基于ANSYS数值分析的中厚板自动横焊焊接工艺参数的选取

摘要

焊接是工程建设中的重要加工工艺方法，更是安装施工中总体质量的关键技术之一。随着钢结构在高层建筑中的大量应用，中厚板自动板横焊工艺成为其制造，安装过程中举足轻重的关键技术之一。由于自动焊接无法像手工焊接一样，可以依靠人的经验随时调节某些焊接参数，保证焊接质量，所以对自动焊接的工艺参数的设定尤其严格。因此，采用何种方法，可以选择合理的焊接工艺参数，是保证高效率高质量自动焊接的关键技术。
　　 本文应用了两种方法对中厚板自动横焊工艺参数的选取进行了研究。第一种方法针对焊接热输入对焊接温度场的重要影响作用，利用焊接热输入的计算公式，通过计算焊缝填充过程中输入的热量值来指导工艺参数的选取。第二种方法应用数值模拟技术，通过ANSYS有限元热分析软件，建立了非对称单边V型坡口的多层多道横焊温度场模型。通过对焊接模型的瞬态温度场分布进行计算，对比焊接接头不同位置节点的热循环曲线与焊接CCT图，进行组织预测。反推以上过程，可得到新的工艺参数优化办法：工艺参数选取—数值模拟—组织预测—焊接工艺参数优化。从而达到有效控制焊接热输入，获得具有良好焊缝组织的目的。
　　 本论文进行了25mm厚的D32钢板的自动横焊工艺参数的选取。在大量实验的基础上，利用MATLAB软件，对本实验条件下的熔敷率计算公式进行了回归分析，得出了新的公式。并利用ANSYS软件建立了横焊模型，该模型考虑了焊接过程中热辐射、热传导、相变潜热以及横焊位置对温度场的影响，应用了单元生死技术模拟焊道填充。最终利用数值模拟结果和焊接CCT图，对焊缝和热影响区的组织进行了预测，并最终通过实验验证了组织预测的正确性。

目录

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声明

第一章绪论

1.1课题研究背景

1.2国内外研究现状

1.2.1厚大板件焊接工艺参数的研究

1.2.2横焊温度场模拟的研究

1.2.3组织预测的研究

1.3研究内容与目的

第二章厚大板件焊接工艺的选择

2.1热输入量的理论计算

2.1.1热输入量的传统计算公式

2.1.2热输入量的另一种计算

2.2工艺参数的实验选择

2.2.1实验模型的建立

2.2.2正交试验的选择

2.2.3试验结果分析

2.3焊接分析

2.3.1不同工艺参数外观效果的对比

2.3.2最佳组金相组织分析

2.3.3硬度分析

2.4熔敷速度的计算

2.4.1熔敷率与热输入量的关系

2.4.2熔敷率计算公式的验证

2.5理论与实践验证

2.6试验验证

2.7结论

第三章焊接热力学及有限元分析的基础

3.1热传导的控制方程

3.2热源模型的选择

3.2.1 Rosonthal解析模式

3.2.2集中热源

3.2.3平面分布热源

3.2.4体积分布热源

3.2.5其他形式热源

3.3 ANSYS热分析相关知识

3.4本章小结

第四章厚板横焊温度场数值模拟

4.1温度场数值模拟

4.1.1定义单元类型和材料参数

4.1.2几何模型的建立

4.1.3划分网格

4.1.4施加载荷

4.1.5边界条件与初始温度场

4.1.6结论

第五章温度场结果分析

5.1求解结果与分析

5.2不同工艺参数下温度场的比较

5.3焊接区域组织预测

5.3.1焊缝

5.3.2热影响区

5.4结论

第六章焊缝组织预测验证

6.1实际焊接工艺

6.2不同焊接热输入对焊缝及热影响区组织和性能的影响

6.3组织分析

6.4本章小结

第七章结论

参考文献

发表论文和科研情况说明

致 谢