Simulare numerică și cercetări experimentale privind distribuția temperaturii sudurilor cu filet
Shanchao Zuo
2 Școala de știință și inginerie a materialelor, Universitatea de știință și tehnologie Beijing, Beijing 100083, China
Ziran Wang
3 Departamentul de roboți, Harbin Welding Institute, Harbin 150028, China; moc.621@rzw_gnidlew (Z.W.);
Decheng Wang
Bing Du
Peng Cheng
Yicheng Yang
3 Departamentul de roboți, Harbin Welding Institute, Harbin 150028, China; moc.621@rzw_gnidlew (Z.W.);
Ping Zhang
Ning Lang
Abstract
În această lucrare, a fost propusă o ecuație a matricei pentru modelul de sudare a sursei de căldură pentru a calcula distribuția temperaturii sudurilor de filet pe baza adâncimii de penetrare și a lățimii topite. Un model de sursă de căldură dublu elipsoid de sudură de file a fost stabilit mai întâi prin experiment fizic și calcule de simulare, iar apoi experimentul ortogonal a fost construit pe baza metodelor de calcul anterioare și a datelor măsurate experimental. În cele din urmă, ecuația matricială a parametrilor modelului sursei de căldură a fost obținută prin analiza de regresie bazată pe penetrarea și lățimea articulațiilor. Simularea experimentală și numerică a distribuției de temperatură a fost efectuată pentru sudura fileului și rezultatele arată că (1) fluxul de căldură crește într-o direcție, în timp ce, opus, a scăzut în altă direcție; (2) rezultatele simulării au fost foarte în concordanță cu rezultatele experimentelor. Rezultatele au indicat faptul că modelul sursei de căldură dublu elipsoidală calculat prin ecuația matricei este destul de adecvat pentru prezicerea distribuției tranzitorii a temperaturii pe sudurile filetului pentru procesul de sudare cu arc metalic gazos.
1. Introducere
Odată cu integrarea industriilor tradiționale și a internetului, industria prelucrătoare se transformă treptat de la producția tradițională de linie de asamblare în masă la producția de personalizare în masă, introducând o nouă eră a producției industriale [1]. În timp ce explorează continuu noile metode de fabricație, metodele tradiționale de fabricație sunt, de asemenea, optimizate [2,3]. Sudarea este unul dintre cele mai fiabile, eficiente și practice procedee de îmbinare a metalelor, utilizat pe scară largă la fabricarea podurilor, navelor, pieselor echipamentelor etc. [4,5]. Cu toate acestea, procesul de sudare este un proces fizic și chimic complex care implică fizica arcului, transferul de căldură, metalurgie și mecanică [6,7]. În timpul procesului de sudare, zona de sudare este încălzită rapid pentru a se topi prin aportul de căldură de sudare și apoi răcită la temperatura camerei sub acțiunea de conducere și radiație etc. Schimbările severe de temperatură locală sunt principala cauză a stresului și deformării sudurii [8,9,10].
Temperatura de sudare este unul dintre factorii determinanți importanți ai metalurgiei, cristalizării, tranziției de fază și câmpului de solicitare-tensiune a pieselor structurale [11,12,13], care este principalul factor care afectează calitatea sudării și eficiența producției [14,15]. În concluzie, distribuția rezonabilă a temperaturii este critică pentru calcularea stresului rezidual, a deformării și a solidificării [16,17]. În primul rând, premisa obținerii unui câmp de temperatură precis a fost formularea unui model de sursă de căldură care să fie în concordanță cu situația reală. Un model de sursă de căldură de sudură a fost stabilit prin aplicarea lui Rosenthal a legii lui Fourier (adică, punct, linie și surse de căldură de suprafață), care ar putea calcula în mod rezonabil distribuția tranzitorie a temperaturii la o anumită distanță de sursa de căldură. Cu toate acestea, analiza lui Rosenthal este mai puțin precisă pentru temperatura din sau în apropierea zonelor afectate de fuziune și căldură, deoarece schema a definit că proprietățile fizice ale materialului nu s-au modificat odată cu temperatura. Pentru a depăși majoritatea acestor limitări, au fost propuse alte forme de modele de surse de căldură. Merită menționat faptul că modelul sursei de căldură cu dublu elipsoid a fost propus de Goldak, care ar putea descrie modelul sursei de căldură prin sudare cu arc [18].