装夹方式对TC4薄板焊接过程的影响

为了揭示拘束条件对焊后残余应力及变形的影响规律,文中设计了多种装夹约束方案,并对TC4薄板进行了TIG对接焊模拟,结果表明:焊接温度场的等温线呈椭圆形,焊接热源前方温度梯度大,后方温度梯度小;焊接熔池呈泪滴状,薄板上表面温度较高,下表面温度低;焊接变形以厚度方向为主,薄板焊后有向焊缝收缩的趋势,薄板变形量主要集中在焊缝中心,易形成焊接角变形及挠度变形;焊后残余应力以纵向应力为主,在焊缝区残余应力表现为拉应力,远离焊缝区为压应力,残余应力主要集中在距焊缝5 mm区域内;将夹具布置在平行于焊缝方向、距焊缝较近的两侧区域,可让板内残余应力得以释放,从而减少焊接变形。上述结论可为TC4薄板的装夹约束提供一定的理论参考。

焊接参数对TC4薄板焊接过程的影响

目的揭示焊接参数对TC4薄板焊接过程中温度场、位移场及应力场的影响规律。方法基于有限元(FEM)模拟方法,运用Fortran语言对焊接热源及焊接参数进行定义,以模拟不同焊接参数下TC4薄板的TIG对接焊过程。结果在稳弧阶段,温度场为一组以焊接方向为长轴的椭圆,且存在温度梯度,随着焊接速度的增大,温度场峰值、温度场温度梯度、熔池宽度和熔池体积逐渐减小,而焊接效率和焊接电流对温度场的影响与焊接速度刚好相反;随着焊接速度的增大,薄板最大变形量逐渐减小,焊接角变形及挠度变形逐渐得到改善,而焊接效率和焊接电流对位移场的影响与焊接速度刚好相反。在稳弧阶段,焊缝位置的残余应力为拉应力,两侧为压应力,随着焊接速度和焊接电流的增大,纵向残余拉应力逐渐增大,焊缝处高应力集中区的宽度逐渐减小,而焊接效率对应力场的影响与焊接速度刚好相反。在高焊接速度、中等焊接效率、低焊接电流参数条件下,可获得熔池体积小及熔池宽度窄的焊缝,有利于减小焊后残余应力与变形。结论上述研究结果可为TC4薄板的焊接过程提供一定的理论指导。

25MN电极压机压制过程模拟及模具的结构优化

目的针对25MN电极压机压制自耗电极过程中模具发生断裂失效这一问题,利用数值模拟的方法分析模具产生断裂失效的原因,并对模具结构进行改进。方法首先建立了压机模具的三维模型,利用有限元分析软件Deform-3D对自耗电极的压制过程进行了数值模拟。其次通过对压制出的电极块密度、电极块表面等效应力以及电极块表面温度等进行综合分析,找到模具结构的薄弱位置,并对其进行了结构优化改进。最后利用有限元分析软件ANSYS Workbench及Deform-3D对改进前后的模具分别进行了约束模态对比分析及自耗电极压制过程的对比分析。结果在工作过程中,电极压机的顶模比底模更易产生断裂失效,其薄弱位置分布在左右两侧的尖角部位。优化后顶模的各阶模态变形量均小于优化前的各阶模态变形量;优化后的顶模压制出的电极块相对密度更大,由原来的0.89增大为1,电极块的致密性更好;电极块表面温度降低,顶模发生塑性变形的概率减小;顶模尖角内侧受电极块的反作用力减小,发生断裂失效的风险降低。结论上述研究结果验证了本文对顶模结构优化的合理性,并为电极压机模具的结构优化提供了一定的理论参考。