1。5 本文主要研究内容 9

第二章 双缆式 GMAW 焊熔池数值模型的建立 10

2。1 引言 10

2。2 几何模型的建立与网格划分 10

2。3 材料的热物理性能参数 10

2。4 焊接热源模型 11

2。4。1 体积热源模型介绍 11

2。4。2 双丝焊焊接热源模型的建立 13

2。5 边界条件的处理及驱动力的添加 18

2。5。1 边界条件处理 18

2。5。2 驱动力的添加 18

2。6 小结 19

第三章 单、双丝焊熔池模拟结果与分析 20

3。1 单丝焊和双丝焊的比较 20

3。2 不同焊接速度温度场分析 23

3。3 不同热输入焊接温度场分析 25

3。4 小结 28

结论 31

致谢 31

参考文献 32

第一章 绪论

1。1 课题研究背景

传统工业生产要焊接大型较厚母材时，一般都会开很大的坡口，一层一层 的多次焊接直到填满坡口或者采用埋弧焊的焊接方法，这种焊接方法不但耗时 耗材而且会产生较大的应力和焊件变形。但随着近年来工业生产的发展，出现 了越来越多的大厚重型需要焊接的结构，传统工业生产焊接方法耗时长，成本 大的特点已经不能满足当前要求。为了提高焊接生产效率，或提高单位时间内 填充金属的熔敷速度(主要方法有双丝或多丝焊、T。I。M。E。焊、带极焊、复合及 多热源焊和热丝焊等)，或降低单位时间内所填需充金属量(主要方法有窄间隙 焊)[1-3]。

窄间隙(Narrow Gap)焊接方法是一种能够显著提高焊接效率的焊接方法。 它在焊接前开坡口的时候就将坡口开得比较窄，这样能大大减少需要填充的焊 缝金属，焊接效率明显提高，焊接成本也被降低。在各种窄间隙焊接方法中， 窄间隙熔化极气保焊(Gas metal arc welding 以下简称 GMAW)由于焊接效率高， 不用清渣，热输入调节范围宽，适用于全位置焊接等优点而应用最为广泛[4-5]。 但窄间隙 GMAW 焊接会产生侧壁不易熔合的焊接缺陷。为了解决这个问题， 研究者们已经研究了很多方案，主要有大电流或脉冲电流[6]、电弧旋转[7-9]、电 弧摆动[10]和双丝或多丝方法[11-14]等方法，这些方法各有特色和缺点。

本研究拟采用 TANDEM 双丝焊的焊接方法。TANDEM 双丝焊是指在高速 焊接过程中，前一根焊丝作为辅丝与母材接触，熔化母材形成熔池，后一根焊 丝进入熔池利用余热熔化焊丝填满焊缝 [15]。这种焊接方法焊接效率高，产生焊 接缺陷倾向小，焊接热输入较小。对这种焊接方法进行数值模拟研究，可以通 过计算机模拟出焊接过程中的物理量分布和变化，从而可以在节省人力、物力、 财力的基础上探寻焊接过程中的物理本质。

本研究拟采用图 1-1 所示的新型七丝缆式焊丝(1 根分焊丝位于中间，其余 6 根分焊丝围绕中间分焊丝绞合而成)。缆式焊丝的 GMAW 焊接研究表明这种缆 式焊丝的熔化极气体保护焊具有焊丝熔化系数越大、焊接熔敷速率高、焊接热 输入量少、焊接时电弧自主旋转等独特优点[16-17]。将缆式焊丝应用于双丝窄间