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X70管线钢埋弧焊焊接热循环参数的数值模拟及应用

作　者: 陈小伟
导　师: 廖波；肖福仁
学　校: 燕山大学
专　业: 材料学
关键词: 焊接 温度场 数值模拟 热循环 电弧吹力 焊接熔池
分类号: TG445
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要


焊缝的组织、性能控制是保证焊接结构件可靠性的关键因素,而焊缝的组织、性能主要由焊接时焊缝所经历的热循环过程决定,热循环过程又直接受焊件尺寸和焊接工艺的控制。因此,建立焊缝组织、性能和焊件尺寸以及焊接工艺之间的关系,对于焊接生产具有十分重要的意义。本文的目的就是建立X70管线钢焊接热影响区组织、性能和板厚以及焊接线能量之间的关系,从而预测焊缝的组织、和性能,优化焊接工艺。本文以焊接热过程的数值模拟为基础。针对埋弧焊接的特点,利用高斯热源模型,通过引入材料的“高温等效导热系数”,建立了埋弧焊接热循环参数模拟的数值模型。研究了电弧吹力和熔池传热以及电弧加热半径对埋弧焊接温度场的影响。结果表明,电弧吹力和熔池传热以及电弧加热半径对埋弧焊接时焊缝处温度场分布有很大的影响,而对热影响区900℃以上停留时间（t9）、800500℃冷却时间(t8/5)的影响很小。通过比较t8/5的数值模拟结果和实测结果发现,模拟值和实测值相差在10%以内,表明本文建立的数值模型是可靠的。ss利用本文建立的热循环参数模拟的数值模型,对X70管线钢埋弧焊接热循环参数进行了数值模拟,建立了热影响区t8/5和板厚、焊接线能量之间的关系;通过Gleeble-3500热模拟机进行焊接热模拟,建立了X70管线钢HAZ组织、性能和t8/5之间的关系;最终建立了X70管线钢焊接热影响区先共析铁素体组织百分含量和焊接和板厚、焊接线能量的关系,显微硬度和板厚、焊接线能量之间的关系。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-19
  1.1 选题背景及意义  9-10
  1.2 焊接热过程的解析计算  10-11
  1.3 焊接温度场数值模拟  11-12
  1.4 焊接温度场数值模型的研究现状  12-18
    1.4.1 热源模型的研究进展  12-15
    1.4.2 焊接熔池的研究现状  15-17
    1.4.3 材料物理属性  17-18
  1.5 本文研究的主要内容  18-19
第2章 焊接温度场模拟的有限元理论  19-26
  2.1 焊接温度场及其影响因素  19-20
    2.1.1 焊接过程的特点  19-20
    2.1.2 影响焊接温度场的主要因素  20
  2.2 焊接过程的有限元法及其特点  20-21
    2.2.1 有限元法基本思想  20-21
    2.2.2 焊接过程有限元分析的特点  21
  2.3 焊接温度场的分析理论  21-25
    2.3.1 焊接传热的基本形式  21-22
    2.3.2 有限元基本方程  22
    2.3.3 非线性瞬态热传导的有限元分析  22-25
  2.4 本章小结  25-26
第3章 ANSYS 焊接温度场分析方法  26-32
  3.1 ANSYS 软件简介  26
  3.2 ANSYS 焊接温度场分析的基本方法  26-31
    3.2.1 建模  26-29
    3.2.2 加载和求解  29-30
    3.2.3 查看模拟结果  30-31
  3.3 本章小结  31-32
第4章 埋弧焊接温度场数值模拟  32-51
  4.1 研究现状及难点  32-33
  4.2 电弧吹力及熔池传热对温度场影响的数值模拟  33-43
    4.2.1 研究思路  33
    4.2.2 数值模拟方案  33-35
    4.2.3 数值模拟结果  35-42
    4.2.4 焊接线能量变化的影响  42-43
  4.3 电弧加热半径对焊接热循环影响的数值模拟  43-47
    4.3.1 数值模拟方案  44
    4.3.2 数值模拟结果  44-47
    4.3.3 线能量变化的影响  47
  4.4 数值模型的验证  47-50
  4.5 本章小结  50-51
第5章 X70 管线钢HAZ 组织与性能预测  51-61
  5.1 焊接接头组织、性能预测及工艺优化的思想  51-52
  5.2 X70 管线钢HAZ 热循环参数数值模拟  52-57
    5.2.1 数值模拟方案  52-53
    5.2.2 数值模拟结果  53-57
  5.3 X70 管线钢热影响区CCT 图的建立  57-59
    5.3.1 热模拟方案  57-58
    5.3.2 实验结果  58-59
  5.4 X70 管线钢HAZ 组织、性能预测及焊接工艺优化  59-60
    5.4.1 HAZ 组织预测  59
    5.4.2 HAZ 显微硬度预测  59-60
    5.4.3 焊接工艺优化  60
  5.5 本章小结  60-61
结论  61-62
参考文献  62-67
攻读硕士学位期间科研及论文  67-68
致谢  68-69
作者简介  69

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 焊接、金属切割及金属粘接 > 焊接工艺 > 埋弧焊（焊剂层下焊）
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