非熔化盘式电极焊缝清根温度场的模拟研究

摘要

非熔化盘式电极清根是一种全新的焊缝清根技术,而清根过程是一个涉及电弧物理、传热、冶金和力学的复杂过程。本文以非熔化盘式电极清根过程为研究对象,基于ANSYS软件平台,采用双椭球热源模型,利用单元生死技术对Q235低碳钢和0Cr18Ni9Ti不锈钢非熔化盘式电极清根过程中的温度场进行了数值模拟,对比分析了两种钢清根过程温度场分布的差异,并对两种钢温度场的模拟结果进行了试验验证。讨论了清根速度、清根电流、清根电压等工艺参数对坡口形状及温度场的影响规律。
　　 模拟结果表明:清根热源的快速移动,以及熔化金属的即时吹除,使得高温熔化金属对工件的传热时间很短,导致清根温度场变化十分剧烈,升温阶段,材料几乎从室温瞬间上升到峰值温度;而在冷却阶段,降温速度同样很快,Q235热影响区t8/5仅为0.8s左右。随着清根速度的增大,温度场的分布变窄,到达峰值温度的时间减小,热循环的峰值温度降低,坡口的有效尺寸减小。随着清根电流的增大,温度分布范围增大,热循环的峰值温度升高,坡口的有效尺寸增大。清根电压增大时,清根坡口的宽度显著增加而深度略有减小。与Q235钢相比,0Cr18Ni9Ti不锈钢清根时的等温线向外扩张,等温云图分布范围更广,长度方向更为明显,等温线的形状被拉长。0Cr18Ni9Ti不锈钢坡口宽8.2 mm左右,深3.2 mm左右,坡口宽度和深度都比Q235低碳钢大。0Cr18Ni9Ti不锈钢热影响区t8/5为1.4 s左右,冷却速度比Q235钢慢。两种钢的模拟结果与试验结果都基本吻合。
　　 清根温度场的舰律性研究对于继续发展该工艺,改进设备,优化工艺参数具有重要意义,也为中厚板的后续焊接过程分析做好准备。