,用根據(jù)本文的優(yōu)化模型所得的焊接工藝