论文部分内容阅读
在球罐、储罐及压力容器等大型厚壁金属容器的焊接施工中,为了满足焊透和其他焊接要求,均需进行焊缝清根操作。清根质量好坏不仅关系到焊缝的最终质量,同时还影响工程的进度和成本。清根规律的研究,不仅能够为工艺制定和优化清根工艺参数提供依据,也为后续焊接过程做好基础理论准备。因此,本文基于新研制的非熔化盘式电极自动清根技术,对焊缝清根规律进行了研究。针对非熔化盘式电极原理与结构特点,借鉴传统体积热源模型,推导了相应的热流分布模式。并根据传热学与热弹塑性理论,利用ANSYS软件建立了清根温度场与应力场的模型,采用间接法处理二者的弱耦合效应,分析了温度场与应力场的动态演变过程以及最后的残余应力。讨论了清根电流、清根速度等参数对温度场影响规律。模拟结果表明:清根时瞬时输入能量大,刨削速度快,被刨金属瞬时熔化,而后又被及时吹走,造成对周围金属传热时间很短,导致了温度场变化十分剧烈,产生极大的温度梯度,热影响区T8/5冷却时间只有0.8 s。随着清根速度的减小或清根电流的增加,温度场的分布加宽,热循环的峰值温度升高,在高温时刻的停留时间增加,冷却速度减慢。而且清根速度增大,坡口截面面积减小。模拟中采用电压为22 V,电流为600 A,清根速度分别为10 mm/s,15 mm/s,20 mm/s时,清根坡口截面有效面积分别为17.96 mm2,14.00 mm2,11.08 mm2;而随着清根电流的增加,坡口截面面积增加。模拟中采用电压为22 V,清根速度为15 mm/s,电流分别为500 A,550 A,600 A时,清根坡口截面的有效面积分别为11.84 mm2,13.12 mm2,14.00 mm2。应力场模拟结果显示,清根坡口附近为拉伸残余应力,向板边过渡为压缩残余应力。坡口两侧的高拉应力区域很窄,最大残余应力达到227 MPa,而远离坡口的残余等效应力较小且较均匀,约为25～50 MPa,形成非常陡峭的残余应力分布形式。从工件上表面应力来看,在紧靠坡口处为较小的拉应力,然后迅速上升,达到峰值后又迅速下降,此时纵向应力转为压应力,而横向残余应力直接趋于0应力状态,并且纵向应力远大于横向应力。从厚度方向的残余应力来看,在清根坡口底部存在三向应力集中。