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水下湿法多道焊接热循环特征分析及冶金行为预测
| 论文题名： | 水下湿法多道焊接热循环特征分析及冶金行为预测 |
| 关键词： | 海洋工程;水下湿法多道焊接技术;热循环特征;冶金行为 |
| 摘要： | 水下焊接技术是海洋工程结构安装、维修过程中不可缺少的重要工艺手段,其中湿法焊接技术由于其经济性和适用性,在工程中应用最为广泛。但由于水环境的存在使得焊接过程更加复杂化,仅用工艺试验的方法很难深入理解湿法焊接中的物理现象。对此,国内外学者利用数值模拟的方法进行了相关研究,他们指出对水下焊接时热作用模式和沸腾现象的准确描述至关重要。随着海洋钢结构对强韧性的需求日益提高,有必要对高强钢的水下湿法焊接过程进行模拟分析,为合理选择焊接工艺提供理论参考。 本文借助于水下焊接模拟试验平台,用焊条电弧焊的方法完成了E36钢对接接头的湿法多道焊接过程,获得了多道焊的焊缝形貌和金相照片。基于有限元法和焊接的实际工况,通过提高液态金属的导热系数来处理熔池表面的对流传热条件,同时将简化的池沸腾传热函数作为另一对流传热条件,加载至焊件的其他表面;在热作用模式方面,坡口内部的填充焊道选用双椭球热源计算,盖面焊道选用能量比为1.1:1的双椭球与双椭圆的复合热源模型进行模拟。 在上述条件下利用SYSWELD软件完成了湿法多道焊打底焊道的热过程模拟,根据瞬态温度场和熔池纵截面的温度分布情况讨论了湿法焊接过程。通过对每一道焊缝的热源参数进行校核完成了湿法多道焊的模拟,计算得到的焊缝尺寸与水下湿法多道焊试验的实际情况基本相符,各条熔合线的走向也与实际吻合较好,证明了本文给出的湿法多道焊的热边界条件和热源模型的准确性。 在此基础上,从热传导的角度出发,对湿法多道焊的热循环特征进行了分析:提取热循环曲线考察湿法多道焊的热过程;分别于对接接头钝边的端面和盖面焊道附近的表面取等距的节点,考察了湿法焊接的热循环特性沿焊件厚度方向和在焊件表面的变化趋势。然后仅更换热对流条件,模拟了相同工艺参数下陆上的打底焊接过程。通过对比两次模拟所得的温度场分布和热循环参数,分析了水环境的存在对湿法焊接热过程的影响。 提取节点的热循环曲线获得了焊缝熔合线附近的冷却时间t8/5,借助于焊接CCT图预测了热影响区内的全马氏体转变,预测结果与实际金相图片一致。最后由数值分析可知,在本文的湿法多道焊工况下,热影响区的淬硬不可避免。 |
| 作者： | 柴硕 |
| 专业： | 材料工程 |
| 导师： | 王立君;陈英 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 天津大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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