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钢熔焊过程的数值模拟

钢熔焊过程的数值模拟
钢熔焊过程的数值模拟

合肥工业大学

硕士学位论文

异种钢熔焊过程的数值模拟

姓名:张春平

申请学位级别:硕士

专业:材料加工工程

指导教师:李萌盛

2003.3.1

异种铜熔焊过程的数值模撼

摘要

{辫臻怒一复杂鹣躲纛纯学遗撩,借助予诗薅辊蔽本,对辫按瑷蒙透露漱煞模拟,怒园内外焊接置作鬻的热门研究课题,并得到了越来越广泛的应用。y本文遴弱鸯隈攀嚣法(FE磁),鼹邀辩锅炉内拳采用瓣Gl裁《12Cr2MoWVTiB)鞠SUS304((1Crt9Ni9)黪耱锈焙浮接头鹃爨按溢凌场、殍接残余应力场进行了数德模叛,搽讨了按头溢縻场、应力场的分布舰律。在阐述有限单元法基本理论和熬零推导方程的基础上,以大型有限元分析软件ANSYS终为分辑警段,对这类羚耱锻接头在A释苓l霉浮搂王艺条终下豹激瘦场、斑力缓分毒状凝送簿’}凌怒搂羧。逶过瓣运舞蕹采懿瓣魄魏分辑,麸降低簿接袋容寂力的角殿出发,提出了这激接头焊接王艺的具体忧化方案。本文还通过有关实验,对部分模羧遗算结聚避纷了验证。

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关键诞:数毽模叛慕某有羧嚣凳法ANsYS蒙磊溢臻爵7威舅≤

NumericalSimulationofFusionWeldingProcess

lnDissimilarSteel

ABSTRACT

Weldingisacomplexphysicalchemistryprocess.w{£hthedevelopmentofcomputerscienceandtechnology,numericalsimulationofweldingphenomenahasbecomeahotresearchtopicdomesticallyandabroadandhasalsobeenputintowide

Finiteelementmethod(FEM)isusedheretosimulatethetemperaturefieldandtheresidualstressfieldinthedissimilarfusion—weldingjointofG102(12Cr2MoWVTiB)andSUS304(0Crl9Ni9)thatareoftenusedinpowerboilers.Thedistributionruleoftemperatureandstressarealsodiscussedhere.ThelargeFEManalysissoftwareANSYSisusedasamethodheretosimulatethetemperatureandstressfieldofthiskindofjointindifferentsituationsonthebasisoffiniteclementtheoryandfundamentalequation.Bycomparingtheresults,anoptimizationprojectabouttheweldingprocessofthiskindofjointispresentedhereinthepurposeofreducingtheresidualstress.Someexperimentswerecarriedouttoverifythesimulationresults.

Keywords:NumericalSimulationtechnology

FiniteElementmethod

A_NSYSsoRware

Temperaturefield

Stressfield

独创性声明

本人声明所翌交韵学位论文是本人谯导师指导下进行的研究工作殿取得的研究戒莱。摄我掰知,除7文中特鞠粕敬标注和蘩澎豹遗方势,论文牵不毪含其缝入已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得盒胆王业叁堂或其它教胃机构的学位或证书露搜嗣过豹材辩。与我一同工作鲍网志对本磺究所馓豹任辩贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。

学位论文传者签名:轷詹季签字日期:州年莎月z妇

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解

叠壁王业去堂有关保团、使用学位论文的{;9l定,奇较绦罄势囱国家蠢关辩癌蕺撬鞫送交论文的袈鼙箨帮磁盘,允许论文被套澜鄹釜阅。本人授权众蟹王戴盔堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描簿复制葶段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后邋糟本授权书)

学位论文作者签名:旅篇予签字日期:j口哆年牛月ff日导师签名:钓文

签字日期;

口3年杉月∥翻

电话。a.ff—is口£)

邮辄∽7。

焖瓣≯.疋奄^”晦发专、以。孵q讯鲋泊惠宙鼬呼膏业京京祥池她作:文位址论荦地位作讯学工通

致谢

值此论文完成之际,请允许我向三年来关心和爱护我的人致以诚挚的谢意:

首先要感谢三年来给予我悉心指导的李萌盛副教授。导师严谨的治学态度和宽以待人的生活作风是学生终生学习和工作的楷模。三年来,导师为学生创造了优良的学习和研究环境,并在生活中给予学生无微不至的关心,使我能够顺利完成各个阶段的学习和研究任务,在此谨向敬爱的导师表示崇高的敬意。

特别向在课题选题和研究中给予我许多建议和帮助的焊接教研室徐道荣副教授致以深深的谢意和敬意;同时对材料学院洪深泽教授、王雷刚教授、胡小键副教授的热心帮助表示感谢。

本人在研究生学习期间得到同学七年的硕士研究生胡玉忠的热心帮助,正是由于我们之间的团结与合作才使我们能够共同提高;另外本课题的实验部分也得到了实验室秦琳老师和师妹王丽芳、谢霞的热心帮助,在此一并表示感谢。

符号清单

c——材料比热

五——秸料导热系数

偕,)7,s)——局部坐标

NIb,弘z)——形函数爱——热流集孛系数

g——电弧的有效功率U——电弧电压

a,——瓣流换热系数q,——边赛换热燕损失

f卅——炎换矩阵

[D卜~弹塑性矩阵

%——麟服应力

[雪】——单元几何矩阵弦}。——单元节点上力的增量H——应变硬化指数

夕——材料密度

Q——区域Q中的热源

0,"=)——整体坐标

l置卜一温度剐糜矩阵

簟——魏热凌率翡有效系数

,——焊接电流

瓦——周围介质温度

群。——轻射换热系数‰——电弧加熟斑点中心最大眈热流

孑——等效应力

敝】。——单元剐发矩阵

沁}8——加载弓I超的位移增量

{c)——温度场总的影响向量

第一章绪论

1。1弓|京

我圈社会生义现代化建设攀业的发展,使得对能源的满求不断增加?特别是辩电力供应稳嚣求爨不酝增热,使缮窀始发电梳缎彝蹇懑、嵩垂、六密爨发震。觚嚣提高了对媳辩设备蕊枣季酌使嗣性能簧浆及裁造、施工质量豹簧求,程避了瑷枣辛辩品秘豹熨颟换找及糖斑铡造工艺承平戆避步。

电盘占锅炉的主簧辩件是各稀篱道组成的过热器、再热器、省煤器镣。除传送毫浚亵压蒸汽癸,鬻遴还簧承受妒憨灭络秘矮气麓温翳终愆,镬鼷条传专努恶劣。掇据各部件猩锅炉内的不弼位鬻帮溘艨,选用不间的材料。一般一锅炉受热搿篱子高温部能(高于620℃)常选用舆氏体不锈钢管。主要牌号有SUS304HTB(190r一9Ni)、TP347H(19er—llNi一硒)等,其组织淹嶷氏体,其毒毫好翡热强馥及撬菇漓藤镳毪筏。鳌滋≤620"C翡锅炉过熬器、器熟器一般镀羁爨氏俸、珠光俸辩燕钢,该类舔禽膏少爨cr、醅。嚣素,其香怒好的热强傲和~定的高温抗氧化性能,双有代表性的为G102(12Cr2MoWVTiB)铸。这种钢魑我国自学醑剿的诋碳、氨套衾茭氏髂型热强键。虫子锻炉蠹霞嗣了多静蚕嚣成分赣戆的钢管。因此趣现了备类异质{污料对绥焊接接头,最为普遍的就是球光体耐热镄取獒懿髂不锈钢遮榉鲍吴类异蕊接头。众搿羯翔,弹接羧汰秘缝绞,褴髓与母材存在艋著麓别,撩头存在焊接残余应力,焊缝为不平獬铸造组织,其成分主要受簿接瓣壤充垒震支嚣,涎剿霉麓近缝嚣装燕簿羧熬影蟪区,茭缀缀交讫主要受焊接热循环所控制。锅炉巾的备类焊接接头,建锅炉避行中的事故多发邸使,缎鬻垂予接头垂奄零期失效凝裂惑造残搏妒箨机,笼冀怒舜秘镪焊撩接头,由予瑗秘锈戆线澎焱蓉数辍蓑缓大,烽接接头会产叟较大魏残余空宠。耱耱磷究表鞠,这耪残余反力对接头熬缀织菇缝戆变纯膏藿歪关鬟簧熬影确,茏箕遐对接头的高温使用健髓(如高温下微蹴组织的稳定憔、耐氧化性能及蠕变抗力等)影响很大,从蔼划弱了接头的使用寿命,姆致锅炉运镗懑程中接头簇繁熬攀絮繇裂失蓑。

以往对这类异成接头的焊接残余威力分辨火多为定性分析,并通过大量焊接工艺试验,搽讨工蕊因素的敬变对援头组绒、应力乃至使用寿命的影响,遽释“理论一试验一生产”模式增烟了誊产的成本,虽赞时费力。醚罄诗冀撬软囊舞菠术瓣莰遮发袋,萼}发了纛羧麓逡袭术躺热灌,遮英巾麓色括浑搂燕热工过程的数值模拟。焊接是一个涉殿电弧物理、传质传热、冶众和力学的复杂j过溪,浮按数遣模拟技术瓣出褒,为溽羧生产瓤“理论一数馕模羧一熏产”模袋戆发震铡逶7蘩终。辫搂数篷模羧技零静发暴谴烽接羧术纛在发生案盘经骏到

辩学、爨患浚委定爨黪飞跃。

1.2焊接撒倦模拟的熬础

l+2。l簿羧数夔搂羧襁惫

漤菠散滚攘蘩,莛豁寰验舞萋璇,溪焉一缀楚裁专程寒攒然一令爨攘效程或一个焊按过程的熬一个方鬣,袋用分析或数德方法求解馘获褥该过襟的定鬣认识(翔炼竣滚度璐、潜接熟循环、焊接残衾威力、爆谈煞彩镌区嚣硬康、潭搂嚣熬强蹙、赣甏黎筏蛰≥;渗接鼗壤筷羧貔轰键楚穰蹇靛群窕瓣象罄耪矮模鍪及焚耱裁蠢携(拳撼关系)。蘧海接凌囊搂黎憝袋凄壤枣谶辅袋饕巍了荣整条件的模拟件米代替原尺寸形状的嶷_蚴研究(绷焊接热/力蜘燃模拟、密栅云跛法分耩缴力盛交、爨懿瓣淼分农跑瓣录豫)。憨骥模叛霹戳梭验、蔽竣羧壤镤投嚣藜暴,终鸯豢毽模攘魏羹≥簧替蹇。

l。2.2蜉按数俊模拟巾瓣数德分耩方法

鼗壤模熬爨黯熬髂瓣基数敬数学模鳖,然瑟惩羧篷势橱方法,遵遥计冀飘零黎。囊怼晁÷筚懿袭蕊,嚣笈了洚多不嚣黪稀攀方法,蒸串簿:≤l≥瓣辑法,辩数缀凝矜法{(2)裁特卡洛法;《3)差分法;(莲)袁隈跫法*

数毽拣势法嚣雀嚣濑数鼹予找到姆徽弑分秘僻串。零耀熬数懂投分法露糕澎公蕊、擎营垒公式,糍蓑爨黎豫簿,数藿羧癸渡只蕤霉簿皖鞍篱攀熬蠲戆。

蒙姆卡涛法爻称隧税模镦滔。帮辩某一溜鬻徽班一个透警滟隧梳过禳,糕缝枫过程瓣参数愚蠢醛掇撵零计舞擞瓣统计爨瓣撩寒蘩诗,虢褥蜜这个参数鼗窭爱褪搿遮游邂孛熬鞭侉来麓蠢。

蘩分法瓣蓥礁蘧两麓礴菠誊擞翁,耀应簿黎熬激势方耩蜜黪差凳方稷慕袭解。蓑势滚的主要优点怒对予其宵瓶蒯的几何特性靳均匀的材辩特性闻题,萁程痔设诗秘诗冀麓攀,辫子掌戆理麟,瞧这耱蠢涟犍缝嚣鞭予瓣戴戆蓑努鬻蕊嚣正方形、妪形黎蓬三熊影爨蘩簿,苓够灵蘧。在簿接臻究孝麓分法霉穗予撵按热嵇簿、髂港滚髂力举、氢扩散褡溺蘑戆势褥。

有限张法趣源予20墩纪50馨健靛空工稷巾飞梳结梅的溅蹲分析,糯程崧嚣袭襄袋袋髌熙擎鬓富瓣连续夯壤秘臻熬瓣遐。槎海接镬壤,簿鞭嚣浚露缝广泛菸鼹予簿接熬筵棼、辉羧蒸簿鬻犍痃秀嚣炎黪努据、簿攘黎抟鼹鼗襄鸯警努析等。

洋接避嘏的数德横撇燕辘瓣爨蠢法嚣戆静。黻罄数蹙诗舞披零豹裳鼹,邂参蓬鬻舞采攮青器蓑努法寒鸯蘧嚣漩。莲逶霓每翁发最李,鑫蹶鼙嚣渡邂鬻鸯攒了圭替壤谴e务褥蕊模鬣一壤鬟展溺二缭,瀵两笈鼹鬓兰潦。本文鼯楚丽霄隈单元泱为蠼论基础对烬接温度场、艨力场来避糖矜叛。

1。2.3捧接数傻镤弦熬蠹枣

焊接数值模拟包括以下几个方瓶((1卜[16]):

(1)焊接热过耩豹数僵模羧。撵接热过缀努攒惑据焊接热滚豹大小秘努帮鼯式努辑、热魏毽拣麓髓溢度变能黪影酶努糖,嚣按瘩漶巾麓浚葵魂力学耱健热分析,焊接窀弧的传热传质分桥,黻及各种实际焊接接凝彤溅、焊按程序、烬接工藏方法的边界条传处理等。

(2)洚援冶金分辑。殍接潦金努耩毽耩辫接熔漶孛灏纯攀茨建嚣气薅蔽竣、簿缝嶷震豹缭螽、溶缓豹荐势熬鞫嚣镦镶瓣、气笼,关瀵耨热袈绞鹣澎或、热影响隧在焊接热循环作用下发擞的褶变和组织性能变化。以及鬣扩散和冷裂纹豹预测。

(3)缛缓疰力蔽变努褥。辫镶巍力与文嶷数缘分糖鹣磺究,毽穗磐接镄悉的应力皮交过程,海接残余应力髑残余变形、摘聚发和拘柬威力以及消除威力处理等,这对预防焊接裂纹和提高爆接接头的性熊有很大蓣处。

(4)簿接维秘宠整餐浮定。毽臻辫蔹菠凝应力劈毒获态、辫接稳释熬聚装秀学努辑、菠劳裂绞懿扩鼹、羧众瘦力对黥鼗瓣影壤、簿缝金瘸彝燕彩褥嚣对性能的影响簿。

(5)焊接中氢扩数分辑。舅蘸数馕分辨方法愚艨瘸予爆接簸的扩教与聚爨麴磅炎。

(s)将释弹接i霪獠分耩。哉捻辩赢霹、激毙浮、摩擦焊等烽接过稷瓣数德分析。

1。2。凄辫搂数壤壤攒魏意曳

焊接数德模拟的瓒论窳义在予,通过精复杂戚不可观察的观象进行窟匿分析和对极端憾掇下尚不可知的援嬲静撩测和预测,蜜现对复杂鳟缓现象静搂浆,疆渤予诀潘薅搂骥象零矮,莠渍薄接遘程魏律。

簿搂数穰禳羧鹃魏察爨爻在予,襟撵霹焊接凝象稻过餐瓣数缓模羧,霹鞭优化结构设计和工艺设计,从而减少试骏工作爨,提高焊接按熬的质量。

l。3簿按数壤攘攒熬耩窕避袋每发艇慈势

1962每,姆麦人罄次髑计算耄flI肖限蒺分法逑镑镱僻凝锻避稷的传热计冀,遵入?0年莰,受多靛酒家熬入弱这个磷究毒亍列,筹麸铸造逐步轳装赘锻援、热楚瑾、爆接。簿攘热遵耩耱鼗蘧势橱羚始予20鬣纪70肇代。1985馨挺丁和M.Ushio在假定电流为离斯分布的条件下,计辣了电弧的压力场分布觌株,建立了较突罄魏龟敷馋热键蒺鼗蕊模壁;j。J。Lowke瀑黑了一个襞一熬嚷弧一

龟板处理系绫对GTAW秘GMAW焊接辩邀扳翡涅发避孬7数篷激测,该二维镤黧可在任何绘建电流、焊接气体帮电极形状下进行分析。在焊接威力应变的分析方面,20墩纪70年代胡,日本的上闳幸雄等首先以有限元为撼础,提出了考虑材料力学性能与强度村关的热弹塑性分析理论,从两使复杂的动态焊接威力疫交豹分掇箴尧霉爱;法餮豹J。8.Leblon怼相交糖钢瓣鏊毪纷兔进行了溅论和数值研究,在研究基础上发展了SYSWELD软件;T.Tnouce簿研究了伴肖相变的温度变化过程中,温度、相变、热应力三者之间的耦合效殿,并提出了在考虑耦合效藏静条转下零秘方程的一般形式。我爨焊接赛数傻嫫数疆究起步予∞年代扔,近年来很多的辩研单往秘个入投入到了这项研究巾,并取褥了积极的进展。中国目前的研究工作,有一些已接近蛾达到国际先进水平,如焊接凝固裂纹精确评价技术及开裂判据、焊接氢致裂纹精确评价技术及开裂判据、金属凝鏊穰嚣热瘟力零鞠方程及模熬傣囊、固态褪嶷条传下磐麓缝痉力疲变绣分量的理论分析及模拟镣。国内一些高校和科研机构在焊接数值模拟的研究已经有了自己的特色和优辨,如哈尔滨工业大学在焊接凝固裂纹精确评价技术和歼裂判据方灏、清华大学在焊接结搀CAE中数值撰藐}技本豹实现方箍、上海交遴大学在海羧应力应交及变形场斡磺究方面、吉棒大学在点簿避程静数值模拟方面以及哈尔滨焊接研究所对于特种焊接过程的数值模拟方面都已进行了较为深入成功的研究。其中清华大学在焊接结构变形方面进行了广泛研究取得了较大遂震,弗基应爱于三浚1200t撬式起重秘主粱辫接交形匏羧麓耪大鍪挖攥桃的工艺设计中;上海交道大学开展了广泛的国际含作,提出和发展了基于弹性计算的预测焊接变形的残余塑变有限元方法,包括采用三维板壳单元和考虑焊接大结构巾的太变形,并将其理论成果应用于嶷际中,如空调匿缩规载辫接变形与应力分褥,大鍪聪体结梅懿簿羧变形预溅,600MW孩凝气嚣焊接交形分析等。

在焊接模拟软件的开发上,国外一些通用的有限元分析软件如MARC、ABAQUS、ANSYS、ADINA&T等都霹戳瓣焊接涅度汤、簿接力学瑗遂行模数,MAGSIM、SYSWELD是最新歼发的专门掰于焊接模拟的专用软件。MAGSIM是较为权威的焊接热分析软件,SYSWELD是目前焊接模拟方面最为完攘的分析软件,包括了热冶愈分析、力学分折和氢扩教分橱。应该注意的是国内对此类有限元软俘豹嚣发上与莓韩蓑鼷较大,穗关磷究工佟者藏该注意这穷瑟的工诈。

近十年来,焊接数值模拟技术不断向深度、广度发展,研究工作出现了新的发展趋势:

<1)凌建立在瀑度场、电场、威力痘交场基戳上熬鏊在鬏测宏蕊足凌黟模拟进入尉以预测组织、缔构、性能为爵的的中观尺度及微观尺度的模拟阶段:(2)由单一温度场、电场、流场、应力应变场、组织模拟进入到耦含模拟集成阶段;

(3>爨共蛙逶爱瓣题凑难度要大翡专瑶犍嗣题,毽摇瓣次特糖浑接攮羧及工艺优纯问题,解决烊接缺陷消除等问题;

(4)由孤立研究转向与生产系统及其它技术环节实现集成,成为先进制造系统重要缀成部分。

1.4课题的童攻方向及章节安排

本文遴麓大型通髑有限元分掇敬{孛ANSYS接受努掇零段,以6102(12Cr2MoWVTiB)和SUS304(OCrl9Ni9)并质钢管焊接接头豹焊接瀣度场和焊接残余应力场为研究对象:首先建立了焊接温度场的控制方程,其中考虑了相变及材料离温性能对濑度场的影响,得出了温度场的分布规律;然后在热弹鳖往力学麴蘩礁主,逶i建建立焊接熔漉热力学平簿方程,探讨了这类吴释锻接头残余应力场的分布规律,针对焊接威力分析过稷的严重非线性特性,提出将“生死单冗法”和牛顿一拉普森法应用于有限元求解过程。分析中模拟了在生产实践孛经常采用的几拳申不嗣焊接工蕊条{孛,对比分撰了接头熬残余应力场运算结栗的蓑辩,并提出了焊接工艺盼选择准受|j。

在理论研究的基础上,利用热电偶法实测了谯类接头局部的焊接热循环,与模拟计算结果进行对比,实验结果与模拟结果慕零吻合,充分说明本文数值模掇过程弱菠璃蛙,迄说鹗数篷模羧技寒霹馥经济簿效途建滓羧生产工艺遴行理论指导。

本文结构安排如下:第一章绪论本章主要介绍了焊接数值模拟技术的基本摄念及其发展趋势;籀=章分绍了焊接湿度场鸯限单元法计爨躺基本爨薅;第三章介绥了舞萃牵钢藩头弹接溢度场诗算的结采;第四章介绍了异种钢绰接残余应力场计算的结果并将几种不同工艺情况下的残余应力场作了对比性分析;第五章对部分数值模拟结果作了实验验证;第六章则是对所做的研究工作进行了总结著怼谍题熬{l誊景傍了震望。

第二掌焊接温度场|l冬有限元计算原理

就现代的焊接生产丽言,除冷压焊之外,一切焊接都要经历加热、熔化(或到热塑状态)和随后的连续冷却,热的传播贯穿敬整个焊接过程的始终,对予焊接质量窝垒产率魏挺糍其蠢重要静影睫。

焊接热过程比一般热处理条件下的热过程复杂得多,它的特点主要表现在以下几个方面:

(1)焊接热过程豹局部集中性

薅仡爆绥髓,熬源煞孛俸蘑在爝徉翡接西部键,在狠短的辩闯蠹,被热热到熔化状态,使之形成焊接接头。也就是说,焊件在焊接时的加热不是整体,只是热源直接作用下的局部地区,使焊件加热及冷却极不均匀,温度梯度可达上予瘦/黜;

(2)焊接热源的瞬时健

在高度集中热源作用下,加热速度极快,也就是说,在很短的时间内把大量的热能传绘焊件。显然,这与热处理对工{串缓慢加热的抟热过程有根大区别;(3)霹接熬源静运动稳

焊接过程中热源是移动的,使焊件的受热区域不断变化。当焊接热源接近焊件上某一点时,使该点迅速升温,而随熟源逐渐远离对,该点又冷却降濑。在这静潺凌下,焊接黩麴终热:l童程实疆土是一季孛壤稳定获态豹道程。

以上这三个方面的特点使焊接避耩中的传热研究问题变得十分复杂。到目前为止,还难以精确控制焊接传热的多变因素,而对某些传热过程的数学计辣还缺少简便两可靠的方法。

骞陵元法是裰据交分爨毽来求麓数学溺瑾溺瑟静一秘数链诗算方法。裔袋元首先从结构力学中得到应用,而后推广到流体力学、热传导等领域。用有限元法分析热传导的过程怒([17]一[26]):

(1)把热铸导镳微分方龌熬求瓣溺越转纯为交分溺嚣:

(2)对物体进行有限单元分割,把变分问题避似地转化为线性方程组;

(3)求解线性方程组,将所得的解作为热传导方程解的近似值。

有限元法抓住了单元的贡献,使褥这季中方法熬窍很大的灵溪性和适应憾。镶魏,毒袋元法菠袈擎霞院较任悫,溺魏更逶合鸯爨有复杂形状的物俸。霹予由几种材料缀成的物体,W以利用不同材料部分的分界面作为帮元的界面,从ii酉使问题很好处理。同时根据实际需饕。在一部分求解区域内配鬻较密的节点,嚣在另一郝分求惩区域酝鬟较稳蔬的警熹,这群在磐赢总数不过分增鸯羹豹壤溅下提高计算的精度。忿外,由于有限嚣法是用统一观点对区域内节点及边界节点列出计算格式.对边界条件能自然吸收进去,使各节点在精度上比较协调。摄后,有限元法要求解的线性代数方獠组其系数矩辉是对称的,特别有利予诗

一6~

髯爨运行。

在焊按热传导问题审,有限元法得虱广泛应瘸的另一个熏骚原因是t绛接温度场的计弹往往服务于焊接热应力场的计算。由于计算焊接过程中的瞬时应力和焊接过程结束后的残余应力时。酋先就要计算焊接温度场,而焊接应力场豹谤算逶露都是采爱毒黻元法懿,瀑发场诗算毅纛麓采蕉骞羧嚣法,涛便予将两者统一起来。

2.1三维热传导靛变分婀越

变分法是把有限元法归结为求泛函的极值问题。泛函与函数的区别在于:幽数的自变爨是数,而泛函的自变量是函数,所以泛函就是溺数的函数。

在平嚣不稳定温疫场孛,浸疫r建坐褥茗,y鞠瓣阕f懿丞数,爨

T=r(x,Y,f)(2-1)如果,又是温度r的函数,那么泛函,可表示为

z=,{r(黾Y,f》l(2—2)交努阔趱就是磷究泛涵的极大德秽极,j、僮阏蹶,它的解法癸纭予函数求缀值的方法。变分问题的求解过程是酋先从泛函求极值出发,产嫩与变分代袭同一个物理过程的微分方稷一一欧拉方程,然后用数学的方法求瓣微分方程,从嚣褥弱潢足变分戆援毽鹣线。

墀接时往燕源的作用下,焊侔上备点的温度簿一瞬时都在变化,在一定的焊接条件时,这种变化魑有规律的。焊件上某一瞬时各点温度的分布称为濑度场,它与磁场和电场有类似的概念,可以用数学的关系表示:

T=f(x,弘;,f)(2-3)式中7’一工件上某一瞬时某点的温度;

x、y、:一工件上菜点的空间搬标;

}一瓣阕。

当焊件上滏度场各点的温度不随时间而变化时,则称为稳定温度场,随时间而变化的温度场称为不稳定温度场。在绝大多数情况下,焊接温度场是不稳定温度场。

当一个爨骞毽定功率豹霹接燕潦,在一定足寸的焊释上徽匀遽直线移动时,开始一段时间内,温度场是不稳定的,但经过相当一段时间以后,便达到了饱和状态,形成暂时稳定的温度场,称为准稳定温度场。此时焊件上每点的溢度虽然郡麓瓣闯嚣改变,毽当热源移动对,剽发凌这令湿度缓与热源苏麓群的速度跟陡。如果采用移渤坐标系,嫩标的原点与热源的中心相重合,则蛑件上各点的温艘只取决于系统的空间坐桥,而与时间无关。

焊接时的热传导是一个典型的不稳定热传黪问题。若缓定热物理性姥

(。、毋A等)不隧温凌变纯,则热传导方程楚线瞧豹。其一般控裁方程为

肛罾一瓦a(以罂卜杀(以罟卜瓦a(也罢)-Q=。(2圳式中:Q为嚣域Q◇黪热源,童隽榜耨熬导热系数,p为枣孝秘密疫,c为比热容。

边界条件通常有下面几种:

绘定溢发边界条件

T(x,y,z)=To≮韩力(在逸器麓上)(2-5)表面热流边界条件

冀等=q(x,y,≈t)(在边爨肇上)(2—6)表面热交换边界条件

五导=口(L—T)(在边界砖上)(2-7)口蕊边赛换燕系数

根据交分原理可将(2-4)式转化为泛函的极值问题,取泛函

,er,=f缸(篆)2+(詈)2+(暑)2py一量口(r?疋一言r2)嚣。。一。,一≯帮一HQ一缪詈≯y

式中T满足初始边界条件和给定温度边界条件。

若泛函,p)在T(x,弘z,f)上实现极小值,则rkY,厶,)必然在区域Q内满足热传导方程式(2—4),劳凌边癸上潢怒热滚逮褰条传帮热交换逑赛条终。嚣褥r(_Y,z,,)稔怒所需要的解答。

取,p)的~阶变分,并令其等于零,有

艘州五’罡’倒百aT倒≮aT锄n协§、£耐阮二T)3"TdS一£qb'TdS—f(Q一∥詈p矿=o

上式可麓写受

一8一

8[z(T)]--;陋’yl?鎏】-留’留y一耋掰藏一T)5TdS一

如删:肛∥鲁p矿::姐q∞热阱高号,羽

汹稼为番热系数矩薛。

2。2三维温度场的单元巍分计算

寿陵元法豹基本窭笈煮是每个蘩凭雳一令多矮式来近戳楚遴单元中瓣瀣度分布,每个单元中各顶点的坐标魑已知的(单元划分时确定的),单元中任~点(z,y,z)的温度T,在有限单元法中把它离散到单元的各个节点上,这种处理方法穆为瀵疫场豹离教。

卫.。

7'(‘Y,矗,)=∑Ⅳ,k弘z,皿(f)(2-11)

f=l

式中Ⅳ,一一是随单元类型、大小、形状两变化的揍本函数称为形遁数

霉∞一~f辩亥l节熹i黪湿度篷

离散处理是一种近似计算方法。总的来说。单元划分得愈小,计算精度就越高,但是我们可以灵活改变单元的形状和尺寸;在温度变化剧烈和形状复杂豹地方把单元划分缮夸一些,露在其余地方把单元遣当赦大一黩。这样藏霹凌不增加单元辅节点数量的条件下挺赢计算精度。

本文属于三维问题故采用三维八节点六面体单元(图2-1)。为了适应蜜黼的曲面边界和非正交的平面边界,用任意六面体单元代替正六嚣体单元,这稃翡单元瑟为等参蕈元。善先在蜀嫠蹙标赣壤s)下考察该,℃繁点歪六嚣傣肇冗,然后再将其转化为熬体坐标。假设单元e上的温度r是‘,n,s的线性函数:

T=掰l+窿2善+93蹿÷口4s+95善警+窖6秽+口7参+半g毒≯(2-12)

其中待定常数%一一瓯将瞻节点上的灏数值‘0;l一8)所唯一确定。

一9—

,;,,t●●J

0丑良畚仉丑稼仉II

,ll翟

(b)

(a)用整体坐标表示的子单元(b)用局部坐掭表示的母单咒

霉2--l八节点六豫体单元

将插值函数(2-11)写成

T=∑眠(掌,璃s)I(2-13)f=l

其中Ⅳ,(螽臻S)(f=l一8)是褶成豹形状函数,它应由下述两个条{孚所礁一决定:(1)N,(孝,刁,s)魑形如(2-12)的多项式函数;

(2)N,(喜,秘5)在节点f时则其值为1,丽其余节点J(J#n则其值为0。

(委,虢,S,)怒节点i懿弱郯坐标,采焉8节熹Calerkine有疆元法,裂:

(最,材l,s。)=(1,1,1)’鸥,镌,屯)=(一1,-1,1),(磊,矾,s5)=(1,1,-1),(岛,叩7,S,)=(--1,--1,--1),

(色,叩2,S2)=(一1,1,1)

(六,%,S。)=(I,--1,1)

(磊,瑰,‰)=(一1,1,一1)

(点,叩。,‰)=(1,--1,--1)

(2一14)

交i式胃将这登形获丞数懿表达式统一趣霹为

|Ⅳ。(孙s)=i1(1+毒踟十删(1+J。s),(汛2,…8)(2—15)良爨郝坐标到整髂坐标戆坐拣变换秀

工=∑N,(孝,r/,

y=∑Ⅳ,(孝,叩,z=∑N,(善,叩,)x,

)Y,

)z,

(2—16)

其中(x。,y,,z。)(i=1,2,…8)是已给的节点整体坐标。

由以上两式知,要形成有限单元的计算格式,需计算变换矩阵,定义为J

J=ax鸳融

0rlax

西

我们有砂

0r/

az

西

az

0r/

az

a,7

壹掣%

智钟”

圭掣%

智却”

竞型一O台s“‘

制,

l瓦j

孝掣y,

智西“

喜≮产y,

智a刁~

圭型y,

鲁0s~

1_一

ax

__——

Oz

整体坐标与局部坐标之间的体积微分间有关系式axayaz=[sla辱avas

其中,川是变换矩阵a

2.3三维温度场的总体合成= ̄,一’

喜掣毛

鲁西’

喜篙产z,壹型:,0智s‘

西

Or/

(2—17)

(2一18)

(2一19)

有限单元法计算的最终结果是要求出域Q中的温度分布。我们把域Q划分成了有限个单元与”个节点,若把温度场离散到这n个节点上去,泛函即是描述这些未知节点温度的多元函数,泛函的变分问题转化为多元函数求极值问题。现在的任务是要把节点上的温度值求出来。如果域Q上疗个节点的温度值都是未知量,则多元函数具有,亿,疋,…瓦)的形式,,取极值的条件为:

要:∑等:0㈦,2,…,疗

~’

a瓦乍a瓦

米用Ga]erkine法,它是求解线性和非线性方程的近似方法,要求节点的误差s在整个区域,包括边界在某种加权平均的考虑下为零

pVj(x,y,z)施=o(2—20)利用控制方程(2-4)把上式展开并积分得

k]口)+【c】昙p)={P)(2—21)式中[KI=E噼,]‘+k,r)称为温度刚度矩阵

[c】_∑[cr称为热容量矩阵

{P}=∑({P口卜k)。+{Pr。}。)

阱Ⅲ掣兄掣+等五掣+掣A刳

k,]8=胂】’口[Ⅳ协

[cr=flit,,,17cp[N]dxdydz

池P=舭]rQ出ayaz

k)。=肿】『qdS

魄)8=舭】7aL搬

并对时间进行离散,

(古[c9】+目k99p)‘m)=(击[c9】一(1一目妞8】]伊,}+占{P}cM,(2-22)

上式中角标p表示矩阵【cq区。】是由,+融,时刻的温度p)(『+“’代入而计算出来的。按照Galerkine法取口=2/3。经过以上步骤,就将一个非线性方程组化为代数方程组。

第三章异种钢接头焊接温度场的计算

3.1焊接材料和焊接方法的选择

目前在电站锅炉内的主要部件是各种管道组成的过热器、再热器、省煤器等。通常高温段采用奥氏体钢,较低温度段采用低合金耐热钢,本文的计算模型采用实际应用中的奥氏体不锈钢TPSUS304H(19Cr一9Ni)和珠光体耐热钢G102(12Cr2MoWVTiB)异种钢接头。异种钢接头的最高工作温度通常能达到600℃左右,焊接材料应保证异种钢接头在工作温度下接头熔合区组织的均匀性和稳定性,同时焊缝金属的物理性能必须与二种母材相匹配,以最大限度地减小接头运行中的热应力。在不太高的温度下使用的这类异种钢接头,大多数采用奥氏体焊材进行焊接。奥氏体焊材具有较好的焊接工艺性能,可以在全位置下焊接并获得良好的接头性能,这种焊材在中温容器的焊接中得到了广泛应用。在经常承受高温热应力的部位则采用镍基焊材进行焊接。镍基焊丝是近年来在中、高温容器焊接中推广应用的一种新型焊接材料,它可以有效减轻高温使用过程中异种钢接头的碳迁移现象,抑制接头的组织蜕化和性能延长接头的使用寿命。但镍基焊条的焊接工艺性能较差,现场条件下施焊容易’产生热裂纹、未焊透、未熔合、焊瘤等缺陷。本文选用镍基焊丝Inconel82作为焊接材料,从接头残余应力分布状况这一角度将其与奥氏体焊丝时的情况作了比较。为了将焊缝金属的稀释率控制在所要求的范围内,对焊接工艺提出了较高的要求。采用自动钨极氩弧焊(TIG焊)。所用焊丝牌号可以为奥氏体焊丝HiCr25Nil3或镍基焊丝Inconel82(01.2mm)。钢管尺寸为中57×5mm,轴向长度两边各取50mm进行模拟。接头坡口形式采用单面V形坡口,坡口角度为700,钝边lmm,焊前不预热(图3—1)。焊接电流I=160A,焊接电弧电压为U=15V,焊接速度V=3m/h。

睡jL5mmr

图3—1接头垃口形式

3.2焊接温度场数学模型的建立

3.2.1ANSYS软件简介

本论文所有的模拟过程都是用ANSYS软件中完成的。ANSYS软件是美国ANSYS公司开发的一种大型多目标通用有限元分析软件。它可以对工程应用领域的多个方面进行分析包括静态和动态结构分析、稳态和瞬态热传导问题、电磁场、耦合场等。该程序还将一些非线性因素如塑性、大应变、超弹性、蠕变、大变形、接触、应力硬化、温度依靠性、材料的各向异性以及辐射等特征都考虑进去,从而在不同的工程领域得到了广泛应用。在ANSYS/MultiphysiCS、ANSYS/Mechanical、ANSYS/Thermal、ANsYS/FLOTRAN、ANSYS/ED五种产品中包含了热分析功能,除ANSYS/FLOTRAN外,其余四种都包含相变热分析。ANSYS热分析基于能量守恒原理的热平衡方程,用有限元法计算各节点的温度,并导出其它热物理参数。一个典型的ANSYS分析过程可分为三个步骤:建立模型、加载并求解、查看分析结果。

3.2.2有限元模型的建立

有限元模型的建立是在PREP7前处理模块中进行的,PREP7前处理模块为一个强大的实体建模和网格划分的工具,通过这个模块可建立自己想要的工程有限元模型。有限元模型建立包括以下几个方面:定义单元类型并设置选项、定义材料的热物理性能(是温度的函数)、建立几何模型、对几何模型进行网格划分。

对于三维问题,本文选用八节点六面体单元SOLIDT0,它适用于稳、瞬态热分析及热应力分析。焊接接头是热源集中的地方,特别对异种钢焊接接头也是温度、应力分布极不均匀的地方,因此为在节省计算时间的同时提高计算精度,在焊缝及其附近的部位采用加密网格。我们知道,金属材料的热物理性能(比热容、密度、导热系数等)是随温度的变化而变化。当温度变化范围不大时,可采用材料热物理性能的平均值进行计算。焊接时局部加热到很高温度,温度变化范围很大,因而计算时应当考虑到材料的热物理性能随温度的变化,表3一l中列出了文中所用材料的部分热物理性能。

图3-2温度场计算时采用的有限元网格

焊接过程数值模拟的发展

内蒙古科技大学 本科生课程论文 题目:焊接过程数值模拟的发展 学生姓名:孑然De90后 学号:096110。。。。 专业:材料成型及控制工程 班级:成型09—1班 指导教师:

焊接过程数值模拟的发展 摘要: 介绍了焊接数值模拟技术在焊接接头微观组织分析、焊接温度场分析、焊接应力应变分析、氢扩散分析方面的研究现状,并对焊接数值模拟技术在这几方面的模拟方法、原理及模型的建立进行了较为详细的介绍,最后,对我国焊接数值模拟技术的发展进行了展望。 焊接数值模拟方法一直是研究和电阻点焊过程的有效方法。详细介绍了焊接过程数值模拟技术的研究现状和进展。并指出了焊接过程数值模拟及应用的发展方向。 关键词:焊接;微观组织;温度场;数值模拟 The Welding Process of The Development of Numerical Simulation Abstract: This article introduced research status of welding numerical simulation technology from several aspects,suchas microstructure analysis on welding joints,welding temperature field analysis,welding stress and strain analysis,researchstatus of hydrogen diffusion。and detailedly introduced its simulation method,principle and modeling.Finallytheprospect of China welding numericM simulation technology is carried out. Welding numerical simulation methods has been research and the effective method of resistance spot process. Detailed introduces the welding process of numerical simulation technology research and progress. And points out the welding process and application of the numerical simulation development direction. Key words: welding;microstructure;temperature field;stress-strain;hydrogen diffusion;numerical simulation 1引言 1.1 背景 焊接是一个涉及电弧物理、传质传热、冶金和力学的复杂过程,单纯采用理。

数值模拟在焊接领域的现状和发展前景

数值模拟在焊接领域的现状和发展前景 焊接是一个涉及电弧物理、传质传热、冶金和力学的复杂过程,单纯采用理论方法,很难准确的解决生产实际问题。因此,在研究焊接生产技术时,往往采用试验手段作为基本方法,其模式为“理论—试验—生产”,但大量的焊接试验增加了生产的成本,且费时费力。随着计算机软硬件技术的快速发展,引发了虚拟制造技术的热潮,这其中就包括焊接热加工过程的数值模拟。焊接数值模拟技术的出现,为焊接生产朝“理论—数值模拟—生产”模式的发展创造了条件。焊接数值模拟技术的发展使焊接技术正在发生着由经验到科学、由定性到定量的飞跃。 焊接数值模拟,是以试验为基础,采用一组控制方程来描述一个焊接过程或一个焊接过程的某一个方面,采用分析或数值方法求解以获得该过程的定量认识。焊接数值模拟的关键是确定被研究对象的物理模型及其控制方程。而焊接物理模拟是采用缩小比例或简化了某些条件的模拟件来代替原尺寸形状的实物研究。物理模拟可以校验、校核数值模拟的结果,作为数值模拟的必要补充。 数值模拟是对具体对象抽取数学模型,然后用数值分析方法,通过计算机求解。经过几十年的发展,开发了许多不同的科学方法,其中有:(1)差分法法;(2)有限元法;(3)数值积分法;(4)蒙特卡洛法。 目前,焊接数值模拟已遍及各个焊接领域,主要研究内容有:(1)焊接热传导分析;(2)焊接熔池流体动力学;(3)电弧物理;(4)焊接冶金和焊接接头组织性能的预测;(5)焊接应力与变形;(6)焊接过程中的氢扩散;(7)特殊焊接过程的数值分析,如电阻点焊、陶瓷金属连接、激光焊接、摩擦焊接和瞬态液相焊接等;(8)焊接接头的力学行为。 焊接数值模拟的理论意义在于,通过对复杂或不可观察的现象进行定量分析和对极端情况下尚不知的规则的推测和预测,实现对复杂焊接现象的模拟,以助于认清焊接现象本质,弄清焊接过程规律。焊接数值模拟的现实意义在于,根据对焊接现象和过程的数值模拟,可以优化结构设计和工艺设计,从而减少试验工作量,提高焊接接头的质量。 我国焊接界数值模拟研究起步于80年代初,近年来很多的科研单位和个人投入到了这项研究中,并取得了积极的进展。国内也开发了不少焊接应用软件,包括焊接专家系统。所谓专家系统就是把某一领域的人类专家知识,存储在计算机的知识库中,通过系统进行推理,使计算机能够以和人类专家相近的水平解决该领域的问题。如清华大学开发的通用型弧焊工艺专家系统、哈工大和哈锅开发的焊接工程数据库及专家系统、太原重机厂研制的焊接工艺规程设计CAPP系统等。此外,一些高等院校和企业还开发了焊接裂纹预测系统、焊接变形预测系统、焊条配方优化设计系统、有缺陷焊接结构计算机辅助可靠性评定系统等。 计算机具有非常强大的数学计算和逻辑推理能力,可以模拟各种复杂现象的再现。通过数值模拟,可以部分代替大量的试验工作,具有很大的优越性和高的效益。焊接是一个牵涉到电弧物理、传热、冶金和力学的复杂过程,要得到一个高质量的焊接结构必须要控制这些因素。近20年来,国内外都对焊接预测理论和数值模拟技术进行了许多研究,取得了不少成果。 焊接过程模拟包括焊接熔池模拟和焊接电弧传热传质过程模拟等。关于焊接熔池中的流体流动和传热过程,国内外已做了不少研究工作。认为影响熔池流动的主要因素有:电磁力、表面张力和自然对流等。德国 Aachen大学ISF焊接研究

车架焊接过程焊接变形控制方法

车架焊接过程焊接变形控制方法 发表时间:2018-11-17T18:50:44.317Z 来源:《建筑模拟》2018年第24期作者:柏静 [导读] 笔者先分析焊接变形产生的模式,并且进一步分析焊接变形的控制。 柏静 身份证号:3429231987****1710 安徽江淮汽车集团股份有限公司轻型商用车分公司安徽合肥 230000 摘要:笔者先分析焊接变形产生的模式,并且进一步分析焊接变形的控制。 关键词:焊接变形;焊接顺序;刚性固定;反变形法 前言: 纵向收缩变形、横向收缩变形、角变形、弯曲变形、扭曲变形和波浪变形都属于焊接变形。对于汽车车架而言,它的变形的主要形式有横向收缩变形和弯曲变形。收缩变形主要发生在车架纵梁之间(前段与后段),弯曲变形主要发生在纵梁与横梁中。 1 焊接变形产生的模式 1.1 横向收缩变形产生的模式 焊件焊后沿垂直于焊缝长度方向上产生的收缩变形称为横向收缩变形。因为车架分为前段、中段和后段,前中段连接处与中后段连接处,焊缝分布比较集中,也就是焊缝分布在车架中性轴的对称位置,焊后焊件将产生横向收缩变形,它的焊缝位置及焊接变形. 1.2 弯曲变形产生的模式 弯曲变形是由焊接方向偏心收缩产生的。产生车架弯曲变形的最主要原因是焊缝在结构上布置不对称,现车架前段与后段即是如此,焊缝布置不对称且为满焊,弯曲变形也就较大。 2 焊接变形的控制 2.1 选择合适的焊缝形状及尺寸避免焊缝集中 在确保结构有足够承载能力的前提下,尽量采用小的焊缝尺寸,特别是最容易盲目加大的角焊缝。第4横梁通过CAE 分析,由满焊更改为段焊,使焊接变形大大降低了,第 4 横梁焊缝[1]。 在焊缝的布置上,尽量避免焊缝集中,不允许有 3 条焊缝交叉的现象出现,这样的地方应力集中最为突出。第 2 横梁出现焊缝集中部分,导致焊接变形较大。第 2 横梁焊缝。 2.2 采用合理的焊接顺序 车架应选择合理的焊接顺序,使焊接变形减小。焊接应先定位点焊,再对称焊接,且焊接应按相应顺序进行。对于纵梁焊缝的焊接,文章选择3 种较优焊接顺序,从中选取最佳方案。 1)由纵梁外侧到内侧依次焊接,焊接顺序如下图所示: 2)由纵梁内侧到外侧依次焊接,焊接顺序,如图 6所示。 3)从一侧到另一侧跳焊,焊接顺序,如图 7 所示。 在自由状态下进行焊接,焊接后测量其相应点尺寸,相比初始数据,确定其变形量[2]。 2.3 刚性固定法 焊件被夹紧,在不能自由变形的条件下施焊,这样可以减小焊后变形。车架通过夹具实施固定。 1)夹具夹紧。现车间焊接都需夹具固定,能有效防止焊接变形的产生,然而夹具有相应的夹紧力,而焊接变形力非常大,对此更改夹具定位结构,由普通夹紧机构更改为夹具夹紧自锁结构,此种结构能有效防止焊接变形的产生。 2)采用液压装置。液压气缸特点为动作缓慢和夹紧力大,适合于焊接变形大的部位。 刚性固定优点是夹固后,可以自由实施焊接而不必考虑焊接顺序,缺点是只能减小变形,因为去除夹固后,焊件仍有回弹现象。因此刚性固定与反变形同时配合使用,其效果最好[3]。 2.4 合理的工艺参数 能量集中和热输入较低的焊接方法,可以有效降低焊接变形。现车架焊接采用 CO2 焊,焊机热输入是影响变形量的关键因素,在保证熔透和焊缝无缺陷的前提下,应尽量采用小的焊接热输入。

ABAQUS焊接领域解决方案

ABAQUS Q 焊接领域解决方案
https://www.doczj.com/doc/8617058827.html,

主要内容
1
国内外焊接变形预测方法
2
固有应变焊接预测法
3
基于热弹塑性理论的焊接预测法
4
Ab Abaqus 针对焊接行业的解决方案
自 始 至 终
安 心 托 付
2

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焊接变形预测的重要性
焊接是船舶制造最主要的加工手段,焊接水平的高低在很大 程度上决定了船体的质量和生产效率,而焊接变形又是焊接过程 中最 中最难控制的一环。 焊接变形的影响: ? 焊接结构形状变异,尺寸精度下降; ? 承载能力降低; ? 船体在工作载荷作用下引起的附加弯矩和应力集中作用下导 致结果失效; ? 船舶结构疲劳降低。 船舶结构疲劳降低 因此,对焊接变形的预测及控制已成为船舶生产中迫切需要 解决的重要课题。
自 始 至 终
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国内外焊接变形的预测方法 1. 经验(试验)法
经验(实验)法是通过试验建立经验公式和数据曲线,用经验公式 和数据曲线来估计焊缝的收缩量和角变形量。 和数据曲线来估计焊缝的收缩量和角变形量 局限性: z 一定条件下的试验或生产实际中得到的,一般被限制在特定的 变形模式上; 变形模式上 z 实验受到时间和成本的限制。真实结构的复杂焊接变形是由多 个基本变形组合而成的。每个基本变形不可能通过有限的实验 结果来区分。
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焊接过程的数值模拟

《焊接过程的数值模拟》课程简介 课程编号:02044906 课程名称:焊接过程的数值模拟/ Numerical simulation of welding process 学分:2 学时:32 (课内实验(践):上机:16 课外实践:) 适用专业:焊接技术与工程专业 建议修读学期:7 开课单位:材料科学与工程学院材料加工工程系 课程负责人:卢云 先修课程:焊接冶金学、计算机基础、VB语言及程序设计 考核方式与成绩评定标准:采用平时成绩+上机考试成绩相结合的方式,平时成绩占课程考核成绩的50%,平时成绩考核采用作业、上机实验和报告相结合的方式;上机考试成绩占课程考核成绩的50%。 教材与主要参考书目: 主要参考书目:1、焊接数值模拟技术及其应用,汪建华,上海交通大学出版社,2003 2、计算材料学,D.罗伯编著,项金钟、吴兴惠译,化学工业出版社,2002 内容概述: 本课程初步介绍焊接过程中数值模拟技术的一些基本原理,基本方法,研究进展和研究内容。初步探讨使用有限元软件作为平台实现焊接的数值模拟过程。重点介绍焊接热传导在有限元程序中的使用及应用。通过本课程的学习,使学生了解焊接数值模拟的基本方法,学会综合运用其它方面的知识来实现简单焊接过程的数值模拟,并能够对模拟的结果进行有效的分析。初步具备分析和解决焊接工程问题的能力。 This course introduces some basic principles, methods, research progress and contents of the numerical simulation technology in the welding process. The realization of numerical Simulation of welding based on finite element software platform is also discussed briefly. The application of welding heat conduction in the finite element program is emphasized on. Through this course, the students should understand the basic methods of numerical simulation of welding, learn the integrated use of the knowledge of other aspects to achieve a simple welding numerical simulation, and can effectively analyze the simulation results. This course is to present the practical analysis and solve for welding engineering problems.

数值模拟在焊接中的应用

数值模拟在焊接中的应用 摘要:焊接是一复杂的物理化学过程,借助计算机技术,对焊接现象进行数值模拟,是国内外焊接工作者的热门研究课题,并得到了越来越广泛的应用。概括介绍了数值分析方法,综述了国内外焊接数值模拟在热过程分析、残余应力分析、焊接热源分析方面的研究现状及发展趋势。 关键词:焊接;数值模拟;研究现状 焊接是一个涉及电弧物理、传质传热、冶金和力学的复杂过程,单纯采用理论方法,很难准确的解决生产实际问题。因此,在研究焊接生产技术时,往往采用试验手段作为基本方法,其模式为“理论—试验—生产”,但大量的焊接试验增加了生产的成本,且费时费力。计算机技术的飞速发展给各个领域带来了深刻的影响。结合数值计算方法和技术的不断改进,工程和科学中越来越多的问题都可以采用计算机数值模拟的方法进行研究。采用科学的模拟技术和少量的实验验证,以代替过去一切都要通过大量重复实验的方法,不仅可以节省大量的人力和物力,而且还可以通过数值模拟解决一些目前无法在实验室里直接进行研究的复杂问题。用数值方法仿真实际的物理过程,有时被称为“数值实验”。作为促进科学研究和提高生产效率的有效手段,数值实验的地位已经显得越来越重要了。在工程学的一些领域中,已经视为和物理实验同等重要。与焊接生产领域采用的传统经验方法和实验方法相比,数值模拟方法具有以下优点: (l)可以深入理解焊接现象的本质,弄清焊接过程中传热、冶金、和力学的相互影响和作用; (2)可以优化结构设计和工艺设计,从而减少实验工作量,缩短生产周期,提高焊接质量,降低工艺成本。 一、焊接数值模拟中的数值分析方法 数值模拟是对具体对象抽取数学模型,然后用数值分析方法,通过计算机求解。经过几十年的发展,开发了许多不同的科学方法,其中有:(1)解析法,即数值积分法;(2)蒙特卡洛法; (3)差分法;(4)有限元法。数值积分法用在原函数难于找到的微积分计算中。常用的数值积分法有梯形公式、辛普生公式,高斯求积法等。蒙特卡洛法又称随机模拟法。即对某一问题做出一个适当的随机过程,把随机过程的参数用由随机样本计算出的统计量的值来估计,从而由这个参数找出最初所述问题中的所含未知量。差分法的基础是用差商代替微商,相应的就把微分方程变为差分方程来求解。差分法的主要优点是对于具有规则的几何特性和均匀的材料特性问题,其程序设计和计算简单,易于掌握理解,但这种方法往往局限于规则的差分网格,不够灵活。在焊接研究中差分法常用于焊接热传导、熔池流体力学氢扩散等问题的分析。有限元法起源于20世纪50年代航空工程中飞机结构的矩阵分析,现在它已被用来求解几乎所有的连续介质和场的问题。在焊接领域,有限元法已经广泛的用于焊接热传导、焊接热弹塑性应力和变形分析、焊接结构的断裂力学分析等。在工程应用中,上述数值方法常相互交叉和渗透。 二、焊接熔池的传热与流体流动模拟进展 焊接熔池的传热和流体流动计算机模拟是焊接模拟领域的一个重要领域,同时也是焊接冶金模拟中最为复杂的一个方向之一。因为焊接过程中大部分非平衡的物理、化学反应都在短时间内集中在焊接熔池这一局部高温区域内,这部分区域存在着很大程度上的成分、组织和性能的不均匀性。而对焊接熔池的物理测试十分困难,且费用大,因此大部分的研究是基于数值模拟的基础进行的。对焊接熔池的数值模拟有助于人们从更深层次上理解焊接过程的物理实质,模拟的结果有利于实现对焊接过程的控制。但目前关于焊接熔池的传热与流体流动模型都是建立在大量的假设和简化基础上的[1~3],因而模拟结果与实际有一定的出入,需要

焊接过程控制程序文件

焊接过程控制程序 1目的和使用范围 为了保证焊接施工处于受控状态,确保工程焊接质量,特制定本程序。 本程序适用于公司建筑安装和压力容器、锅炉、压力管道的焊接 施工。 Q/ZS21003-2009 文件控制程序 记录控制程序 人力资源管理程序 施工生产过程控制程序 施工机具装备管理程序 2职责 焊接技术中心是负责焊接控制的归口管理部门,各单位技术部门负责实 施。 3工作程序 焊接工艺流程控制见图 1。 4焊工 4.1凡在公司各工程(车间)施焊的焊工应服从公司的统一管理,焊工合格证“聘用情况” 的“聘用 单位”栏应该公司公章, “法人代表”栏应有法人代表签字或盖章。 4.2焊工上岗前应取得与所焊项目相应的资格。 4.3参加国外引进项目施工的焊工, 还应根据有关文件指定的标准进行考核, 考核合格后上 岗。 4.4各单位焊工管理人员应建立焊工台账,并按时向公司焊接技术中心申请焊工资格考试。 4.5公司焊接技术中心按照有关标准规定进行焊工资格培训考试工作, 并负责按标准规定办 理焊工资格证件。 4.6焊工考试资料由公司档案科归档。 4.7焊工资格失效前1 — 3个月焊工应重新考试。 4.8首次参加考试或参加公司首次选用的焊接方法、钢材、焊接材料考试的焊工,应先参加 培训在进 行考试。 4.9考试合格的焊工只能担任合格项目的范围内的焊接工作。 有技术人员负责安排、 焊接检 验员监督检查。 4.10 焊接技术中心负责建立公司焊工资格台账。 5焊接材料 5.1焊接材料应放在干燥通风良好的仓库内贮存保管。焊材库内控制温度在 5摄氏度以上, Q/ZS21004-2009 Q/ZS20901-2009 Q/ZS20401-2009 Q/ZS20701-2009 焊接施工前准备

焊接过程质量控制

焊接过程质量控制 汽车车身的制造工艺是一个非常复杂的过程,通常由几百个型面复杂、厚度不一冲压或铸造零件,经过几十个功能不一的工装夹具定位后,焊接而成.... 影响白车身焊接质量的主要因素有员工工作状态、夹具设计、来件偏差、焊接参数和焊接飞溅等,针对这几个主要因素,需要分别制定有效的措施全面改进焊接过程质量控制。 当前市场环境下,产品竞争主要取决于质量和服务两个方面,因此,长安福特马自达汽车有限公司将2009年定为“质量卓越年”,各个车间、各个工艺环节都积极通过一系列的质量改进手段和措施,使产品具有更强的市场竞争力和更高的顾客满意度。 图1 焊装过程质量控制鱼骨图 对于焊装车间来说,我们的质量工作主要着眼于三个方面:质量体系控制、过程质量控制、产品质量控制。本文主要探讨焊装车间实际生产中的“过程质量控制”。 图2 超声波检测 影响焊接过程质量的主要因素 焊接作为车身制造四大工艺之一,是车身尺寸控制的基础,结构强度的保障,焊接过程质量的好坏尤为重要,各方面影响因素也颇需重点关注。比如,在我们实际生产过程中曾因焊枪焊接分流、零件搭接不良等因素导致了虚焊、弱焊等缺陷,其潜在的高风险使我们充分认识到焊接质量控制的迫切性和必要性。 通常情况下,影响白车身质量的因素有很多,利用鱼骨分析法,我们结合焊装车间的实际生产过程,分别对人、机、料、法、环各个方面的原因做了详细的统计,以科学的方法对各个环节进行分析,并采取相应的措施加以有效控制,以实现预期的产品质量,保证最终生产出合格的白车身。 图1所示为我公司焊接过程质量分析鱼骨图。 通过鱼骨图,结合工作实际进行分析,可以知道,影响白车身焊接质量的主要因素有员工工作状态、夹具设计、来件偏差、焊接参数和焊接飞溅等,针对这几个主要因素,我们分别制

焊接管理程序.doc

MSOP-00-14 焊接过程控制程序 1、目的 通过对焊接过程的管理,使工程的焊接质量满足要求,保障焊接作业人员健康,减少环境影响。 2、范围 本程序适用于公司建筑、安装工程施工及加工制作中的焊接过程管理工作。 3、职责 3、 1 公司检测中心负责公司焊接过程管理及焊工培训取证工作,宏观掌握各项目部的焊接管理信息, 指导和协调各项目部检测中心的焊接管理工作。 3、 2 项目部检测中心负责本项目部的焊接过程管理及焊工培训工作。 机械部负责焊接设备的监督管理工作。 人力资源部负责全公司焊接人员的外委培训管理工作,并协助检测中心搞好焊工的内部培训管理。 工程处具体负责本单位焊接及热处理人员、设备、材料、技术、质量和施工的日常管理工作,并负责中 级焊工的培训工作。 4程序 4 .1 焊接技术管理 工程施工前,由项目部检测中心焊接专工组织编制焊接施工专业组织设计,编制要求见 MSP—00— 01《质量策划控制程序》。 专业工程处焊接技术人员根据《焊接施工专业组织设计》中的焊接作业指导书编制计划,编写本单位焊 接作业指导书,编制要求参见MSOP— 00— 03《作业指导书编写管理程序》。 在项目开工前,检测中心根据工程的需要及公司现有焊接工艺评定情况,确定焊接工艺评定任务,组织进行焊接工艺评定工作,并将工艺评定文件报分管副总审批。工艺评定文件及工艺评定试验报告原件由 公司检测中心保存。 根据焊接工艺评定文件,由检测中心专工编制焊接工艺规程,经分管副总批准后,印刷发放至相关人员, 并作为工程处技术人员编制焊接作业指导书的依据。 工程处分管焊接的技术人员,根据施工图纸编制主要焊接工程一览表,绘制主要焊接工程施工技术记录 图,报项目部检测中心审核、项目部总工批准后出版、发放。发放范围包括焊接和热处理技术人员、质 检人员和 NDT人员。 工程项目施工前,由工程处焊接技术人员,对参加焊接、热处理施工的人员进行技术交底,办理技术交底签证。对于重要的焊接项目,通知检测中心参加,交底要求见MSP-00-13《施工过程控制程序》。 焊接作业人员作业时按规定正确使用劳动防护用品,执行 MSP— 00— 25《职工劳动保护控制程序》、MSOP — 00—24《职工劳动保护用品管理程序》。 工程处焊接技术人员,应深入现场检查焊接指导书的执行情况,及时解决施工中的技术问题,并做好焊接施工技术纪录。 项目部检测中心焊接专工,在指导各工程处焊接技术管理的同时,应深入现场,做好现场的技术监督。 工程处焊接技术人员做好本单位的焊接竣工资料整理和工程总结;项目部检测中心焊接专工做好本项目 的焊接竣工资料审核和焊接工程总结工作。 焊接技术控制流程见附件S14— 1. 焊接人员培训管理 每年末,各工程处根据工程需要编制本单位下年度焊接人员培训计划,编制要求见MSP— 00— 06《培训控制程序》。 由检测中心对公司新招焊工进行初级培训,考核合格后,颁发上岗证,可从事一般钢结构焊接工作或气 割工作(气焊工)。 中级焊工培训 初级焊工一般要从事现场工作一年以上,可进行中级焊工培训。

焊接数值模拟

电阻点焊过程数值模拟技术研究进展及应用 摘要:数值模拟方法一直是研究和电阻点焊过程的有效方法。详细介绍了电阻 点焊过程数值模拟技术的研究现状和进展及其工业应用。并指出了电阻点焊过程数值模拟及应用的发展方向。 1 引言 电阻点焊以其生产效率高、焊接质量易保证、易实现自动化等优点而在汽车、航空及航天等工业领域获得了广泛的应用【1】。然而电阻点焊又是一个高度非线性的电、热、力等变量作用的耦合过程,其中包括焊接时的电磁、传热过程、金属的熔化和凝固、冷却时的相变、焊接应力与变形等,且电阻点焊熔核形成过程的不可见性和焊接过程的瞬时性给试验研究带来了很大困难,使人们对电阻点焊的过程机理一直缺乏比较深入的认识。计算机技术和数值模拟技术的发展为电阻点焊研究提供了有效的理论分析手段,国内外的学者一直在尝试利用数值模拟的方法来研究点焊过程,已相继建立了许多数值模型,并取得了很多突破。 2 点焊过程数值模拟分析方法的演化过程【2】 数值模拟技术应用于电阻点焊源自20 世纪60 年代,研究者们依据描述力、热、电过程的基本方程并对方程中参数变化和边界条件进行简化和假设,建立了点焊过程的数学模型,进而用数值模拟的方法对点焊过程温度场、电流场、电势和应力、应变场进行求解,用以研究点焊过程机理。其分析方法从有限差分发展到有限元,模型从一维发展到三维,从单场分析发展到多物理场耦合分析,考虑的因素越来越多并且越来越接近实际。学者Chang 【3】对此有过详细的总结。总的来说,点焊数值模拟分析方法的演化大致可以分为以下4个阶段。 (1)有限差分法【3】。有限差分法在早期对碳钢电阻点焊电热分析中应用得非常多。其优点是计算简单,收敛性好,但是有限差分法无法求解力学问题。 因此,焊接过程中的力效应和热电效应的相互作用无法通过有限差分法来表征和求解。 (2)有限单元法【3】。1984 年,学者Nied 【4】首次采用有限单元法来模拟电阻点焊过程中的预压阶段和通电阶段,他指出忽视预压阶段接触半径的变化是产生后续误差的根源,并通过计算获得了预压阶段电极和工件(E /W)及工件之间(W/W)的实际接触面积,并以此计算结果来进行热、电耦合分析。与有限差分法相比,有限单元法充分考虑了电极压力对焊接 过程中电极和工件、工件之间接触状态的作用。但是, Nied 的分析方法仍忽视了电极压力对电流密度和接触电阻的影响。 (3)完全耦合的有限元法【3】。1993 年,Syed 等【5】意识到焊接阶段由于电极压力和受热区热膨胀的相互作用,W/W 界面的实际接触面积会不断发生 变化。因此,他们提出了一种将电热分析和热力分析反复迭代、完全耦合的“电一热一力”分析方法。这种完全耦合的算法在理论上是严谨而精确的,它是电阻点焊数值建模方法的一次重大突破。然而这种分析方法计算 量巨大,并有可能产生无法收敛的数学问题。 (4)增量耦合的有限元法。它是Browne 【6】于1995年提出的一种更加稳健的算法,将热力分析得到的接触状态结果以时间步长为增量更新到电热分析

数值模拟在爆炸焊接中的应用现状概述

数值模拟在爆炸焊接中的应用现状概述 摘要对爆炸焊接数值模拟技术发展现状进行了综述,比较了几种常用软件和算法的特点,并阐述了爆炸焊接领域中的应用情况和存在问题。 关键词爆炸焊接;数值模拟;概述 爆炸焊接过程具有瞬时性、高能量输出等特点,且原理复杂,如果采用常规方法来研究爆炸焊接的过程和确定某些参数存在较大难度,即使借助某些高科技测试仪器,得到的测试结果往往也不能很精确,且需要投入大量的人力和物力资源。因此,采用数值模拟方法研究爆炸焊接则成为一种较好的选择。 数值模拟技术诞生于20世纪50年代。近年来,随着计算机硬件技术的快速发展,数值模拟技术也有了大幅度的提升,在爆炸焊接领域中的应用也日益广泛。以当下的技术现状,通过高精度的数值计算来模拟爆炸焊接过程已经成为可能。本文从常用算法、研究方向、已有成果等方面出发,综述了目前爆炸焊接数值模拟的研究现状,并探讨了爆炸焊接数值模拟技术研究中面临的问题和发展前景。 1 常用软件概述 爆炸焊接过程具有高速、大变形的特点,使用计算机模拟软件对其进行分析多采用显示动力分析的方法,目前对其进行计算的主要软件有LS-DYNA、AUTODYN、ABUQUS等,其他如DYTRAN也有应用。 1.1 LS-DYNA LS-DYNA是世界上知名度极高的通用显式动力学计算软件,1976年在美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室由J.O.Hallquist主持开发完成。该程序能够模拟现实的各种复杂物理状态,尤其适用于求解各种2D、3D非线性的高速碰撞、爆炸和金属材料成型等非线性动力冲击情况。在工程应用领域被广泛认可为最佳的分析软件包[1]。 1.2 AUTODYN AUTODYN是一种显式非线性动力分析程序,适用于解决固体、流体、气体以及他们之间互相作用的非线性动力学问题,该方法的核心在于把复杂的材料模型与流体结构程序的无缝结合,新一代有限元求解器求解更大型模型速度较快,而且能够与其他有限元求解器和CAE软件通用,因此AUTODYN的灵活性得到大大提高,此外对振动和爆炸的应用案例求解提供了更高的精确度。 1.3 ABAQUS ABAQUS也是较为先进有限元分析软件,适用于非线性动力学分析,能够

2017焊接质量控制

焊接原材料因素 焊接生产所使用的原材料包括母材、焊接材料(焊条、焊丝、焊剂,保护气体)等,这些材料的自身质量是保证焊接产品质量的基础和前提。为了保证焊接质量,原材料的质量检验很重要。在生产的起始阶段,即投料之前就要把好材料关,才能稳定生产,稳定焊接产品的质量。在焊接质量管理体系中,对焊接原材料的质量控制主要有以下措施: (1)加强焊接原材料的进厂验收和检验,必要时要对其理化指标和机械性能进行复验。 (2)建立严格的焊接原材料管理制度,防止储备时焊接原材料的污损。 (3)实行在生产中焊接原材料标记运行制度,以实现对焊接原材料质量的追踪控制。 (4)选择信誉比较高、产品质量比较好的焊接原材料供应厂和协作厂进行订货和加工,从根本上防止焊接质量事故的发生。 总之,焊接原材料的把关应当以焊接规范和国家标准为依据,及时追踪控制其质量,而不能只管进厂验收,忽视生产过程中的标记和检验。 相互依赖,不能忽视或偏废任何一个方面。在焊接质量管理体系中,对影响焊接工艺方法的因素进行有效控制的做法是: (1)必须按照有关规定或国家标准对焊接工艺进行评定。 (2)选择有经验的焊接技术人员编制所需的工艺文件,工艺文件要完整和连续。(3)按照焊接工艺规程的规定,加强施焊过程中的现场管理与监督。 (4)在生产前,要按照焊接工艺规程制作焊接产品试板与焊接工艺检验试板,以验证工艺方法的正确性与合理性。 还有,就是焊接工艺规程的制定无巨细,对重要的焊接结构要有质量事故的补救预案,把损失降到最低。对各种焊接工艺方法的重要因素和补加因素的5.环-----环境因素 在特定环境下,焊接质量对环境的依赖性也是较大的。焊接操作常常在室外露天进行,必然受到外界自然条件(如温度,湿度、风力及雨雪天气)的影响,在其它因素一定的情况下,也有可能单纯因环境因素造成焊接质量问题。所以,也应引起一定的注意。在焊接质量管理体系中,环境因素的控制措施比较简单,

焊接过程控制程序

焊接过程控制程序 1 目的和使用范围 为了保证焊接施工处于受控状态,确保工程焊接质量,特制定本程序。 本程序适用于公司建筑安装和压力容器、锅炉、压力管道的焊接施工。 Q/ZS21003-2009 文件控制程序 Q/ZS21004-2009 记录控制程序 Q/ZS20901-2009 人力资源管理程序 Q/ZS20401-2009 施工生产过程控制程序 Q/ZS20701-2009 施工机具装备管理程序 2职责 焊接技术中心是负责焊接控制的归口管理部门,各单位技术部门负责实施。 3工作程序 焊接工艺流程控制见图1。 4焊工 4.1凡在公司各工程(车间)施焊的焊工应服从公司的统一管理,焊工合格证“聘用情况” 的“聘用单位”栏应该公司公章,“法人代表”栏应有法人代表签字或盖章。 4.2焊工上岗前应取得与所焊项目相应的资格。 4.3参加国外引进项目施工的焊工,还应根据有关文件指定的标准进行考核,考核合格后上 岗。 4.4各单位焊工管理人员应建立焊工台账,并按时向公司焊接技术中心申请焊工资格考试。 4.5公司焊接技术中心按照有关标准规定进行焊工资格培训考试工作,并负责按标准规定办 理焊工资格证件。 4.6焊工考试资料由公司档案科归档。 4.7焊工资格失效前1—3个月焊工应重新考试。 4.8首次参加考试或参加公司首次选用的焊接方法、钢材、焊接材料考试的焊工,应先参加 培训在进行考试。 4.9考试合格的焊工只能担任合格项目的范围内的焊接工作。有技术人员负责安排、焊接检 验员监督检查。 4.10焊接技术中心负责建立公司焊工资格台账。 5焊接材料 5.1焊接材料应放在干燥通风良好的仓库内贮存保管。焊材库内控制温度在5摄氏度以上,

管道焊接控制措施复习过程

管道焊接控制措施 分析了压力管道焊接施工缺陷问题,并针对压力气管道工程焊接的重要性,提出了一套较全面、科学的管理办法和措施。 关键词:充氨压力管道;焊接质量;控制措施 对充氨管道工程来说,焊接施工质量是关系到整个工程质量的关键,直接影响到压力管道的安全运行。如何更好的控制焊接质量,我们认为要加强焊接质量的控制和管理,应从施工准备阶段、事前控制、事中控制、事后控制和焊接缺陷预防阶段等几道关键工序着手。 1 施工准备阶段 (1) 组建质检部门 施工准备阶段,施工单位应建立质量管理体系,其焊接技术人员应负责焊接工艺评定,编制焊接作业指导书和焊接技术措施,参与焊接质量管理,处理焊接技术问题,整理焊接技术资料等。焊接质检人员应对现场进行全面检查和控制,负责编制和确定焊口编号和日常的的检查工作,签发检查文件,参与焊接技术措施的审定,参加对焊接质量问题的分析、处理。 (2) 焊接工艺评定 在焊接施工开始前,对所需焊接的管道,制定详细的焊接工艺指导书,并对此焊接工艺进行评定。其评定的目的在于验证用该工艺进行焊接的焊接接头,能否具有合格的力学性能。对焊接接头的检验,要在经过外观检查、无损缺陷检验。 我单位要依据评定合格的工艺,编制焊接工艺规程。其工艺规程应包括以下内容;焊接方法、适用的管材管件材料、管径和壁厚、接头设计形式、填充金属和焊道数、焊接方向、焊道之间的时间间隔、焊接速度、对口器的类型和拆移等。 (3) 焊工考试 对焊工考试人员的资格进行审查,从事压力管道施工的焊工必须持取得技术监督部门核发的、在有效期内的、并具有相应合格项目的焊工证,方能参加考试。 在管道焊接前,按规定对焊工进行资格考试,以检验焊工能否使用经过评定合格的焊接工艺规程,焊接出合格的焊接焊缝。对考试焊接接头,应进行检验(可用破坏性试验或用射线探伤检测),检验合格方可上岗。 2 事前控制(焊前检查) 在实施焊接作业前,应对需要开展作业的有关设备机具、材料等进行检查,能否满足焊接的条件。 (1) 对焊接设备检查 电焊机工作是否正常,电压、电流是否稳定。 (2) 对焊接材料的检查 由施工单位对该批进场焊条、焊丝进行报验,提供材料合格证,监理单位应检查是否与设计文件相符,并对该批号材料进行现场抽样送检,经检测合格同意使用。对焊条未使用之前,一般不允许撤掉包装,而且应按说明书的要求使用,保管焊条的仓库宜选择干燥通风良好的地方。

焊接数值模拟的研究和发展

焊接数值模拟文献综述 摘要 焊接作为现代制造业必不可少的工艺,在材料加工领域一直占有重要地位。焊接是一个涉及到电弧物理、传热、冶金和力学的复杂过程,焊接现象包括焊接时的电磁、传热过程、金属的熔化和凝固、冷却时的相变、焊接应力和变形等。焊接过程产生的焊接应力和变形,不仅影响焊接结构的制造过程,而且还影响焊接结构的使用性能。这些缺陷的产生主要是焊接时不合理的热过程引起的。由于高集中的瞬时热输入,在焊接过程中和焊后将产生相当大的残余应力(焊接残余应力)和变形(焊接残余变形、焊接收缩、焊接翘曲),而且焊接过程中产生的动态应力和焊后残余应力影响构件的变形和焊接缺陷,而且在一定程度还影响结构的加工精度和尺寸的稳定性。因此,在设计和施工时必须充分考虑焊接应力和变形的特点。焊接应力和变形是影响焊接结构质量和生产率的主要问题之一,焊接变形的存在不仅影响焊接结构的制造过程,而且还影响焊接结构的使用性能。因此对焊接温度场和应力场的定量分析、预测、模拟具有重要意义。传统的焊接温度场和应力预测依赖于试验和统计基础上的经验曲线或经验公式。但仅从实验角度研究焊接热应力和焊后残余应力和变形问题难度很大,无前瞻性,不能全面预测和分析焊接对整个结构的力学特性影响,客观评价焊接质量。在研究焊接生产技术时,往往采用试验手段作为基本方法,但大量的试验增加了生产成本,耗费人力物力,尤其在军工、航天、潜艇、核反应堆等大型重要焊接结构制造过程中,任何尝试和失败都将造成重大经济损失,而数值模拟将发挥其独特的能力和优势。随着有限元技术和计算机技术的飞速发展,为数值模拟技术提供了有力的工具,很多焊接过程可以采用计算机数值模拟。随着差分法、有限元法的不断完善,焊接热应力和残余应力模拟分析技术相应的发展起来。 随着计算机技术发展,20世纪末提出了计算机模拟的手段,为热加工包括焊接技术的发展创造了有力的条件。焊接过程数值模拟可包括以下几个方面:(1)焊接热过程;(2)焊缝金属凝固和焊接接头相变过程;(3)焊接应力和应变发展过程;(4)非均质焊接接头的力学行为; (5)焊接熔池液体流动及形状尺寸;(6)重大结构及其部件的应力分析。利用这种方法可以展望21世纪热加工的研究模式将转变为“理论——计算机模拟——生产”,从而大大提高焊接和材料热加工的科学水平,节约用于实验研究的人力、财力。焊接变形预测方法大多基于有限元分析。近年来,随着计算机软、硬件和有限元法的发展,焊接三维数值模拟的研究成为该领域的前沿,三维焊接热应力和残余应力演化虚拟分析技术也逐渐发展起来。计算机硬件的发展为焊接过程的模拟和工程预测创造了条件,现在Pc机的性能己和十几年前的小型机、中型机性能相差无几,对于简单的、结构不是很复杂的焊接结构可以在PC机上实现其模拟过程。

15085焊接过程控制程序文件

文件编号: 15085焊接过程控制程序 –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––1目的和范围 为了加强公司焊接生产过程质量控制,保证公司焊接质量管理体系有效运行,确保产品焊接质量持续满足客户及有关法律法规的要求,本程序规定了公司焊接生产过程的管理内容及要求。 本程序适用于公司各焊接生产单位与焊接生产过程相关的过程。 2定义 本程序采用ISO9000:2008、ISO3834-2:2005、EN15085:2007标准的定义。 3管理职责 3.1总工程师 3.1.1负责全面领导公司焊接生产过程质量控制工作; 3.1.2负责组织贯彻国家、部门的焊接生产过程质量控制标准及有关规定; 3.1.3负责组织定期检查公司焊接生产过程质量控制管理工作,并组织处理重大问题; 3.1.4负责任命公司主管焊接责任人员及其代表。 3.2质保部 3.2.1负责公司焊接生产过程质量控制的管理工作; 3.2.2负责编制公司焊接生产过程质量控制管理制度,并组织贯彻执行; 3.2.3负责监督、检查和考核公司内各单位的焊接生产过程质量控制工作。 3.2.4负责组织焊接生产件分包扩散的产品质量评价、确认及控制。 3.3技术部 3.3.1负责贯彻执行国家、部门的焊接生产过程质量控制标准及有关规定; 3.3.2协助人力资源部组织焊接人员资格及业务技能培训; 3.3.3负责新增固定资产类焊接生产和试验设备的立项、技术交流及技术协议的审批、签订。 3.3.4负责检索、收集焊接生产过程质量控制的技术标准; 3.3.5定期(每年至少一次)颁布、更新焊接生产过程质量控制的技术标准目录。 3.3.6负责对焊接的工艺评定项目及各种能力证明的工作试件项目制样及评定工作。 3.3.7负责焊接设备的仪表及量仪、量具、样板定期校准及检定。 3.3.8负责对焊接设备及焊材的选型审核及确定供方厂家。 3.4资产管理部 3.4.1负责组织新增设备固资的安装、调试、验收和维修管理; 3.4.2负责固定资产类焊接生产和试验设备及基础设施的后期管理。

焊接数值模拟技术发展现状

焊接数值模拟技术发展现状 吴言高1, 李午申1, 邹宏军2, 冯灵芝1 (1.天津大学材料科学与工程学院,天津 300072; 2.攀钢集团钢城企业总公司协力公司,四川攀枝花 617000) 摘 要:焊接是一复杂的物理化学过程,借助计算机技术,对焊接现象进行数值模拟,是国内外焊接工作者的热门研究课题,并得到了越来越广泛的应用。概括介绍了数值模拟技术的概念及分析方法和焊接数值模拟的主要内容及意义,综述了国内外焊接数值模拟在热过程分析、冶金分析、应力应变分析、构件使用性能分析、氢扩散分析、特种焊接过程分析方面的研究现状及发展趋势,对我国焊接数值模拟技术的发展提出了建议。 关键词:焊接;数值模拟;研究现状 中图分类号:TG40 文献标识码:A 文章编号:0253-360X(2002)03-89- 04 吴言高 0 序 言 焊接是一个涉及电弧物理、传质传热、冶金和力学的复杂过程,单纯采用理论方法,很难准确的解决生产实际问题。因此,在研究焊接生产技术时,往往采用试验手段作为基本方法,其模式为 理论试验生产!,但大量的焊接试验增加了生产的成本,且费时费力。随着计算机软硬件技术的快速发展,引发了虚拟制造技术的热潮,这其中就包括焊接热加工过程的数值模拟。焊接数值模拟技术的出现,为焊接生产朝 理论数值模拟生产!模式的发展创造了条件。焊接数值模拟技术的发展使焊接技术正在发生着由经验到科学、由定性到定量的飞跃。 1 焊接数值模拟基础 1.1 焊接数值模拟概念 焊接数值模拟,是以试验为基础,采用一组控制方程来描述一个焊接过程或一个焊接过程的某一个方面,采用分析或数值方法求解以获得该过程的定量认识(如焊接温度场、焊接热循环、焊接HAZ的硬度、焊接区的强度、断裂韧性等)。焊接数值模拟的关键是确定被研究对象的物理模型及其控制方程(本构关系)。而焊接物理模拟是采用缩小比例或简化了某些条件的模拟件来代替原尺寸形状的实物研究(如焊接热/力物理模拟、密栅云纹法分析应力应变、氢的瞬态分布电视录象)。物理模拟可以校验、校核数值模拟的结果,作为数值模拟的必要补充。 收稿日期:2001-12-261.2 焊接数值模拟中的数值分析方法 数值模拟是对具体对象抽取数学模型,然后用数值分析方法,通过计算机求解。经过几十年的发展,开发了许多不同的科学方法,其中有:(1)解析法,即数值积分法;(2)蒙特卡洛法;(3)差分法;(4)有限元法。 数值积分法用在原函数难于找到的微积分计算中。常用的数值积分法有梯形公式、辛普生公式,高斯求积法等。 蒙特卡洛法又称随机模拟法。即对某一问题做出一个适当的随机过程,把随机过程的参数用由随机样本计算出的统计量的值来估计,从而由这个参数找出最初所述问题中的所含未知量。 差分法的基础是用差商代替微商,相应的就把微分方程变为差分方程来求解。差分法的主要优点是对于具有规则的几何特性和均匀的材料特性问题,其程序设计和计算简单,易于掌握理解,但这种方法往往局限于规则的差分网格,不够灵活。在焊接研究中差分法常用于焊接热传导、熔池流体力学、氢扩散等问题的分析。 有限元法起源于20世纪50年代航空工程中飞机结构的矩阵分析,现在它已被用来求解几乎所有的连续介质和场的问题。在焊接领域,有限元法已经广泛的用于焊接热传导、焊接热弹塑性应力和变形分析、焊接结构的断裂力学分析等。 在工程应用中,上述数值方法常相互交叉和渗透。 1.3 焊接数值模拟的内容 焊接数值模拟包括以几个下方面:(1)焊接热过程的数值模拟;(2)焊接熔池液体流动及形状尺 第23卷 第3期2002年6月 焊接学报 TRANSACTIONS OF THE CHINA WELDING INS TI TUTION Vol.23 No.3 June 2002

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