文档库 最新最全的文档下载
当前位置:文档库 › 不同焊接速度下T形接头焊接温度场的模拟分析

不同焊接速度下T形接头焊接温度场的模拟分析

不同焊接速度下T形接头焊接温度场的模拟分析
不同焊接速度下T形接头焊接温度场的模拟分析

不同焊接速度下T形接头焊接温度场的模拟分析

摘要焊接速度是焊接的重要参数,同一种焊接方法下,不同的焊接速度会影响温度场的分布。通过有限元软件ANSYS建立了T形接头热分析模型,考虑了材料物理性能随温度和相变的影响,焊接热源采用内部热生成的方法模拟,焊接过程用生死单元模拟。得到并比较了不同速度下的T形接头焊接温度场的焊接温度场。

关键词焊接;数值模拟;单元生死;温度场

在焊接中,焊接热传导和热输入对冶金过程、应力应变等都有非常重要的影响。

焊接是快速的局部加热到高温与快速的冷却的过程。焊接过程中的温度和材料热物理性能参数会随时间剧烈变化。焊接温度场是典型的移动热源的模拟分析。

1 模型的建立

1.1 有限元模型

焊接过程的热传导是一个复杂的非线性问题,焊接温度场的模拟属于瞬态非线性热分析,材料为SPV 490Q,选用SOLID70单元。焊件尺寸为:底板为100 mm×100 mm×8 mm;壁板为100 mm×100 mm×20 mm。取焊接方向的单元网格长度为0.5 mm。模型忽略熔池流体的流动作用。热物理性能参数随温度变化而变化。

1.2 焊缝热源

通过单元的内部生热方式模拟焊缝的热源,载荷的施加通过生热率实现,通过生死单元的计算来模拟焊缝。利用ANSYS的APDL语言编写的程序来模拟移动的热源,通过循环语句来实现热源的移动。把热输入量换算成在单位体积、单位时间上的焊缝单元的热生成强度,设热效率为;电压为U(V);电流为I(A);每个焊缝单元的体积为V(m3)。设焊接电流为150 A,电弧电压U为24 V,焊接效率取0.75. 环境温度设置为20 ℃。采用TIG焊。

2 温度场的计算与分析

焊接温度场的直观描述对焊接工艺的改进有一定的帮助。该焊接包括内外侧角焊缝的焊接。图2.12图2.15依次为V=5mm/s.7.5mm/s时焊缝中心线(路径2)各点温度变化趋势。图2.13. 图2.16.依次为V=5mm/s.7.5mm/s。时底板上焊缝中心等距线(路径1)上各点温度变化趋势。

埋弧焊工艺参数及焊接

埋弧焊工艺参数及焊接技术 1. 影响焊缝形状、性能的因素 埋弧焊主要适用于平焊位置焊接,如果采用一定工装辅具也可以实现角焊和横焊位置的焊接。埋弧焊时影响焊缝形状和性能的因素主要是焊接工艺参数、工艺条件等。下面我们主要讨论平焊位置的情况。1.1焊接工艺参数的影响影响埋弧焊焊缝形状和尺寸的焊接工艺参数有焊接电流、电弧电压、焊接速度和焊丝直径等。 <1)焊接电流 当其他条件不变时,增加焊接电流对焊缝熔深的影响(如图1所示>,无论是Y 形坡口还是I 形坡口,正常焊接条件下,熔深与焊接电流变化成正比,即状的影响,如图2所示。电流小,熔深浅,余高和宽度不足;电流过大,熔深大,余高过大,易产生高温裂纹。 图1 焊接电流与熔深的关系<φ4.8mm)

图2 焊接电流对焊缝断面形状的影响 a>I形接头b>Y形接头 <2)电弧电压 电弧电压和电弧长度成正比,在相同的电弧电压和焊接电流时,如果选用的焊 剂不同, 电弧空间电场强度不同,则电弧长度不同。如果其他条件不变,改变电弧电压对焊缝形状的影响如图3所示。电弧电压低,熔深大,焊缝宽度窄,易产生热裂纹:电弧电压高时,焊缝宽度增加,余高不够。埋弧焊时,电弧电压是依据焊接电流调整的,即一定焊接电流要保持一定的弧长才可能保证焊接电弧的稳定燃烧,所以电弧电压的变化范围是有限的。 图3电弧电压对焊缝断面形状的影响 a>I形接头b>Y形接头

<3>焊接速度焊接速度对熔深和熔宽都有影响,通常焊接速度小,焊接 熔池大,焊缝熔深和熔宽均较大,随着焊接速度增加,焊缝熔深和熔都将减小,即熔深和熔宽与焊接速度成反比,如图 4 所示。焊接速度对焊缝断面形状的影响,如图 5 所示。焊接速度过小,熔化金属量多,焊缝成形差:焊接速度较大时,熔化金属量不足,容易产生咬边。实际焊接时,为了提高生产率,在增加焊接速度的同时必须加大电弧功率,才能保证焊缝质量 图4 焊接速度对焊缝形成的影响 H-熔深B-熔宽 图5焊接速度对焊缝断面形状的影响 a>I形接头b>Y形接头 <4>焊丝直径焊接电流、电弧电压、焊接速度一定时,焊丝直径不同,焊缝形状会发生变化。表 1 所示的电流密度对焊缝形状尺寸的影响,从表中可见,其他条件不变,熔深与

维导热物体温度场的数值模拟

传热大作业 二维导热物体温度场的数值模拟(等温边界条件) 姓名: 班级: 学号:

墙角稳态导热数值模拟(等温条件) 一、物理问题 有一个用砖砌成的长方形截面的冷空气空道,其截面尺寸如下图所示,假设在垂直于纸面方向上冷空气及砖墙的温度变化很小,可以近似地予以忽略。在下列两种情况下试计算: (1)砖墙横截面上的温度分布; (2)垂直于纸面方向的每米长度上通过砖墙的导热量。外矩形长为,宽为;内矩形长为,宽为。 第一种情况:内外壁分别均匀地维持在0℃及30℃; 第二种情况:内外表面均为第三类边界条件,且已知: 外壁:30℃,h1=10W/m2·℃, 内壁:10℃,h2= 4 W/m2·℃ 砖墙的导热系数λ= W/m·℃ 由于对称性,仅研究1/4部分即可。 二、数学描写 对于二维稳态导热问题,描写物体温度分布的微分方程为拉普拉斯方程

02222=??+??y t x t 这是描写实验情景的控制方程。 三、方程离散 用一系列与坐标轴平行的网格线把求解区域划分成许多子区域,以网格线的交点作为确定温度值的空间位置,即节点。每一个节点都可以看成是以它为中心的一个小区域的代表。由于对称性,仅研究1/4部分即可。依照实验时得点划分网格: 建立节点物理量的代数方程 对于内部节点,由?x=?y ,有 )(411,1,,1,1,-+-++++=n m n m n m n m n m t t t t t 由于本实验为恒壁温,不涉及对流,故内角点,边界点代数方程与该式相同。

设立迭代初场,求解代数方程组。图中,除边界上各节点温度为已知且不变外,其余各节点均需建立类似3中的离散方程,构成一个封闭的代数方程组。以C t 000 为场的初始温度,代入方程组迭代,直至相邻两次内外传热值之差小于,认为已达到迭代收敛。 四、编程及结果 1) 源程序 #include <> #include <> int main() { int k=0,n=0; double t[16][12]={0},s[16][12]={0}; double epsilon=; double lambda=,error=0; double daore_in=0,daore_out=0,daore=0; FILE *fp; fp=fopen("data3","w"); for (int i=0;i<=15;i++) for (int j=0;j<=11;j++) { if ((i==0) || (j==0)) s[i][j]=30; if (i==5) if (j>=5 && j<=11) s[i][j]=0; if (j==5) if (i>=5 && i<=15) s[i][j]=0; } for (int i=0;i<=15;i++)

西安交通大学——温度场数值模拟(matlab)

温度场模拟matlab代码: clear,clc,clf L1=8;L2=8;N=9;M=9;% 边长为8cm的正方形划分为8*8的格子 T0=500;Tw=100; % 初始和稳态温度 a=0.05; % 导温系数 tmax=600;dt=0.2; % 时间限10min和时间步长0.2s dx=L1/(M-1);dy=L2/(N-1); M1=a*dt/(dx^2);M2=a*dt/(dy^2); T=T0*ones(M,N); T1=T0*ones(M,N); t=0;l=0;k=0; Tc=zeros(1,600);% 中心点温度,每一秒采集一个点 for i=1:9 for j=1:9 if(i==1|i==9|j==1|j==9) T(i,j)=Tw;% 边界点温度为100℃ else T(i,j)=T0; end end end if(2*M1+2*M2<=1) % 判断是否满足稳定性条件 while(t

end i=1:9;j=1:9; [x,y]=meshgrid(i); figure(1); subplot(1,2,1); mesh(x,y,T(i,j))% 画出10min 后的温度场 axis tight; xlabel('x','FontSize',14);ylabel('y','FontSize',14);zlabel('T/℃','FontSize',14) title('1min 后二维温度场模拟图','FontSize',18) subplot(1,2,2); [C,H]=contour(x,y,T(i,j)); clabel(C,H);axis square; xlabel('x','FontSize',14);ylabel('y','FontSize',14); title('1min 后模拟等温线图','FontSize',18) figure(2); xx=1:600; plot(xx,Tc,'k-','linewidth',2) xlabel('时间/s','FontSize',14);ylabel('温度/℃','FontSize',14);title('中心点的冷却曲线','FontSize',18) else disp('Error!') % 如果不满足稳定性条件,显示“Error !” end 实验结果: 时间/s 温度/℃ 中心点的冷却曲线

焊接温度场及残余应力测量方法总结

焊接温度场及残余应力测量方法总结 一、焊接温度场测量方法 多年来,基于物体的某些物理化学性质(例如,物体的几何尺寸、颜色、电导率、热电势和辐射强度等)与温度的关系,开发了形式多样的温度测量方法和装置,综合温度测量的现状,按测量方式可分为接触式和非接触式两大类。 1、接触式测温方法 接触式测温方法的感温原件直接置于被测温度场或介质中,不受到黑度、热物理性参数等性质的影响,具有测温精度高、使用方便等优点。但是对于瞬态脉动特性的对象,接触式测温方法难以作为真正的温度场测量手段。主要是由于接触法得到的是某个局部位置的信号,如果要得到整个温度场的信号,必须在温度空间内进行合理的布点,才可以根据相应的方法(如插值法等)获得对温度场的近似。 常用的接触式测温方法有,电偶测温法。热电偶是用两种不同的导体(或者半导体)组成的闭合回路,两端接点分别处于不同温度环境中,与当地达成热平衡时会产生热电势,标定后可用来测量温度。理想的热电偶测温方法,是将参比端 E,再查分度表反置于0℃的恒温槽中,通过测量2个不同导体A和B的热电动势ab 求出被测温度t。由于让参比端保持0℃有时比较困难,实际应用中常常需要参比端恒温处理或温度补偿。热电偶测温法有几个优点:精度比较高,因为热电偶直接与被测对象接触,不受中间介质的影响;测量范围大,通常可在-50~1600℃范围内连续测量;结构简单,使用方便。但是,热电偶测温法也有一定的缺点:每次测量的点数有限(最多几个点),难以反映整个焊接温度场的情况;此外,金属的电阻和熔池中液体的流动会阻碍热传导,从而给热电偶的测量带来一定的误差。 2、非接触式测温法 非接触测温法分为两大类:一类是通过测量介质的热力学性质参数,求解温度场(如声学法);另一类是通过高温介质的辐射特性,通过光学法来测量温度场。非接触式测温方法由于测温元件不与被测介质接触,不会破坏被测介质的温度场和流场;同时,感温元件传热惯性很小,因此可用于测量不稳定热力过程的温度。其测量上限不受材料性质的影响,可在焊接等高温场合应用。目前常用的测试方法主要有以下几种: 2.1、红外热像法 随着红外技术和计算技术的发展,红外热象法测定焊接温度场成为近代一种新技术。红外热成像测温技术为非接触式测温,响应快,不破坏被测物体的温度场,可以检测某些不能接触或禁止接触的目标,红外热像技术显示出其在测试物体温度场方面的优势。在实际的测量过程中,一般先采用热电偶标定被测物体的发射率,然后再用红外热像仪测定物体的温度场。

第三讲 焊接温度场

第三讲焊接温度场 教学目的:理解温度场的概念及表达方式;等温线的概念及特征。了解温度梯度的概念。掌握影响温度场的因素。教学重点:温度场、等温线 教学难点:温度场、等温线 教学方法:讲述法 课时分配:4课时 教学内容: 热量的传递有传导、对流、辐射三种基本方式。在熔焊过程中,三种方式都存在。其中热量传递到焊件主要是通过对流与辐射;母材与焊丝获得热量后其内部的传导则以传导为主。 一、温度场的概念及表达方式 1、焊接温度场:指某一瞬时焊件上各点的温度分布。具体说就是焊件上各点温度分布情况。 焊接温度场是某一瞬时的温度场。因为焊件上的温度不仅不均匀,而且因热源的运动还将使各点的温度随时间而变化。 在焊接进行过程中,焊件上温度分布的规律:热源中心处温度最高,向焊件边缘温度逐渐下降。 2、等温线(面):温度场中相同温度的各点所连成的线(或面)。 性质:不同等温线(面)绝对不会相交。

等温线的意义和应用: (1)固定加热厚大工件等温线的情况(如图4-2) 工件上各点的温度仅仅与其到热源的距离有关。等温线的现状是以热源中心为圆心的半球面。 在xoy 平面的等温线则为同心圆, 温度越低,半径越大。 (2)热源运动时等温线的情况 焊接时,由于热源要沿着一定的 方向运动,热源前后温度分布不再对 称,等温线的形状将发生变化。 原因:热源前面是未经加热的冷金属,温度下降很快,而热源后面则是刚焊完的焊缝,温差较小。 结果:热源前面的等温线之间距离缩短,后面等温线之间的距离加长,而在热源的两侧分布仍然是对称的。 讲述图4-3 (教材107页) 3、温度梯度 等温线可以表示温度在空间的变化率, 这个变化率与温差成正比,与等温线之间 的距离成反比,其比值叫做温度梯度。 如图; G =T1-T2/Δs 当T1>T2,即温度上升时,温度梯度为正;反之为负。

埋弧焊焊接工艺及操作方法

弧焊焊接工艺及操作方法 一、焊前准备 1准备焊丝焊剂,焊丝就去污、油、锈等物,并有规则地盘绕在焊丝盘内,焊剂应事先烤干(250°C下烘烤1—2小时),并且不让其它杂质混入。工件焊口处要去油去污去水。 2接通控制箱的三相电源开关。 3检查焊接设备,在空载的情况下,变位器前转与后转,焊丝向上与向下是否正常,旋转 焊接速度调节器观察变位器旋转速度是否正常;松开焊丝送进轮,试控启动按扭和停止 按扭,看动作是否正确,并旋转电弧电压调节器,观察送丝轮的转速是否正确。 4弄干净导电咀,调整导电咀对焊丝的压力,保证有良好的导电性,且送丝畅通无阻。 5按焊件板厚初步确定焊接规范,焊前先作焊接同等厚度的试片, 根据试片的熔透情况(X光透视或切断焊缝,视焊缝截面熔合情况)和表面成形,调整焊接规范,反复试验后确定最好的焊接规范。 6使电咀基本对准焊缝,微调焊机的横向调整手轮,使焊丝与焊缝对准。7按焊丝向下按扭,使焊丝与工件接近,焊枪头离工件距离不得小于15mm,焊丝伸出长度不得小与30mm。 8检查变位器旋转开关和断路开关的位置是否正确,并调整好旋转速度。 9打开焊剂漏头闸门,使焊剂埋住焊丝,焊剂层一般高度为30—50mm。 二、焊接工作 1按启动按扭,此时焊丝上抽,接着焊丝自动变为下送与工件接触摩擦并引起电弧,以保证电弧正常燃烧,焊接工作正常进行。 2焊接过程中必须随时观察电流表和电压表,并及时调整有关调节器(或按扭) 。使其符合所要求的焊接规范,在发现网路电压过低时应立刻暂停焊接工作,以免严重影响熔透质量,等网路电压恢复正常后再进行工作。在使用4mm焊丝时要求焊缝宽度>10mm,焊接沟槽时焊接速度≈15m/h,电压≈24V,电流≈300A,在接近表面时,电压>27V,电流≈450A。在焊接球阀时一般在焊第一层时尽量用低电压小电流,因无良好冷却怕升温过高损坏内件及内应力大。在焊第二层及以后一定通水冷却,电压及电流均可加大,以焊渣容易清理为好。 3焊接过程还应随时注意焊缝的熔透程度和表面成形是否良好, 熔透程度可观察工件的反 面电弧燃烧处红热程度来判断,表面成形即可在焊了一小段时,就去焊渣观察,若发现 熔透程度和表面成形不良时及时调节规范进行挽救,以减少损失。 4注意观察焊丝是否对准焊缝中心,以防止焊偏,焊工观察的位置应与引弧的调整焊丝时的位置一样,以减少视线误差,如焊小直径筒体的内焊缝时,可根据焊缝背面的红热情 况判断此电弧的走向是否偏斜,进行调整。 5经常注意焊剂漏斗中的焊剂量,并随时添加,当焊剂下流不顺时就及时用棒疏通通道,排除大块的障碍物。 三、焊接结束 1关闭焊剂漏斗的闸门,停送焊剂。 2、轻按(即按一半深,不要按到底)停止按扭,使焊丝停止送进,但电弧仍燃烧,以填满金属熔池,然后再将停止按扭按到底,切断焊接电流,如一下子将停止按扭按到底,不 但焊缝末端会产生熔池没有填满的现象,严重时此处还会有裂缝,而且焊丝还可能被粘

平板对接温度场及应力-应变场模拟

-1- 平板对接温度场及应力-应变场模拟 王龙 北京工业大学机械工程专业,北京(100022) E-mail: xiaobei123@https://www.wendangku.net/doc/5f2138355.html, 摘要:本文是通过使用计算机模拟技术,用ANSYS 软件模拟平板对接焊接工艺的温度场, 并用间接求解的方法计算出焊接残余应力场。作者对比了面部加载高斯热源和内部热生成这 两种方法,总结两种热源的优缺点,并将两者结合起来作为一种复合热源。复合热源的计算 结果与传统的分析结果和理论相吻合。 关键词:计算机模拟;温度场;残余应力场;复合热源 1 引言 焊接是一个涉及到电弧物理、传热、冶金和力学的复杂过程,由于高度集中的瞬时热输入,在焊接过程中和焊后将产生相当大的残余应力(焊接残余应力)和变形(焊接残余变形、焊接收缩、焊接翘曲),而这是影响焊接结构质量和生产率的主要问题之一,焊接变形的存在不仅影响焊接结构的制造过程,而且还影响焊接结构的使用性能。焊接应力和变形不但可能引起热裂纹、冷裂纹、脆性断裂等工艺缺陷,而且在一定条件下将影响结构的承载能力,如强度,刚度和受压稳定性。除此以外还将影响到结构的加工精度和尺寸稳定性。因此,在设计和施工时充分考虑焊接应力和变形这一特点是十分重要的[1][2]。随着大规模工业生产和高新技术的发展,焊接结构正朝着大型化、复杂化、高容量、高参数方向发展,其复杂程度越大,工作条件越苛刻,造成焊接事故也越频繁,危害性也越大,所以提高和保证焊接质量已经成为当前焊接中的关键问题。 焊接过程中局部集中的热输入,使焊件形成非常不均匀、不稳定温度场。温度场不仅直 接通过热应变,而且还间接通过显微组织变化引起相变应变决定焊接残余应力。因此,温度场的分析是焊接应力和变形分析前提[3]。本文就是利用大型通用的有限元软件ANSYS 对焊接温度场、应力场和变形进行了计算机的三维实时动态数值模拟,通过先计算焊接温度场,再把温度场结果作为应力和变形计算时的载荷,从而得到任何时刻、任何点的焊接应力、变形的具体计算数值,这无论是对焊接设计还是工艺都很有价值。 2 平板对接温度场模拟 2.1 材料物理性能参数以及单元类型的选择 由于是探讨性的模拟,所以模型假设为100mm×50mm×6mm,电弧中心沿Z 方向移动。 并用以下命令流依次定义导热系数,比热容以及密度用于进行温度场模拟。 mp,kxx,1,66.6 mp,c,1,460 mp,dens,1,7800 单元类型的选择原则为 1.必须具备单元生死功能 2.具有耦合功能,可以进行热-应力耦 合分析3.必须为三维单元4.焊缝处单元可以进行规则划分。根据以上原则,选用ANSYS 单元库中的热分析单元,二维模型用四节点四边形单元PLANE55,三维模型用八节点六面

(完整版)埋弧焊工艺参数及焊接技术

1.3 埋弧焊工艺参数及焊接技术 1.3.1 影响焊缝形状、性能的因素 埋弧焊主要适用于平焊位置焊接,如果采用一定工装辅具也可以实现角焊和横焊位置的焊接。埋弧焊时影响焊缝形状和性能的因素主要是焊接工艺参数、工艺条件等。本节主要讨论平焊位置的情况。 (1) 焊接工艺参数的影响影响埋弧焊焊缝形状和尺寸的焊接工艺参数有焊接电流、电弧电压、焊接速度和焊丝直径等。 1)焊接电流当其他条件不变时,增加焊接电流对焊缝熔深的影响(如图1所示),无论是Y 形坡口还是I 形坡口,正常焊接条件下,熔深与焊接电流变化成正比,即状的影响,如图2所示。电流小,熔深浅,余高和宽度不足;电流过大,熔深大,余高过大,易产生高温裂纹 图1 焊接电流与熔深的关系(φ4.8mm) 图2 焊接电流对焊缝断面形状的影响 a)I形接头b)Y形接头

2)电弧电压电弧电压和电弧长度成正比,在相同的电弧电压和焊接电流时,如果选用的焊剂不同,电弧空间电场强度不同,则电弧长度不同。如果其他条件不变,改变电弧电压对焊缝形状的影响如图3所示。电弧电压低,熔深大,焊缝宽度窄,易产生热裂纹:电弧电压高时,焊缝宽度增加,余高不够。埋弧焊时,电弧电压是依据焊接电流调整的,即一定焊接电流要保持一定的弧长才可能保证焊接电弧的稳定燃烧,所以电弧电压的变化范围是有限的 图3电弧电压对焊缝断面形状的影响 a)I形接头b)Y形接头 焊接速度焊接速度对熔深和熔宽都有影响,通常焊接速度小,焊接熔池大,焊缝熔深和熔宽均较大,随着焊接速度增加,焊缝熔深和熔都将减小,即熔深和熔宽与焊接速度成反比,如图 4 所示。焊接速度对焊缝断面形状的影响,如图 5 所示。焊接速度过小,熔化金属量多,焊缝成形差:焊接速度较大时,熔化金属量不足,容易产生咬边。实际焊接时,为了提高生产率,在增加焊接速度的同时必 须加大电弧功率,才能保证焊缝质量 3)焊接速度焊接速度对熔深和熔宽都有影响,通常焊接速度小,焊接熔池大,焊缝熔深和熔宽均较大,随着焊接速度增加,焊缝熔深和熔都将减小,即熔深和熔宽与焊接速度成反比,如图 4 所示。焊接速度对焊缝断面形状的影响,如图 5 所示。焊接速度过小,熔化金属量多,焊缝成形差:焊接速度较大时,熔化金属量不足,容易产生咬边。实际焊接时,为了提高生产率,在增加焊接速度的同时 必须加大电弧功率,才能保证焊缝质量

二维导热物体温度场的数值模拟

金属凝固过程计算机模拟题目:二维导热物体温度场的数值模拟 Solidworks十字接头的传热分析 作者:张杰 学号:S2******* 学院:北京有色金属研究总院 专业:材料科学与工程 成绩: 2015 年12 月

二维导热物体温度场的数值模拟 图1 二维均质物体的网格划分 用有限差分法模拟二维导热物体的温度场,首先将二维物体划分为如图1所示的网格,x ?与y ?可以是不变的常量,即等步长,也可以是变量(即在区域内的不同处是不同的),即变步长?如果区域内各点处的温度梯度相差很大,则在温度变化剧烈处,网格布得密些,在温度变化不剧烈处,网格布得疏些?至于网格多少,步长取多少为宜,要根据计算精度与计算工作量等因素而定? 在有限的区域内,将二维不稳定导热方程式应用于节点 ,)i j (可写成: ,2222 ,i j P P p i j T T T C x y ρλτ?????=+ ?????? ,1 , ,()i j P P P i j i j T T T οτττ+-???= +? ????? () , 1 , , 1 ,22 2()i j P P P P i j i j i j T T T T x x x ο+--+??? =+? ????? () , ,1 , ,122 2()i j P P P P i j i j i j T T T T y y y ο+--+???=+? ?????τ?、x ?、y ? 当τ?、x ?、y ?较小时,忽略()οτ?、2()x ο?、2 ()y ο?项。当x y ?=?时, 即x 、y 方向网格划分步长相等?最后得到节点 ,)i j (的差分方程: ()1 , ,0 1 , 1 , ,1 ,1 ,4P P P P P P P i j i j i j i j i j i j i j T T F T T T T T ++-+-=++++- 式中:() 02 p F C x λτ ρ?= ??

焊接温度场与应力场的研究历史与发展

科技信息2008年第3期 SCIENCE&TECHNOLOGYINFORMATION科焊接温度场的准确计算或测量,是焊接冶金分析和焊接应力、应 变热弹塑性动态分析的前提。关于焊接热过程的分析,苏联科学院的 助Rykalin院士对焊接过程传热问题进行了系统的研究,建立了焊接 传热学的理论基础。为了求热传导微分方程的解,他把焊接热源简化 为点、线、面三种形式的理想热源,且不考虑材料热物理性质随温度的 变化以及有限尺寸对解的影响。实际上焊接过程中除了包含由于温度 变化和高温引起的材料热物理性能和变化而导致传热过程严重的非 线性外,还涉及到金属的熔化、 凝固以及液固相传热等复杂现象,因此是非常复杂的。由于这些假定不符合焊接的实际情况,因此所得到的 解与实际测定有一定的偏差,尤其是在焊接熔池附近的区域,误差很 大,而这里又恰恰是研究者最为关心的部位。 Adames、 木原博和稻埂道夫等人根据热传导微分方程,以大量的实验为基础,积累了不同材料、不同厚度、不同焊接线能量以及不同预 热温度等测量数据,然后从传热理论的有关规律出发,经过整理、 归纳和验证,最后建立了不同情况下的焊接传热公式。这种方法比前者采 用数学解析法要准确,但实验的工作量很大,有确定的应用条件和范 围,且可靠性取决于测试手段的精度。 1966年Wilson和Nickell首次把有限元法用于固体热传导的分 析计算中。70年代,有限元法才逐渐在焊接温度场的分析计算中使 用。1975年,加拿大的Poley和Hibbert在发表的文章中,介绍了利用 有限元法研究焊接温度场的工作,编制了可以分析非矩形截面以及常 见的单层、双层U,V型坡口的焊接温度场计算程序,证实了有限元法 研究焊接温度场的可行性。之后国内外众多学者进行了这方面的研究 工作。Krutz在1976年的博士论文中专门研究了利用焊接温度场预测 接头强度问题,其中分析了非线性温度场,在二维分析模型中,假定电 弧运动速度比材料热扩散率高,因此传到电弧前面的热量输出量相对 比较小,从而忽略了在电弧运动方向的传热,这实际上与Rykalin高速 移动热源公式的处理方法是一致的。 西安交通大学唐慕尧等人于1981年编制了有限元热传导分析程 序,进行了薄板焊接准稳态温度场的线性计算,其结果与实验值吻合。 随后上海交通大学的陈楚等人对非线性的热传导问题进行了有限元 分析,建立了焊接温度场的计算模型,编制了相应的程序,程序中考虑 了材料热物理性能参数随温度的变化以及表面散热的情况,能进行固 定热源或移动热源、薄板或厚板、准稳态或非准稳态二维温度场的有 限元分析。并在脉冲TIG焊接温度场以及局部干法水下焊接温度场等 方面进行了实例分析。对于三维问题,国内外也是近十年来才刚开始 研究。其原因是焊接过程温度梯度很大,在空间域内,大的温度梯度导 致严重材料非线性,产生求解过程的收敛困难的和解的不稳定性;在 时间域内,大的温度梯度决定了必须在瞬态分析时在时间域内的离散 度加大,导致求解时间步的增加。国内上海交通大学汪建华等人和日 本大阪大学合作对三维焊接温度场问题进行了一系列的有限元研究, 探究了焊接温度场的特点和提高精度的若千途径,并对几个实际焊接 问题进行了三维焊接热传导的有限元分析。蔡洪能等人建立了运动电 弧作用下的表面双椭圆分布模型基础上研制了三维瞬态非线性热传 导问题的有限元程序,程序中利用分析节点热烩的方法对低碳钢(A3 钢)板的焊接温度场进行了计算,计算结果和实验值吻合得很好。 焊接过程中应力应变的研究工作始于二十世纪三十年代,但是研 究工作只能是定性的和实测性的。五十年代,前苏联学者奥凯尔布洛 母等人在考虑材料机械性能与温度之间的相互依赖关系的情况下,用 图解的形式分析了焊接过程的热弹塑性性质及其动态过程,并分析了 一维条件下对焊接应力应变的影响。六十年代,由于计算机的推广应用,对焊接应力和变形的数值模拟才发展起来。1961年,Tall等人首先利用计算机对焊接热应力进行计算,编制了一套沿板条中线进行堆焊的热应力一维分析程序。1971年,Iwaki编制了可用于分析板平面堆焊热应力的二维有限元程序,后来Muraki对它作了重大改进,扩大了这个二维程序的功能,使之可用于对接焊和平板堆焊过程的热应力分析。日本的上田幸雄等人以有限元为基础,应用材料性能与温度相关的热弹塑性理论,导出了分析焊接热应力所需的各表达式。此后美国的H.D.Hibbert,E.F.Ryblicki,Y.Iwamuk以及美国MIT的Masubuchi等在焊接残余应力和变形的预测和控制等方面进行了许多研究工作。Anderson分析了平板埋弧焊时的热应力,并考虑了相变的影响。进入二十世纪八十年代,有限元技术日益成熟,人们对焊接应力和变形过程及残余应力的分布规律的认识不断深入。1985年Josefson等人通过大量的数值计算,进一步提高了预测焊缝周围残余应力分布的精度,同时考虑定位焊对残余应力分布的影响。Josefson对薄壁管件焊接残余应力以及回火去应力过程的应力分布情况进行了研究,并探讨了一些调整焊接残余应力的措施。进入九十年代,随着计算机性能的进一步提高,对焊接应力和变形的研究更加深入。1991年Mahin等人在研究中考虑了耦合的热应力问题,其中热源分布采用实验矫正的方法进行处理,同时考虑了熔池对流、辐射及传热对温度分布的影响,其残余应力的计算结果与采用中子衍射测得的结果吻合很好。T.Inoue等研究了伴有相变的温度变化过程中,温度、相变、热应力三者之间的耦合效应,并提出了在考虑耦合效应的条件下本构方程的一般形式。1992年加拿大的Chen等人对厚板表面重熔时的应力和变形进行了有限元计算,其中考虑了熔化潜热及凝固过程中固液相转变过渡区应力的变化,其残余应力计算值和实验值相当吻合。美国的Shim等人利用平板应变热弹塑性有限元计算了厚板多层焊的残余应力,并对不同坡口形状的焊接残余应力进行了比较,揭示了厚板残余应力分布的规律。1993年,加拿大的Chidiac等人研究了厚板焊接过程的应力和变形以及残余应力的分布,其中涉及了三维加热模型,并考虑了显微组织的变化和晶体生长等情况。另外,与焊接温度场的有限元分析类似,焊接热弹塑性有限元分析过去大都局限于二维、三维问题的研究是二十世纪九十年代才开始的。国内对焊接残余应力和变形的数值分析起步于二十世纪七十年代,首先是西安交通大学的楼志文等人把数值分析应用到焊接温度和热弹塑性应力场的分析中,编制了热弹塑性有限元分析程序,并对两个较简单的焊接问题进行了分析。到二十世纪八十年代,上海交通大学焊接教研室在焊接热传导的数值分析方面做了许多工作,特别是对非线性瞬态温度场进行了有限元分析,提出了求解非线性热传导方程的变步长外推法,并编制了二维热弹塑性有限元分析程序,计算了平板对接焊时应力和变形的发展过程以及残余应力分布。关桥等人编制了用于进行平板轴对称焊接应力和变形分析的有限差分和有限元程序,对薄板氢弧点状热源的应力和变形进行了计算,该分析仅限于点状热源。孟繁森等人利用迭代解法研制了计算焊接过程应力应变程序和图形显示程序,分析了板条边沿堆焊时的应力和变形的发展过程。陈楚等人利用平截面的假设分析了厚板焊接时的瞬态拉应力以及厚板补焊时的残余应力。刘敏等人研制了三角差分温度场和轴对称热弹塑性有限元程序,计算了1Cr18Ni9Ti和20号钢圆管对接多层焊接时的应力和变形。汪建华把三维问题转化为二维问题利用平面变形热弹塑性有限元法对厚板的应力问题进行了分析。[责任编辑:张艳芳] 焊接温度场与应力场的研究历史与发展 栾尚清左玉营丁国峰 (济南技术学院山东济南250000) 【 摘要】本文主要讲述了有关焊接温度场与应力场的研究历史与发展。【 关键词】焊接温度场;应力场;历史;发展thehistoryanddevelopmentofthetemperaturefieldandresidualstressfield Luanshangqing,Zuoyuying,Dingguofeng (JinanTtechnicalInstitute,250000) 【Abstract】Thispaperdescribesthehistoryanddevelopmentofthetemperaturefieldandresidualstressfield. 【Keywords】weldingtemperaturefield,weldingresidualstress,history,development ○职校论坛○206

焊接形式

焊接形式 一、焊接接头形式 焊接接头形式:对接接头、角接接头及T字形接头、搭接接头。 (a)对接接头;(b)角接接头;(c)搭接接头 图4-44 焊接接头的三种形式 1.对接接头 结构:两个相互连接零件在接头处的中面处于同一平面或同一弧面内进行焊接的接头。 特点:受热均匀,受力对称,便于无损检测,焊接质量容易得到保证。 应用:最常用的焊接结构形式。 2.角接接头和T型接头 结构:两个相互连接零件在接头处的中面相互垂直或相交成某一角度进行焊接的接头。两构件成T字形焊接在一起的接头,叫T型接头。角接接头和T字接头都形成角焊缝。 特点:结构不连续,承载后受力状态不如对接接头,应力集中比较严重,且焊接质量也不易得到保证。 应用:某些特殊部位:接管、法兰、夹套、管板和凸缘的焊接等。 3.搭接接头 结构:两个相互连接零件在接头处有部分重合在一起,中面相互平行,进行焊接的接头。 特点:属于角焊缝,与角接接头一样,在接头处结构明显不连续,承载后接头部位受力情况较差。应用:主要用于加强圈与壳体、支座垫板与器壁以及凸缘与容器的焊接。 二、坡口形式 焊接坡口——为保证全熔透和焊接质量,减少焊接变形,施焊前,一般将焊件连接处预先加工成各种形状。不同的焊接坡口,适用于不同的焊接方法和焊件厚度。 坡口形状 基本坡口形状:Ⅰ形、V形、单边V形、 U形、J形。 组合形状 特例:一般接头应开设坡口,而搭接接头无需开坡口即可焊接。双V形坡口由两个V形坡口和一个I形坡口组合而成 图4-45 坡口的基本形式

图4-46 双V形坡口 三、压力容器焊接接头分类 目的:为对口错边量、热处理、无损检测、焊缝尺寸等方面有针对性地提出不同的要求,GB150根据位置,根据该接头所连接两元件的结构类型以及应力水平,把接头分成A、B、C、D四类,如图4-47。 图4-47 压力容器焊接接头分类 A类:圆筒部分的纵向接头(多层包扎容器层板层纵向接头除外)、球形封头与圆筒连接的环向接头、各类凸形封头中的所有拼焊接头以及嵌入式接管与壳体对接连接的接头。 B类:壳体部分的环向接头、锥形封头小端与接管连接的接头、长颈法兰与接管连接的接头。但已规定为A、C、D类的焊接接头除外。 C类:平盖、管板与圆筒非对接连接的接头,法兰与壳体、接管连接的接头,内封头与圆筒的搭接接头以及多层包扎容器层板层纵向接头。 D类:接管、人孔、凸缘、补强圈等与壳体连接的接头。但已规定为A、B类的焊接接头除外。 注意:焊接接头分类的原则仅根据焊接接头在容器所处的位置而不是按焊接接头的结构形式分类,所以,在设计焊接接头形式时,应由容器的重要性、设计条件以及施焊条件等确定焊接结构。这样,同一类别的焊接接头在不同的容器条件下,就可能有不同的焊接接头形式。 四、压力容器焊接结构设计的基本原则 1.尽量采用对接接头,易于保证焊接质量,所有的纵向及环向焊接接头、凸形封头上的拼接焊接接头,必须采用对接接头外,其它位置的焊接结构也应尽量采用对接接头。 举例:角焊缝,改用对接焊缝[图48(a)改为8(b)和(c)]。减小了应力集中,方便了无损检测,有利于保证接头的内部质量。

基于ANSYS软件焊接温度场应力场模拟研究

本文由geyongyahoo贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT,或下载源文件到本机查看。 第 2 卷第 5 期 0 Vl2 o5 o .0N . [ 文章编号] 0 3-4 8 (0 5 1-0 10 10 6 4 2 0 )00 8-4 湖 北 工 业 大 学 学 报 Junl fH biU ies yo eh ooy or a o ue nvr t fTc nlg i 20 年1 月 05 0 Ot2 0 c .0 5 ================================================== 基于 AN d 软件焊接温度场应力场模拟研究 S S 李冬林 ( 湖北工业大学机械工程学院,湖北武汉 4 0 6 ) 308 [ 摘要]阐述了如何运用有限元软件 AN d 对焊接温度场、应力场进行数值模拟计算, 出在计算过程中指SS 要注意的环节, 并对平板堆焊问题进行实例计算 . 总结出模拟计算中的难点问题和未来的研究发展方向 . [ 关键词]温度场;应力场;AN d ;数值模拟 SS [ 中图分类号]T 4 G [ 文献标识码] A : 焊接温度场的准确计算是焊接质量控制、接焊冶金和力学分析的前提, 对焊接过程应力场的动而态变化及焊后残余应力和变形进行准确预见, 减是 . 通过实验的方法来获得焊接过程的温度和应力值虽然比较可靠, 但往往需要花费很长的时间和大量的经费 . 运用有限元软件在计算机上进行焊接过程的数值模拟, 可以在较短的时间内获得不同参数条件下的各项数据 . 因此, 计算机模拟技术有其独特的优点. 笔者在查阅大量文献并反复试验的基础上, 总结出了一套如何采用有限元软件 AN d 对焊接温 S S 度场、应力场的动态变化过程进行数值模拟的方法, 并提出了模拟计算中的难点问题和未来重点的研究方向 . 少焊接裂纹和提高接头强度与性能的重要手段 [] 1 需给定随温度变化的各物理性能参数值 . 般高温一时的物理性能参数比较缺乏, 它对计算结果有较但大的影响, 可采取实验和插值等方法获得 . 焊接热应力的计算属于热弹塑性问题, 算时应指定塑性分计析选项为双线性等向强化, 定义随温度变化的屈并服应力和切变模量值 . 焊接过程中存在两种相变潜热: 态相变潜热固和熔化潜热 . 由于前者一般比后者小得多, 通常可以忽略 . 关于熔化潜热的处理, S S 中在定义材料 AN d 属性时通过给定热焓的值加以考虑 . 依 1. 2 建模和划分网格建模时, 据焊件的形 1. 状、尺寸、载荷的形式等综合考虑几何模型的形状 . 对于对称、反对称或轴对称焊件结构, 尽量运用其对称性来简化模型 . 在焊接过程中, 由于高度集中的热源输入, 必须将焊缝处的网格划分得极为细密, 单元网格最好故在 2mm 以下, 以提高计算精度 . 远离焊缝的地方网格划分得可以稀疏些, 以减少整个模型的节点数, 进而

(完整word版)焊接接头的种类及接头型式

焊接接头的种类及接头型式 焊接中,由于焊件的厚度、结构及使用条件的不同,其接头型式及坡口形式也不同。焊接接头型式有:对接接头、T形接头、角接接头及搭接接头等。 (一)对接接头 两件表面构成大于或等于135&deg;,小于或等于18 焊接中,由于焊件的厚度、结构及使用条件的不同,其接头型式及坡口形式也不同。焊接接头型式有:对接接头、T形接头、角接接头及搭接接头等。 (一)对接接头 两件表面构成大于或等于135°,小于或等于180°夹角的接头,叫做对接接头。在各种焊接结构中它是采用最多的一种接头型式。 钢板厚度在6mm以下,除重要结构外,一般不开坡口。 厚度不同的钢板对接的两板厚度差(δ—δ1)不超过表1—2规定时,则焊缝坡口的基本形式与尺寸按较厚板的尺寸数据来选取;否则,应在厚板上作出如图1—8所示的单面或双面削薄;其削薄长度L≥3(δ—δ1)。 图1—8 不同厚度板材的对接 (a)单面削薄,(b)双面削薄

表1-2 (二)角接接头 两焊件端面间构成大于30°、小于135°夹角的接头,叫做角接接头,见图1—9。这种接头受力状况不太好,常用于不重要的结构中。 图1—9 角接接头 (a)I形坡口;(b)带钝边单边V形坡口 (三)T形接头

一件之端面与另一件表面构成直角或近似直角的接头,叫做T形接头,见图1—1 0。 图1—10 T形接头 (四)搭接接头 两件部分重叠构成的接头叫搭接接头,见图1—11。 图1—11 搭接接头 (a)I形坡口,(b)圆孔内塞焊;(c)长孔内角焊 搭接接头根据其结构形式和对强度的要求,分为不开坡口、圆孔内塞焊和长孔内角焊三种形式,见图1—11。

焊接接头及坡口形式

焊接接头及坡口形式 一、 接头的分类 接头是由两个或两个以上零件用焊接方法连接的,焊接 结构通常由若干个焊接接头组成。 型接头(十字) 端接接头 在结构中的作用: (1)工作接头:工作力的传递; (2)联接接头:更主要的作用是作焊接的办法使更多的焊接连接成整体,起连接作用。通常不做强度计算。 (3)蜜封接头:防止泄漏是其主要作用。 1.对接接头 搭接接头角接接头

从受力的角度看,受力状况好,应力集中程度小,材料消耗少,变形也较小。往往在接头开坡口。 2.T型和十字接头 将相互垂直的焊件用角焊缝边接起来的接头,分焊透、 不焊透两种,接头焊透,要根据坡口的T型和十字接头承受 动载能力而定,不焊透的T型和十字接头承受力是不周的。 3.搭接接头。 是指两个焊接部分重叠在一起。搭接接头应力分布不均 匀,强度较低。 4.角接头 是指两个焊件的端面构成大于30。、小于是135。夹角,用焊接连接起来的接头。 5.端接接头 是指将两构件重叠放置或两焊件之间的夹角不大于 30°,用焊接边接起来的接头。 二、坡口的形式和坡口尺寸 1.坡口的形式 主要是保证焊接接头的质量和方便焊接、使焊缝根部焊 透。 选用何种坡口形式,主要取决于焊接的方法、焊接的位置、焊件的厚度、焊缝熔透要求。

选择坡口应注意如下问题: 1)坡口的加工条件; 2)可焊接性; 3)焊接材料的消耗生产成本; 4)焊接变形如何; 常用的坡口形式: 1)I型 2)V型 3)双丫型 4)U型 5)双丫形 2.坡口的作用 1)确保焊接电源深入到坡口根部间隙处; 2)操作清除焊渣; 3)调节熔敷金属比例,提高焊接接头综合性能; 3.坡口的加工 加工方法的选择: (1)剪边:用剪板机剪切加工; 工亦£頊

Ansys有限元分析温度场模拟指导书

实验名称:温度场有限元分析 一、实验目的 1. 掌握Ansys分析温度场方法 2. 掌握温度场几何模型 二、问题描述 井式炉炉壁材料由三层组成,最外一层为膨胀珍珠岩,中间为硅藻土砖构成,最里层为轻质耐火黏土砖,井式炉可简化为圆筒,筒内为高温炉气,筒外为室温空气,求内外壁温度及温度分布。井式炉炉壁体材料的各项参数见表1。 表1 井式炉炉壁材料的各项参数 三、分析过程 1. 启动ANSYS,定义标题。单击Utility Menu→File→Change Title菜单,定义分析标题为“Steady-state thermal analysis of submarine” 2.定义单位制。在命令流窗口中输入“/UNITS, SI”,并按Enter 键

3. 定义二维热单元。单击Main Menu→Preprocessor→Element Type→Add/Edit/Delete 菜单,选择Quad 4node 55定义二维热单元PLANE55 4.定义材料参数。单击Main Menu→Preprocessor→Material Props→Material Models菜单

5. 在右侧列表框中依次单击Thermal→Conductivity→Isotropic,在KXX文本框中输入膨胀珍珠岩的导热系数0.04,单击OK。 6. 重复步骤4和5分别定义硅藻土砖和轻质耐火黏土砖的导热系数为0.159和0.08,点击Material新建Material Model菜单。 7.建立模型。单击Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Areas→Circle→By Dimensions菜单。在RAD1文本框中输入0.86,在RAD2文本框中输入0.86-0.065,在THERA1文本框中输入-3,在THERA2文本框中输入3,单击APPL Y按钮。

埋弧焊焊接工艺及操作方法

埋弧焊焊接工艺及操作方法 一、焊前准备 1、准备焊丝焊剂,焊丝就去污、油、锈等物,并有规则地盘绕在焊丝盘内,焊剂应事先烤干(250°C下烘烤1—2小时),并且不让其它杂质混入。工件焊口处要去油去污去水。 2、接通控制箱的三相电源开关。 3、检查焊接设备,在空载的情况下,变位器前转与后转,焊丝向上与向下是否正常,旋转焊接速度调节器观察变位器旋转速度是否正常;松开焊丝送进轮,试控启动按扭和停止按扭,看动作是否正确,并旋转电弧电压调节器,观察送丝轮的转速是否正确。 4、弄干净导电咀,调整导电咀对焊丝的压力,保证有良好的导电性,且送丝畅通无阻。 5、按焊件板厚初步确定焊接规范,焊前先作焊接同等厚度的试片,根据试片的熔透情况(X 光透视或切断焊缝,视焊缝截面熔合情况)和表面成形,调整焊接规范,反复试验后确定最好的焊接规范。 6、使电咀基本对准焊缝,微调焊机的横向调整手轮,使焊丝与焊缝对准。 7、按焊丝向下按扭,使焊丝与工件接近,焊枪头离工件距离不得小于15mm,焊丝伸出长度不得小与30mm。 8、检查变位器旋转开关和断路开关的位置是否正确,并调整好旋转速度。 9、打开焊剂漏头闸门,使焊剂埋住焊丝,焊剂层一般高度为30—50mm。 二、焊接工作 1、按启动按扭,此时焊丝上抽,接着焊丝自动变为下送与工件接触摩擦并引起电弧,以保证电弧正常燃烧,焊接工作正常进行。

2、焊接过程中必须随时观察电流表和电压表,并及时调整有关调节器(或按扭)。使其符合所要求的焊接规范,在发现网路电压过低时应立刻暂停焊接工作,以免严重影响熔透质量,等网路电压恢复正常后再进行工作。在使用4mm 焊丝时要求焊缝宽度>10mm,焊接沟槽时焊接速度≈15m/h,电压≈24V,电流≈300A,在接近表面时,电压>27V,电流≈450A。在焊接球阀时一般在焊第一层时尽量用低电压小电流,因无良好冷却怕升温过高损坏内件及内应力大。在焊第二层及以后一定通水冷却,电压及电流均可加大,以焊渣容易清理为好。

相关文档