基于ANSYS的焊接熔池传热速度对温度场影响的数值模拟.pdf

计算机应用
基于的焊接熔池传热速度对温度场
影响的数值模拟
陈小伟, 肖福仁’, 廖波‘, 王旭, 张立英
燕山大学材料学院, 河北秦皇岛华北石油第一机械厂, 河北青县
摘要通过设定金属在熔点以上温度时不同等效导热系数, 补偿焊接温度场模拟时高斯表面热源
的缺陷, 研究电弧吹力和熔池液态金属对流共同作用下, 熔池高温热交换速度变化对焊缝和热影响区粗晶区热循
环的影响。结果表明, 熔池高温传热速度对焊缝和热影响区℃到℃冷却时间的影响很小, 用软件
模拟电弧吹力较大的焊接温度场时, 若只考虑焊缝和热影响区℃到℃冷却时间时, 采用高斯热源加载方
式是可行的。
关键词数值模拟焊接温度场等效导热系数热循环高斯热源
中图分类号文献标识码文章编号一一一
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焊接温度场的计算是一个涉及电弧加热、熔度场模拟时, 需解决的问题之一就是热源加载形
池内流体传热以及固体传热的非平衡、多参数祸式和热源分布函数的确定。对于如手工电弧焊、钨
合的复杂过程。对于这样复杂的过程, 必须采用极亚弧焊等电弧挺度小、对熔池冲击力较小的情
数值模拟方法才能有效地描述。有限元方法在况下, 可不考虑电弧吹力和熔池流体传热特征, 采
数值模拟中得到广泛应用, 其中以为代用高斯分布的表面热源就可得到较满意的结果
表的工程数值模拟软件, 不断吸取计算方法和计对电弧挺度大的焊接过程如激光焊, 双椭球模型
算机技术的最新发展, 将有限元分析、计算机图形是一种比高斯模型更适用的模型刚。而对于埋弧
学和优化技术相结合, 已成为解决现代工程学问焊这种电弧吹力较大的焊接方法, 其相关研究甚
题必不可少的有力工具。用进行焊接温少, 没有研究表明哪种热源模型更适用于埋弧焊。
电弧吹力较大时, 电弧首先在焊接表面加热,
表面金属迅速熔化, 电弧吹力可将熔池熔化金属
收稿日期一一
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一, , , , 排开电弧直接加热熔池底部未融化的金属同时
作者简介陈小伟男陕西西安人硕士研究生主要从
。,
事焊接过程数值模拟的研究也加热电弧壁坑在这个过程中热量迅速向焊件
, 。
电话一内传递, 形成初步的熔池熔池内的液体通过对流
《热加工工艺》年第卷第期
焊接版
传热, 也以较快的速度将热量传递开, 进一步增加表材料热物理参数
熔池尺寸。可见, 无论是电弧吹力还是熔池液态对温度℃
· 一
流传热, 其效果都是使电弧热量以远大于固体导导热系数, ℃,
· , 一,
热的速度传递到焊件内部去。文献在进行温度比热℃
密度’刁
场模拟时, 通过提高液态区的导热系数来近似反冰
映熔池内金属的对流传热, 并取得了较好的效果。源加热半径为, 热源移动速度为而。高斯
。
那么, 作者认为同样也可以通过提高液态区导热热源的移动用的语言编写程序时
系数近似反映电弧吹力对传热速度的影响。间步长, 每一个时间步长热源移动。
本文正是基于以上设想, 通过引人液态金属本文不考虑工件表材料℃时的犷
。