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电焊工作业

熔化焊焊接热源模型及其发展趋势
发布者:未知 发布时间:2020-03-13
熔化焊焊接热源模型及其发展趋势
 
在焊接尤其是熔化焊中,其热过程贯穿整个焊接过程的始终,一切熔化焊的物理化学过程都是在热过程中发生和发展的。焊接温度场不仅决定焊接应力场和应变场,还与冶金、结晶及相变过程有着紧密的联系。焊接温度场内包含着焊接接头质量及性能的充分信息,始终是焊接发展中的最基本课题之一。

在焊接温度场的数值模拟研究中,存在的一些主要问题除了材料的高温热物理性能数据缺乏、热流分布参数的确定困难、电弧热效率取值范围过大等共性问题外,尚存在对熔滴过渡行为及焊接熔池现象研究不充分等问题。可见,存在的上述问题除了热量接受者即焊件的热物理性能参数之外,均与热源直接或间接相关。

熔化焊焊接热源无论电弧、光束还是火焰等等,大都具有移动和局部集中作用的特点,容易在焊件中形成空间上和时间上梯度很大的不均匀温度场,而此不均匀温度场是导致诸多焊接问题的根本原因之一。在焊接温度场的数值模拟研究中,采用符合实际焊接过程的热源模型是十分关键的。热源模型是否选取适当,对瞬态焊接温度场的计算精度,特别是在靠近热源的地方,有很大的影响。

正因为焊接热源模型在焊接数值模拟中的基础性和重要性,欧美等一些发达国2008年第4期家及我国的焊接工作者始终十分重视这一领域的发展。就应用最为广泛的电弧焊而言,传统意义上的焊接热源是电弧,例如根据电弧热流分布特点建立的高斯圆形热源模型。而从焊接数值模拟意义上而言,电弧、熔滴及熔池均可按热源处理。例如根据熔池的热流分布特点及其形状而建立的双椭球热源模型。再如,将熔滴作为电弧之外的第二个作用热源而建立的复合型热源模型等等。

焊接热源模型的概念

1焊接热源模型定义根据目前焊接工作者的实践和共识,所谓的焊接热源模型,可以认为是对作用于焊件上的、在时间域和空间域上的热输入分布特点的一种数学表达。到目前为止,用于焊接数值模拟中的所有焊接热源模型大都不随时间而发生变化,也就是认为在焊接进行过程中热源模型是不发生变化的,即静态焊接热源模型。而动态焊接热源模型,其热输入是随着焊接的进行而发生变化的。例如,在短路过渡CO2气体保护焊中,电弧有熄灭的过程。此熄灭阶段的热流密度分布显然不同于电弧燃烧阶段的热流密度分布特点,如果根据这种“短路”的实际工程特点而建立一个电弧和熔滴交替热作用的热源模型则应该是一种动态焊接热源模型。

2焊接热源模型参数建立一个静态焊接热源模型需要两个要素,即“以何种空间形式分布”和“以何种分布模式分布”。而动态焊接热源模型还需要确定上述两要素中的一个或两个要素随时间变化的规律,即应引入“时间”要素。可见,就静态焊接热源模型而言,在总热输入量一定的情况下,因为上述两个要素的不同而导致的不同热源模型将对焊接温度场的分析影响很大。

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