亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        轉(zhuǎn)向架構(gòu)架T形接頭單絲、雙絲焊接熱源模型及應(yīng)力場數(shù)值模擬

        2021-08-26 13:31:30聞博金成黃詩銘史春元
        電焊機(jī) 2021年7期
        關(guān)鍵詞:轉(zhuǎn)向架

        聞博 金成 黃詩銘 史春元

        摘要:為了探究動車組轉(zhuǎn)向架構(gòu)架T形接頭單絲、雙絲GMAW焊接溫度場及應(yīng)力場分布特征,基于ABAQUS有限元分析軟件,采用數(shù)值模擬與實(shí)際測量相結(jié)合的方式,以轉(zhuǎn)向架側(cè)梁SMA490BW耐候鋼T形接頭為研究對象,分別建立了單絲及雙絲焊的熱源模型,模擬了接頭的焊接溫度場和焊后殘余應(yīng)力場,并通過試驗(yàn)對模擬結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)果表明:單絲焊和雙絲焊的焊縫模擬尺寸與測量結(jié)果的相對誤差均不超過5%。與單絲焊相比,雙絲焊的熔池峰值溫度提高,熔池在長度方向上被拉長,焊縫厚度明顯增大,焊腳尺寸也略有增大,焊后殘余拉應(yīng)力分布范圍有所減小,焊縫最高殘余拉應(yīng)力下降8.5%。

        關(guān)鍵詞:轉(zhuǎn)向架;雙絲焊接;溫度場;數(shù)值模擬;殘余應(yīng)力

        中圖分類號:TG442? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:C? ? ? ? ?文章編號:1001-2003(2021)07-0099-05

        DOI:10.7512/j.issn.1001-2303.2021.07.19

        0? ? 前言

        轉(zhuǎn)向架構(gòu)架是動車組的重要承載部件,普遍采用焊接結(jié)構(gòu),其焊接質(zhì)量至關(guān)重要[1]。GMAW焊是構(gòu)架焊接常用的焊接方法,而雙絲GMAW焊因能有效改善傳統(tǒng)單絲GMAW焊所存在的焊接效率較低、焊后應(yīng)力過大等問題而得到廣泛關(guān)注。隨著雙絲高效焊接成本的降低,雙絲GMAW焊接在國內(nèi)軌道車輛制造行業(yè)具有較好的應(yīng)用前景[2-3]。

        焊接殘余應(yīng)力預(yù)測是轉(zhuǎn)向架構(gòu)架焊接生產(chǎn)中較為關(guān)心的問題,數(shù)值模擬技術(shù)是預(yù)測焊接殘余應(yīng)力的有效途徑。目前對于雙絲焊接的數(shù)值模擬主要集中在熱源模型的優(yōu)化和對溫度場的數(shù)值模擬[4-9],而對單絲與雙絲GMAW焊殘余應(yīng)力及分布的對比研究報(bào)導(dǎo)較少。文中基于ABAQUS有限元分析軟件,通過數(shù)值模擬與實(shí)際測量相結(jié)合的方式分別建立適用于單絲、雙絲GMAW焊T形接頭的熱源模型,并對兩種焊接工藝焊后的溫度場及應(yīng)力場分布特點(diǎn)進(jìn)行對比分析,為轉(zhuǎn)向架構(gòu)架焊接工藝的優(yōu)化提供依據(jù)。

        1 有限元模型

        1.1 幾何模型的建立

        以轉(zhuǎn)向架構(gòu)架側(cè)梁焊接為例計(jì)算單、雙絲焊接的溫度場與殘余應(yīng)力場。構(gòu)架側(cè)梁由箱形結(jié)構(gòu)梁焊接而成,焊接接頭形式為T形接頭,焊縫形式為對接和角接的組合焊縫。分別采用單絲、雙絲GMAW焊接方式對T形接頭進(jìn)行焊接,腹板厚度9 mm,翼板厚度12 mm,坡口角度50°,鈍邊1 mm,焊接位置如圖1所示。

        轉(zhuǎn)向架側(cè)梁材料選擇SMA490BW耐候鋼板材,其屈服強(qiáng)度365 MPa,抗拉強(qiáng)度490~610 MPa,延伸率大于15%,并選用與SMA490BW匹配的符合GB/T8810-2008標(biāo)準(zhǔn)要求的ER55-1(直徑φ1.2 mm)型號實(shí)心焊絲。

        單絲焊時,打底、填充及蓋面焊接工藝參數(shù)如表1所示。雙絲焊時,采用單絲焊打底,填充及蓋面均采用雙絲焊接,焊接工藝參數(shù)如表2所示。

        接頭有限元計(jì)算模型如圖2所示。為兼顧計(jì)算效率與精度,網(wǎng)格劃分采用過渡形式,焊縫及近縫區(qū)采用較細(xì)的網(wǎng)格劃分,最小尺寸2 mm;遠(yuǎn)離焊縫區(qū)采用較粗的網(wǎng)格劃分,最大尺寸8 mm。

        1.2 熱源模型的建立

        雙絲GMAW焊熱源相當(dāng)于兩個改造后的雙橢球熱源。由于兩電弧間的相互作用,雙絲熱源會發(fā)生偏轉(zhuǎn),其熱源模型通過雙橢球熱源旋轉(zhuǎn)獲得。

        設(shè)前絲偏轉(zhuǎn)α角,后絲偏轉(zhuǎn)β角,則雙絲熱源中的前絲熱源模型表示為

        式中 q=q1+q2,x、y、z 分別表示距熱源作用中心焊接方向、焊縫寬度方向以及焊縫深度方向的距離;a1、a2分別為焊接方向前半與后半橢球半軸長;b、c分別為焊縫寬度方向與深度方向橢球半軸長;f1、f2分別為前、后半橢球的能量分配系數(shù),且f1+f2=2,經(jīng)過校核后f1=0.6,f2=1.4。

        2 焊接溫度場模擬結(jié)果

        2.1 單絲焊與雙絲焊的溫度場分布特征

        根據(jù)所建立的熱源模型對兩種焊接工藝進(jìn)行焊接溫度場數(shù)值模擬,分別取單絲、雙絲GMAW焊接第3道焊縫為例分析溫度場的形成過程,如圖3所示。

        由圖3可知,單絲GMAW焊絲電弧在焊接進(jìn)行到0.4 s時開始作用于熔池,起始時熔池尺寸較小,隨著焊接加熱的進(jìn)行,熔池逐步增大呈橢圓形,3 s時進(jìn)入到準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)狀態(tài),15 s時熔池達(dá)到穩(wěn)定并最終完成焊接過程。

        雙絲GMAW焊時,前絲焊接電弧在0.4 s時首先作用于母材形成于熔池,后絲電弧隨后跟進(jìn)作用于熔池。由于兩電弧的相互作用,前絲電弧熔池液態(tài)金屬在電弧壓力和熔滴沖擊的作用下向后流動,導(dǎo)致后絲熔池焊縫寬度逐漸超過前絲,在約3 s時熔池達(dá)到準(zhǔn)穩(wěn)態(tài),15 s時熔池達(dá)到穩(wěn)定并完成焊接。

        對比兩種焊接工藝的熔池溫度場演變過程發(fā)現(xiàn),兩者同時達(dá)到準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)過程。與單絲GMAW焊相比,雙絲GMAW焊熔池中可見兩個熱源中心,熔池長度方向上被拉長。雖然后絲電流略小于前絲,但前絲的熱作用使得絲作用下的溫升更快,熔池后半部分更為寬大。

        分別取單絲、雙絲GMAW焊焊縫中點(diǎn)處,繪制得到焊接熱循環(huán)曲線如圖4所示。

        對比兩條熱循環(huán)曲線可以發(fā)現(xiàn),不同于單絲GMAW焊,雙絲GMAW焊因電流電壓較小,在前絲單獨(dú)作用時熔池升溫速率較小,而當(dāng)兩條焊絲共同作用時,熔池升溫速率明顯上升,最終達(dá)到的峰值溫度分別為1 825 ℃和1 883 ℃,與文獻(xiàn)[7]中計(jì)算的雙絲焊接峰值溫度基本一致,雙絲GMAW焊熔池的峰值溫度較單絲高61 ℃,焊后熔池的冷卻速度有所減小。

        2.2 單絲焊與雙絲焊的焊縫尺寸

        根據(jù)溫度場數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行實(shí)際焊接,為了準(zhǔn)確測定每道焊縫尺寸,采用每一焊道焊接一個構(gòu)件的方法,將焊接實(shí)驗(yàn)所得構(gòu)件沿垂直焊縫方向進(jìn)行切割,采用硝酸酒精腐蝕焊縫表面,以觀測焊縫截面輪廓,并與溫度場數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行對照。模擬與實(shí)際熔池形狀對比如表3所示。

        由表3可知,模擬結(jié)果與實(shí)際焊接熔池形狀基本一致,為了得到具體的焊縫尺寸數(shù)據(jù),對模擬和實(shí)際焊接得到的焊縫進(jìn)行畫線測量,T形接頭對接和角接組合焊縫尺寸示意如圖5所示。焊縫模擬結(jié)果與實(shí)測結(jié)果對比如表4、表5所示。

        由表3、表4可知,單絲、雙絲焊接模擬結(jié)果熔池尺寸均與實(shí)際相近,誤差率在1.4%~5.0%,證實(shí)了所建立的熱源模型的準(zhǔn)確性。經(jīng)過計(jì)算,與單絲焊接相比,雙絲焊焊腳尺寸平均提高1.1 mm,焊縫厚度平均提高了2.1 mm,這是由于雙絲焊后絲電壓高于前絲電壓,后絲電弧后起到了調(diào)節(jié)焊縫外觀成形的作用。

        3 焊接應(yīng)力場模擬結(jié)果

        根據(jù)兩種焊接方法溫度場模擬結(jié)果進(jìn)行焊后應(yīng)力場數(shù)值模擬,單絲及雙絲焊接焊后Mises殘余應(yīng)力及縱向應(yīng)力分布如圖6、圖7所示。T形接頭殘余Mises應(yīng)力分布與文獻(xiàn)[10]中的分布基本一致。

        由圖7可知,兩種焊接工藝焊后縱向殘余應(yīng)力分布基本一致,焊縫及熱影響區(qū)等經(jīng)歷過高溫過程的區(qū)域,其縱向殘余應(yīng)力表現(xiàn)為拉應(yīng)力,而遠(yuǎn)離焊縫區(qū)域則為壓應(yīng)力,并逐漸趨近于零。這是由于金屬受熱膨脹使遠(yuǎn)離焊縫區(qū)域的母材處于壓縮狀態(tài),而在冷卻過程中金屬收縮使焊縫區(qū)域處于拉伸狀態(tài)。

        根據(jù)單絲、雙絲焊后應(yīng)力場模擬結(jié)果,以距離焊縫中心的距離d為橫坐標(biāo),縱向殘余應(yīng)力σy為縱坐標(biāo)繪制曲線,并與實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果進(jìn)行對照,得到的曲線如圖8所示。

        由圖8可知,殘余應(yīng)力分布特征及應(yīng)力值的計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好,驗(yàn)證了數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性。單絲、雙絲GMAW焊后殘余應(yīng)力分布趨勢基本一致,但雙絲焊縱向殘余拉應(yīng)力分布范圍明顯小于單絲焊接接頭,這是因?yàn)殡p絲焊熔池較為狹長,在焊接過程中金屬受熱膨脹,狹長的熔池受到的限制范圍更小,因此殘余拉應(yīng)力分布范圍有所減小。

        單絲焊接接頭焊縫區(qū)最高殘余應(yīng)力為332.7 MPa,是屈服極限的91.2%,而雙絲耐候鋼焊接時焊縫區(qū)域的縱向應(yīng)力較低,最高為302.5 MPa,僅為屈服極限的82.7%,雙絲焊最高縱向拉應(yīng)力較單絲降低約8.5%,這是因?yàn)閱谓z焊接電流電壓較高,熱輸入較高,焊縫區(qū)升溫速率較高,峰值溫度較低,由于翼板及腹板間熱量傳遞較慢,導(dǎo)致焊后散熱速率較高,從而造成焊縫區(qū)域焊后殘余應(yīng)力較大。

        4 結(jié)論

        (1)參照雙絲焊接的特點(diǎn),建立了適用于T形接頭的雙絲焊接熱源模型,經(jīng)過校核后熱分配系數(shù)f1=0.6,f2=1.4。

        (2)與單絲GMAW焊相比,雙絲GMAW焊熔池峰值溫度有所提高,熔池在長度方向上被拉長,焊腳尺寸略有增大,焊縫厚度明顯增大。

        (3)雙絲焊接接頭焊后縱向殘余拉應(yīng)力分布范圍較單絲焊接接頭有所減小,焊縫區(qū)域最高殘余拉應(yīng)力降低了8.5%。

        參考文獻(xiàn):

        崔曉芳,岳紅杰,兆文忠,等. 高速機(jī)車構(gòu)架側(cè)梁的焊接順序[J]. 焊接學(xué)報(bào),2006,27(1):101-104.

        張林儒,孫志鵬,李志強(qiáng),等. 轉(zhuǎn)向架構(gòu)架雙絲GMA焊試驗(yàn)研究[J]. 鐵道技術(shù)監(jiān)督,2016,44(10):24-26.

        孫中文,吳向陽,張志毅,等. SMA490BW鋼雙絲焊接頭組織及力學(xué)性能研究[J]. 熱加工工藝,2016,45(11):55-58.

        楊秀芝,余圣甫,姚潤鋼.雙絲焊溫度場算法的程序優(yōu)化設(shè)計(jì)[J]. 焊接學(xué)報(bào),2010,31(10):53-57.

        徐文立,孟慶國,方洪淵,等.高強(qiáng)鋁合金板雙絲焊溫度場[J]. 焊接學(xué)報(bào),2004,25(3):11-14.

        孟慶國,方洪淵,徐文立,等.雙絲焊熱源模型[J]. 機(jī)械工程學(xué)報(bào),2005,41(4):110-113.

        吳東升,華學(xué)明,葉定劍,等.雙絲共熔池熔化極氣體保護(hù)焊熔池流動的數(shù)值模擬[J]. 上海交通大學(xué)學(xué)報(bào),2015,49(10):1435-1440.

        楊秀芝,楊春杰,董春法,等.基于ANSYS有限元對雙絲焊焊接的三維溫度場模擬[J].電焊機(jī),2016,46(7):22-27.

        Meng O G,F(xiàn)ang H Y,Yang J Y,et al. Analysis of temperature and stress field in Al alloy’s twin wire welding[J]. Theoretical and Applied Fracture Mechanics,2005(44):178-186.

        Yaohui Lu,Chuan Lu,Dewen Zhang. Numerical computation methods of welding deformation and their application in bogie frame for high-speed trains[J]. Journal of Manufacturing Processes,2019(38):204-213.

        猜你喜歡
        轉(zhuǎn)向架
        城際動車組永磁直驅(qū)轉(zhuǎn)向架區(qū)域積雪仿真研究
        懸掛式空鐵列車轉(zhuǎn)向架中央懸吊軸結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析
        低地板轉(zhuǎn)向架構(gòu)架強(qiáng)度分析
        20t軸重米軌轉(zhuǎn)向架裝用搖枕的研制
        基于SPS模式的轉(zhuǎn)向架軸箱裝配線仿真研究
        轉(zhuǎn)向架搖枕斜楔摩擦面磨耗板焊接裂紋分析
        基于結(jié)構(gòu)應(yīng)力的轉(zhuǎn)向架構(gòu)架焊縫疲勞強(qiáng)度研究
        日本地鐵窄軌新徑向轉(zhuǎn)向架的開發(fā)
        CRH3型動車組轉(zhuǎn)向架三級檢修工藝設(shè)計(jì)
        209 P型轉(zhuǎn)向架軸箱彈簧斷裂的原因及預(yù)防
        国产伦一区二区三区色一情| 亚洲欧美国产日产综合不卡| 亚洲亚洲亚洲亚洲亚洲天堂| 免费在线亚洲视频观看| 大肥婆老熟女一区二区精品| 激情都市亚洲一区二区| 成人爽a毛片免费视频| 老熟妻内射精品一区| 娇柔白嫩呻吟人妻尤物| 免费观看国产激情视频在线观看| 午夜dv内射一区二区| 天天做天天爱天天爽综合网| 色妺妺在线视频| 无码91 亚洲| 国产一区二区av在线免费观看| 色综合久久中文综合网亚洲| 久久理论片午夜琪琪电影网| 风韵饥渴少妇在线观看| 亚洲 无码 制服 丝袜 自拍| 国产伦精品一区二区三区| 在线观看av片永久免费| 制服丝袜人妻中文字幕在线| www.av在线.com| 免费人成黄页网站在线一区二区| 精品国产成人av久久| 亚洲亚洲人成综合网络| 麻豆变态另类视频在线观看| 国产精品视频白浆免费看| 精品露脸国产偷人在视频 | 无码人妻精品一区二区三区免费| 久久er这里都是精品23| 国产91成人精品高潮综合久久 | 欧美激情内射喷水高潮| 日日噜噜夜夜狠狠2021| 亚洲乱码中文字幕一线区| 又粗又黄又猛又爽大片免费| 亚洲人在线观看| 亚洲国产线茬精品成av| 欧美xxxx做受欧美88| 久草热8精品视频在线观看| 五月激情狠狠开心五月|