双丝推挽式脉冲MIG焊接温度场的有限元模拟

摘要

为了能够模拟研究双丝脉冲MIG焊接过程中产生的焊接残余应力和变形，本文重点对双丝脉冲MIG焊接热源及温度场进行了研究。焊接温度场的准确定量是焊接应力应变分析的前提，温度场包含了焊接过程充分的信息，其研究结果对焊接基本问题的认识和焊接结构的生产有着重要的作用。 对已有的经典热源模型仔细分析的基础上，结合双丝脉冲MIG焊接的特点，建立了双丝脉冲MIG焊所特有的热源模型；另外充分考虑了焊接过程中的五个主要因素，如：辐射散热，保护气流引起的强制对流散热、保护气体流散散热以及自然对流散热，以及材料熔化和凝固过程中发生的相变潜热，最终建立了完整的双丝脉冲MIG焊接有限元模型。并经实验验证，证明了该模型是可靠而有效的。 在已建立的有限元模型基础上了，针对脉冲的主要特征参数：脉宽比、频率和幅值，分别设定了若干组对比模拟实验，并对实验所得数据和图表进行了综合对比分析。在分析中忽略了电弧冲击力对焊接熔池的影响，单纯研究脉冲参数在传热学角度对焊接温度场的作用。发现在脉冲焊接过程中，保持部分脉冲参数不变的情况下，脉冲频率、脉冲幅值和脉宽比都对焊接温度场有着复杂而根本性的影响，即整个双丝推挽式脉冲MIG焊接温度场的分布情况是脉冲频率、脉冲幅值和脉宽比这三个脉冲参数的综合作用下形成的。

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第一章绪论

1.1课题研究背景

1.1.1双丝脉冲焊技术的应用与研究现状

1.1.2国内外焊接温度场的研究概况

1.1.3ANSYS有限元分析软件在焊接模拟分析中的应用

1.2本课题的研究意义

1.3课题的研究内容

1.4本章小结

第二章焊接温度场有限元分析的理论基础和热源模型的推导

2.1焊接温度场有限元分析的理论基础

2.1.1推导热传导基本方程

2.1.2空间域中的单元剖分和温度场离散

2.1.3时间域的离散

2.2确定热源模型

2.2.1热源模型的种类及选择

2.2.2热源的叠加和移动处理

2.3本章小结

第三章双丝脉冲MIG焊温度场数值分析模型的建立

3.1焊件实体模型的建立和有限元网格的划分

3.1.1建立焊件实体模型

3.1.2单元类型选择

3.1.3网格划分

3.2输入总能量的计算

3.3本文选取得Q235钢的热物理性能参数曲线

3.4确定边界条件

3.5本章小结

第四章双丝脉冲MIG焊温度场数值模拟结果分析及实验验证

4.1双丝脉冲MIG焊温度场数值模拟结果

4.1.1双丝脉冲MIG焊焊接过程温度场分布

4.1.2温度场简单的热流及热梯度分析

4.1.3取样点的温度曲线

4.2对已建立有限元模型的简单实验验证

4.2.1温度曲线的验证

4.2.2熔池几何宽度的验证

4.3本章小结

第五章脉冲参数对焊接温度场分布的影响研究

5.1分析推挽式频率对焊接温度场的影响

5.2分析推挽式脉冲幅值对焊接温度场的影响

5.3分析推挽式脉冲脉宽比对焊接温度场的影响

5.4本章小结

第六章结论

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢