ANSYS超高强钢厚大构件主从复合热源焊接过程有限元模拟(2)
复合热源焊接方法是近些年来发展起来的一种新的焊接工艺，其采用不同基本焊接方法相结合的方法，不同的焊接方法互相补充，减少缺陷，提高焊接效率，降低成本，是一种有极大优越性的焊接方法。研究超高强钢厚大构件主从复合热源焊接很有必要也极具意义。然而，由于焊接过程本身的复杂性使得人们很难了解具体焊接过程中的变化。随着现代科学技术的快速发展，有限元数值模拟技术的出现，克服了传统的经验或实验以及解析法的弊端，如研究周期长、工作量大等，特别是近几年随着计算机性能越来越高，相关软件的日益完善和普及，有关焊接过程的数值模拟技术得到迅速发展。
通过计算机对超高强钢厚大构件主从热源脉冲MIG焊焊接的具体过程进行数值模拟，了解温度场以及热应力应变场的分布变化，对于深入研究并完善超高强钢焊接工艺具有重要的学术价值和实用意义。
1．2 超高强钢的焊接研究现状
目前，对于超高强钢尤其是低合金钢焊接方法的选取,大都采用CO2焊或者富氩混合气体保护焊等焊接方法，这些焊接方法焊接热输入集中、效率高、熔池保护及脱氢效果好、焊接变形小[8，9，10，11,12] ,其它也有根据各自生产制造实际采用手工焊条电弧焊[10-13] 、埋弧自动焊[10]以及复合热源焊接方法[13]焊接的，其焊接过程中应注意的问题有：防止裂纹、在保证强度的条件下应注意提高焊缝及热影响区的冲击韧性等。文献[14]、[15]、[16]、[17]分别对不同牌号、用途的超高强钢的不同的焊接方法的工艺及焊接性进行了研究，不同研究均显示超高强钢焊接的冷裂纹倾向普遍存在，预热则是应对这一问题的有效措施。而文献[18]则对厚板超高强钢补焊过程中易产生横向冷裂纹的问题进行了研究探讨，高强钢横向裂纹产生的三要素包括：扩散氢含量、焊缝组织和拘束应力，文献围绕这三个方面设计了实验，试验结果表明，在厚板高强钢补焊区域产生横向裂纹的主要原因是扩散氢的影响及拘束应力过大造成的氢致裂纹，并在补焊区域的底部熔合区出现大量的微裂纹，这主要是淬硬组织造成的冷裂纹[19-20]。目前，针对超高强钢焊接面临的问题，一般所采取的措施有：焊前预热、确保焊接面的清洁和干燥、减小构件内应力、使用含氢量小的焊接材料、焊后热消氢处理、焊后热处理、反变形法等。
1．3 焊接过程中数值模拟的应用与研究现状
1．4 本文主要研究内容
本次设计采用了ANSYS有限元分析软件对超高强钢厚大构件主从热源焊接过程中，从热源在不同位置及状态下的焊接瞬态温度场分布进行有限元模拟，主要研究内容如下:
（1） 分析超高强钢厚大构件脉冲MIG焊焊接过程及工艺特点。
（2） 建立超高强钢厚大构件焊接时，加载的从热源在不同位置及状态时的有限元模型，按从热源状态可分为两种：①移动式从热源；②固定式从热源。总共建立了4种不同状态位置的有限元模型,对不同状态位置的从热源焊接过程进行有限元模拟，得出各自相对应的温度场分布图。然后选择了三种固定式热源进行了热应力耦合分析，得到了焊接结束时应力分布云图及选定节点的应力变化曲线。
（3） 分析不同状态位置从热源对超高强钢厚大构件焊接温度场分布均匀程度及应力分布大小的影响。
2 超高强钢厚大构件脉冲MIG焊焊接工艺
2．1 脉冲MIG焊焊接特点分析
通常的MIG焊方法采用的是脉动直流做能量源，而脉冲MIG焊则采用脉冲电流供能。MIG（MAG）焊采用熔化极焊接，以焊丝与工件之间产生的电弧作为热源融化焊丝及母材完成焊接。焊接过程中，保护气体（一般为氩气）通过焊枪喷嘴连续喷射到焊接区域，使电弧、熔池及其附近的母材金属免受周围空气的影响，从而保证了焊接质量。焊丝不断熔化，然后以熔滴形式过渡到熔池中，与熔化的母材金属熔合冷凝，经过一系列物理化学及冶金反应后形成焊缝金属。