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基于ANSYS的AZ31B DE-GMAW数值模拟

张朝阳  
【摘要】:焊接作为一种可靠的材料连接技术,广泛应用于众多工业领域,在社会经济持续发展中发挥着重要作用。近年来,随着制造业的不断发展,传统的焊接方法越来越难以满足高质高效的生产要求,许多高效焊接方法陆续被提出来,双电极气体保护焊接方法就是其中之一,简称为DE-GMAW(Double-electrode gas metal arc welding)。本文中采用焊接温度场以及应力场的有限元分析理论,以AZ31B镁合金作为实验材料,在此基础上对这种新型的焊接工艺进行数值模拟,研究DE-GMAW焊接旁路电弧的热效率、焊件温度场以及应力场的分布规律,有助于优化DE-GMAW焊接工艺参数。首先,本文中采用熔池图像采集系统获取AZ31B镁合金DE-GMAW焊接熔池图像,经过VC++软件对图像处理后得到熔池尺寸。其次,采用ANSYS软件建立适用于AZ31B镁合金DE-GMAW焊接的复合热源模型以及有限元模型,对其温度场进行数值模拟,根据熔池尺寸的实验值和模拟值确定旁路电弧热效率的取值范围。讨论DE-GMAW焊接旁路电流对熔池尺寸以及母材热输入的影响,模拟结果与实验基本一致,验证了所建立模型以及热源作用模式的正确性。最后,使用间接耦合法,利用ANSYS软件计算AZ31B镁合金DE-GMAW焊接应力场,研究焊件动态应力发展与残余应力分布,模拟结果与焊接理论符合;探讨DE-GMAW焊接速度和电流影响焊件残余应力的规律;探索AZ31B薄板DE-GMAW焊中,不同焊件初始温度对残余应力的影响,得到焊件初始温度在50-100℃范围内可以有效地降低其残余应力。


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