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车轮双丝MAG焊工艺优化及数值模拟
| 论文题名： | 车轮双丝MAG焊工艺优化及数值模拟 |
| 关键词： | 钢制车轮;双丝脉冲MAG焊;工艺优化;焊接温度场;焊接接头硬度;有限元模型 |
| 摘要： | 在国产钢制车轮中,轮辋与轮辐的合成大都采用焊接方法。传统的单丝MAG焊生产率低、焊后变形大。双丝MAG焊具有焊接速度快、熔敷率高等优点,在车辆、工程机械行业中厚板焊接中得到了广泛的应用。本文以某型号钢制车轮为对象,通过工艺试验和数值模拟等手段,研究并优化双丝MAG焊接工艺。 首先进行了T型接头双丝脉冲MAG焊工艺研究,研究了不同协同模式、焊接速度、前丝送丝速度、后丝峰值电压对焊缝成形的影响规律。通过研究确定了满足企业要求的最优工艺参数:通讯方式为同步、焊接速度0.96m/min、前后丝峰值电压分别为36V和38V、前后丝送丝速度分别为24m/min和12m/min。在最优工艺的基础上分析了热影响区和焊缝区的微观组织以及焊接接头的硬度分布。 基于MSC.MARC建立了双丝焊T型接头的有限元模型,实现了热源的叠加和移动,提出了5种不同的焊接顺序,并分别计算了焊接温度场、应力场和焊后残余变形。模拟结果与焊后试验测量结果吻合良好。分析了焊接温度场,模拟结果表明双丝焊熔池特点为窄而长。分别对比了5种焊接顺序下的等效应力场,研究得出5种焊接顺序下的等效米塞斯应力最高值都超过了材料的屈服强度。研究了5种焊接顺序下的变形,结果表明焊后变形均为内凹状。通过比较发现,先分段内焊后整圈外焊的焊后变形最小,变形值为0.57mm。建立了计算轮辐安装面平面度的数学模型,计算结果表明安装面平面度最小值为0.39mm,满足汽车行业标准。 研究了轮辐上节点在整个焊接过程中的位移变化情况,分析得出了先内后外、先外后内和内外同时焊3种焊接顺序均发生内凹变形的原因:轮辐和轮辋合成焊接的位置为一不对称结构,内侧焊时轮辐的刚度较小,比轮辋更容易发生角变形,因此内侧焊缝的变形情况决定了整个焊接过程的焊后变形状态。 通过上述工艺试验和数值模拟研究,获得了最优焊接工艺参数和焊接顺序。该研究成果可用于指导平板式钢制车轮的合成焊接,也可为其它型号车轮的生产提供理论依据。 |
| 作者： | 张华 |
| 专业： | 材料工程 |
| 导师： | 林三宝 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工业大学 |
| 学位年度： | 2012 |
| 正文语种： | 中文 |
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