膜式水冷壁对称单元多焊道GMAW群焊规范与变形分析

摘要

膜式水冷壁管屏对称单元是锅炉炉墙的重要结构件，由光管和鳍片(扁钢)焊接而成。其焊后变形降低了膜式壁的强度和刚度，影响下面的焊接和装配，必需大量的时间进行矫正和铲割。因此，研究减小和控制膜式水冷壁焊接变形的方法，对于实际生产具有重要的意义。
　　 本文结合实际生产过程中的GMAW焊接规范，利用ANSYS的热弹塑性有限元法对管屏对称单元进行了热弹塑性分析。采用双椭球热源模型和生死单元技术相结合的移动热源，解决了大型结构热弹塑性分析时焊缝熔池和填充的模拟不能兼顾、计算量大以及收敛困难等重大难题。本文分别从温度场、应力场以及变形三个方面分析其焊接过程，并研究了多焊道群焊规范与变形的关系，得到如下结论：
　　 (1)对称单元温度场的分布是对称的；冷却时两侧的散热率高于中心区域。
　　 (2)对称单元的等效残余应力随到起弧端面距离的增大而增大，但随着线能量增加而降低。
　　 (3)平焊焊道中单一焊道的输入线能量不一致，对单元的总变形△影响不敏感，但线能量的整体变化，对单元总变形△影响较大，并随着输入线能量的增加而增加，反之亦然；在平焊焊道输入线能量一定的前提下，存在可使单元总变形△下降的仰焊焊道输入线能量的贡献区，在此区域内，仰焊焊道合理的线能量输入，将促进单元总变形△的减小。
　　 基于以上研究，本文以变形量最小为目标，提出了控制单元焊接变形的方法和输入线能量的计算模型，并进行了试验验证，为膜式水冷壁焊接过程中科学的确定各焊道的线能量提供了理论依据。