高效三丝埋弧焊焊接温度场的研究

摘要

三丝埋弧焊作为高强度厚壁输送管制造的核心技术，不仅可以实现高速焊接，而且焊接接头性能优良。研究三丝埋弧焊的温度场及热循环过程是明确多热源复合机理的理论探索，优化可以形成具有工程应用价值的三丝埋弧焊工艺。
　　本文首先基于经典的Rykalin焊接温度场模型，通过引入电弧的作用系数，建立了多热源叠加模式;明确了薄板与厚板的临界值，在薄板解与厚板解的基础上，采用插值的方法确定了中间板厚的计算式;同时得到了三丝埋弧焊的峰值温度Tmax和冷却时间t8/5的数学表征式，并采用实验方法验证了三丝埋弧焊的峰值温度、冷却时间t8/5的数学预测方程式;以t8/5为指标，确定了三丝埋弧焊等效热输入的表征方法。实验验证结果证明所提出的预测方法是合理的，该方法形式简单、意义明确，适合于工程应用。其次以Abaqus软件为平台，利用椭球热源模型进行了高效三丝埋弧焊的焊接热过程模拟，模拟的熔池尺寸与实际接头的尺寸基本一致，并且获得了参考点的峰值温度Tmax和冷却时间t8/5，与实验的结果比较之后发现，利用有限元模拟的温度场结果与实际焊接温度场的分布吻合，可以进行可靠的实验结果预测。最后利用Taguchi田口法设计实验，以焊缝成型质量及焊接接头性能为考核参数进行了高效三丝埋弧焊的工艺优化，最后得到了综合质量较优的焊接工艺。

目录

声明

摘要

第一章 绪言

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 经典热源模型

1．2．2 多热源焊接温度场及热循环的理论研究

1．2．3 多热源焊接温度场及热循环的数值模拟

1．2．4 多热源焊接温度场及热循环的实验研究

1．3 研究目的和意义

1．4 研究内容

第二章 高效三丝埋弧焊温度场理论模型

2．1 基于Rykalin模型的三丝埋弧焊热源及温度场模型

2．1．1 三丝埋弧焊热源特征和耦合模式

2．1．2 三丝埋弧焊温度场模型

2．1．3 三丝埋弧焊热循环参数峰值温度Tmax和冷却时间t8／5的表征

2．1．4 三丝埋弧焊临界板厚的表征

2．1．5 基于冷却时间t8／5的当量热输入表征

2．2 实验结果验证

2．2．1 冷却时间t8／5的验证

2．2．2 峰值温度Tmax的验证

2．2．3 等效热输入Eeq的特点

2．3 本章小结

第三章 高效三丝埋弧焊温度场有限元分析

3．1 高效三丝埋弧焊的有限元分析过程

3．1．1 三丝埋弧焊有限元分析几何模型

3．1．2 三丝埋弧焊有限元分析材料模型

3．1．3 三丝埋弧焊有限元分析的单元

3．1．4 边界条件及初始条件

3．1．5 施加热载荷

3．2 三丝埋弧焊温度场分析

3．2．1 三丝埋弧焊温度场的特征

3．2．2 三丝埋弧焊焊接热循环的特征

3．3 温度场分布的有限元分析结果

3．4 实验结果验证

3．4．1 冷却时间t8／5的验证

3．4．2 峰值温度Tmax的验证

3．4．3 有限元模拟焊缝成型结果的验证

3．5 本章小结

第四章 高效三丝埋弧焊工艺优化

4．1 实验方案设计及实验过程

4．1．1 实验材料及所用试验器材

4．1．2 基于田口Taguchi法实验方案设计

4．1．3 实验过程

4．2 三丝埋弧焊焊接工艺参数对温度场及焊接热循环参数的影响

4．2．1 温度场及热循环实验结果

4．2．2 温度场分布的规律

4．2．3 焊接热输入对热循环参数的影响规律

4．3 基于Taguchi田口设计实验方法的三丝埋弧焊工艺优化

4．3．1 Taguchi田口优化方法

4．3．2 焊接质量评价

4．3．3 基于焊缝成型质量评价

4．3．4 基于焊接接头性能的评价

4．3．5 高效三丝埋弧焊工艺优化

4．4 本章小结

第五章 结论

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的论文