基于SYSWELD的三维瞬态GTAW温度场和应力场的有限元研究.pdf

摘要钨极氩弧焊焊接温度场数值模拟的关键是选择合适的热源作用模式。本文采用双椭球体热源分布模型,基于SYSWELD软件平台,建立了运动电弧作用下的三维瞬态 GTAW焊接不锈钢薄板时焊接热过程的有限元数值分析模型。该模型采用移动体热源热流分布,综合考虑在电弧热流的作用下焊接温度场一熔池形状所发生的变化,以及熔池表面蒸发散热、熔池内部对流散热、熔池固一液界面的相变潜热等多种因素。利用所建模型,对GTAW焊接温度场及熔池形状进行了数值模拟,以加深对焊接熔池内传热过程的理解,为得到高质量的不锈钢GTAw焊缝以及该工艺的焊接过程控制智能化提供理论依据。结合SYSWELD本身的特点,设置多种不同的边界条件。兼顾计算精度和计算效率,采用均匀和非均匀两种网格。.数值模拟结果展示了不锈钢试件GTAW瞬态熔池的演变过程。利用所建模型,分析了引弧之后,焊接熔池形成、长大、达到准稳态的动态变化过程,以及工件温度场的变化过程,预测了从电弧引燃到准稳态过程中焊接温度场和熔池形状的动态演变。根据数值模拟结果定量地分析了焊接工艺参数(焊接电流、焊接速度)对熔池形状及工件温度场的影响规律。进行了不锈钢薄板GTAW工艺试验,通过焊接过程中拍摄叽~W熔池图像,提取熔池形状参数,对所建立的模型进行了试验验证。结果表明达到宏观准稳态时计算所得的焊缝横断面熔合线在工件内部的形状和走向以及熔池长度和宽度与实验结果基本吻合。利用所获得的温度场数据对应力、应变的演变规律及焊后残余应力和变形进行了计算与定量分析,表明计算结果与实际情况吻合较好。本文的研究为GTAW焊接工艺参数优化提供了理论数据。关键词:钨极氩弧焊;温度场;应力场;有限元;双椭球分布模式;数值模拟 NumericaI SimuIation Temperature and Stress FieIds inGTAW based onSYSWELD Software LiRuiying(MaterialScience) De:rectedby Pro￡Sun Yongxing Abstract Itis akey issue toestablish an appropriate model oft11eheatsoⅢ℃e inme simulation of 船7r岫gsten Arc 3-dhensio枷咖lsient num耐cal modelfor觚TuIlgsten~c 、velding stailllesssheet steelw部created t0simulateteITlpera_ture fieldSby FilliteElerr屺nt Me廿10d baSed on SYSWELD so胁are锄d double ellipsoid heat soWce mode isadopted tod印ict thedi嘶bution of amoVing GTA welding modcl adoptS thedistribution ofheat fluxofmoviI坞heat source 2Lrldconcenls、啊tll theeffectsof Vapori刎ion attllefkesurf犯e ofmolten pool,me ConVection heat loss attllesurf如e ofwork piece锄d tlleef-fectofphaSe—change latent. N啪erical shulation ofm01ten pool behavior证GTA welding isca玎ied out by applyiIlgsoR撇鹏SYSWELD aIldiInprovillg itto岫ders切nd n试d flow andheat廿anS衔iIl arc weld pools more deeply觚d provide thet11eorizir培b嬲is ofacquiriI培f-mer welds for stainless caIl sctn啪ydi触l【i11ds ofboullda巧conditions aCcordiIlg t0tlle charactIeristics model applies -u血fom mesh coIlSide血g conlputing precision aIlde伍ciency. The results ofn啪erical simulation demomI仃ate the process of劬1Sient、veld pool de