汽车后桥半轴套管电子束焊接性能分析
后桥是汽车传动、负载的主要部件,在后桥众多的焊缝中,尤其以半轴套管与桥壳中段的焊接最为重要。由于半轴套管材质是35CrMoA钢,桥壳中段是16Mn钢,属于异种金属焊接,可焊性差,用普通焊接方法很难得到满意的焊接接头质量,而电子束焊接因其能量密度高、穿透能力强、焊缝深宽比大、精度高等优点,能得到质量较好的焊接质量。　　通过讨论电子束焊接工艺参数的变化对焊缝成形质量的影响,可知:当电子束束流增大时,焊缝的熔深和熔宽都增加,接头焊缝成形质量较差;当焊接速度增加时,焊缝熔宽变小,同时熔深也减小。通过实验得到电子束焊接半轴套管综合指标较...展开
后桥是汽车传动、负载的主要部件,在后桥众多的焊缝中,尤其以半轴套管与桥壳中段的焊接最为重要。由于半轴套管材质是35CrMoA钢,桥壳中段是16Mn钢,属于异种金属焊接,可焊性差,用普通焊接方法很难得到满意的焊接接头质量,而电子束焊接因其能量密度高、穿透能力强、焊缝深宽比大、精度高等优点,能得到质量较好的焊接质量。　　通过讨论电子束焊接工艺参数的变化对焊缝成形质量的影响,可知:当电子束束流增大时,焊缝的熔深和熔宽都增加,接头焊缝成形质量较差;当焊接速度增加时,焊缝熔宽变小,同时熔深也减小。通过实验得到电子束焊接半轴套管综合指标较佳的焊接工艺参数为:加速电压U=85kV,焊接速度v=30㎝.min-1,聚焦电流If=235mA,束流Ib=75mA。　　在分析电子束焊接温度场和应力场的有限元理论基础上,利用有限元分析软件ANSYS建立半轴套管电子束焊接有限元模型,采用高斯面热源和圆柱体热源的复合热源,并运用ANSYS的参数化语言APDL进行复合移动热源的加载,对焊接接头处的瞬态温度场进行模拟分析,得到接头处的温度场分布规律,为焊接热应力的模拟分析提供了基础。　　在电子束焊接温度场模拟分析的基础上,对焊接接头处的应力场进行模拟分析,得到热应力和残余应力的分布规律,并对电子焊接产生的残余应力产生机理进行分析,为焊后的热处理等工艺措施提供了依据。　　从降低焊接残余应力和解决焊接缺陷的角度出发,通过电子束焊接工艺实验,对焊接半轴套管的缺陷进行分析,并采取相应的工艺措施,使焊后的半轴套管质量较高,经过疲劳振动和金相分析检验,焊接接头基本无任何缺陷,完全能满足工业生产的要求。收起
学位授予单位
U463.218.6
机标分类号
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如何测量焊接后的熔深
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上半月出版Ｃａｓｔｉｎｇ?Ｆｏｒｇｉｎｇ?Ｗｅｌｄｉｎｇ金属铸锻焊技术
基于ＡＮＳＹＳ的熔化极弧焊温度场三维数值模拟
刘习文１，王国荣２，肖心远２
（１．湘潭大学，湖南湘潭４１１１０５；２．华南理工大学，广东广州５１０６４０）
要：分析了熔化极焊接电弧及熔滴热输入分布模式，利用有限元软件ＡＮＳＹＳ对温度场进行了计算，采用
ＡＰＤＬ编写了移动热源加载子程序。在不同焊接规范下，对试验所得熔宽和熔深值与模拟值进行比较，最大误差
不超过８％，并分析了工件截面变化对焊接温度场的影响，有利于后续的熔池系统建模和控制。
关键词：熔化极弧焊；熔池；温度场；数值模拟中图分类号：ＴＧ４０２
文献标识码：Ａ
文章编号：１００１－３８１４（２００８）０５－００８５－０５
Ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＣｏｎｓｕｍａｂｌｅＥｌｅｃｔｒｏｄｅＡｒｃ
ＷｅｌｄｉｎｇＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＦｉｅｌｄｓＢａｓｅｄｏｎＡＮＳＹＳ
ＬＩＵＸｉｗｅｎ１，ＷＡＮＧＧｕｏｒｏｎｇ２，ＸＩＡＯＸｉｎｙｕａｎ２
（１．ＸｉａｎｇｔａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉａｎｇｔａｎ４１１１０５，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｏｕｔｈＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１０６４０，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｈｅａｔ－ｉｎｐｕｔｍｏｄｅｌｓｏｆａｒｃａｎｄｔｈｅｄｒｏｐｌｅｔｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｃｏｎｓｕｍａｂｌｅｅｌｅｃｔｒｏｄｅｗｅｌｄｉｎｇｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ，ａｎｄＡＮＳＹＳｓｏｆｔｗａｒｅｗａｓｕｓｅｄｔｏｃａｌｃｕｌａｔｅｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄｓ．ＡＮＳＹＳｐａｒａｍｅｔｒｉｃｄｅｓｉｇｎｌａｎｇｕａｇｅｗａｓａｐｐｌｉｅｄｔｏｄｅｖｅｌｏｐｓｕｂ－ｐｒｏｇｒａｍｆｏｒｌｏａｄｉｎｇｍｏｖｉｎｇｈｅａｔｓｏｕｒｃｅｓ．Ｉｎｖａｒｉｏｕｓｗｅｌｄｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｃｏｍｐａｒｉｎｇｔｈｅａｃｔｕａｌｍｏｌｔｅｎｐｏｏｌｗｉｄｔｈａｎｄｈｅｉｇｈｔｗｉｔｈｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓ，ｔｈｅｂｉｇｇｅｓｔｅｒｒｏｒｗａｓｂｅｌｏｗ８％；ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｗｏｒｋｐｉｅｃｅ＇ｓｃｒｏｓｓ－ｓｅｃｔｉｏｎｖａｒｉａｔｉｏｎｓｔｏｍｏｌｔｅｎｐｏｏｌｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｗａｓａｎａｌｙｚｅｄ，ｉｔｗａｓｈｅｌｐｆｕｌｔｏｔｈｅｃｏｎｓｅｑｕｅｎｔｍｏｌｔｅｎｐｏｏｌｍｏｄｅｌｉｎｇａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｎｓｕｍａｂｌｅｅｌｅｃｔｒｏｄｅａｒｃｗｅｌｄｉｎｇ；ｍｏｌｔｅｎｐｏｏｌ；ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄｓ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
焊接热交换贯穿于整个焊接过程中，一切焊接的物理化学反应都是在热过程中产生和发展的，焊接温度场决定了焊接应力场和焊接应变场，并与焊接冶金、结晶以及相变过程有紧密的联系［１］，焊接温度场的计算是学者们广泛关心的一个问题。
在焊接温度场的数值模拟中，目前对ＴＩＧ焊研究相对较多，而对熔化极焊接则研究较少；另外，如果工件比较厚，则难以熔透，此时直接获得熔深比较困难，不利于熔池系统建模及控制，而通过数值模拟则可以方便获得不同焊接条件下的熔池形状及尺寸，可代替试验，节省人力、物力、财力。鉴于此，本文利用有限元软件ＡＮＳＹＳ，针对熔化极电弧焊特点，对其温度场进行计算。
件；另一部分用来熔化焊丝金属，焊丝熔化后落入熔池，带入熔池热量。
１．１电弧热量分布模型［２］
目前，常采用双椭圆高斯模型作为电弧热源分布模型，该模型中焊枪前部和后部电弧热量分布是不同的，前部电弧热分布区域较小，后部热分布区域较大。如以工件所在平面为ｘ－ｙ坐标平面，焊枪与工件交点为坐标中心，焊枪运动方向为ｘ向建立局部坐标系，则在该坐标系下，双椭圆高斯热源模型（图１）可表达为：
$$$$$$$#$$$$$$$%
ｑ（ｘ，ｙ）＝
－３ｙ）ｅｘｐ（－３ｘ２２
!ａ１ａ１ｂ３ｆｒＱ
ｅｘｐ（－３ｘ－３ｙ）２ａ２ｂ
１熔化极电弧焊热源模型
在熔化极电弧焊中，焊机输出的电能可分成
两部分，一部分转化为电弧热量，直接用来熔化工
收稿日期：２００７－１２－１３
作者简介：刘习文（１９７１－），男，湖北新洲人，讲师，博士，研究方向为
焊接数值模拟、图像处理及嵌入式系统；
电话：１５８９８５１０８０３；Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｉｕｘｉｗｅｎ１１１１＠１６３．ｃｏｍ
其中：Ｑ为热源有效功率（Ｗ）；ｑ（ｘ，ｙ）为工件表面热流分布（Ｗ／ｍ２）；ｆｆ，ｆｒ为分别是模型的前部和后部的能量分配系数。并且，下面条件应该满足。
ｆｆ＋ｆｒ＝２
当ｘ＝０处，为使方程（１）连续，有如下限制条件
《热加工工艺》２００８年第３７卷第５期８５
金属铸锻焊技术Ｃａｓｔｉｎｇ?Ｆｏｒｇｉｎｇ?Ｗｅｌｄｉｎｇ
３ｆｆｑ(ａ１ｂ
２００８年３月
根据能量守恒定律，上式中的能量与熔滴进入熔池前的动能相等。即：
Ｗ＝ｍｖ２／２（６）
式中：ｖ为熔滴速度。假定熔滴为球体，其半径为
圆柱体半径的一半，即圆柱体半径ａ为熔滴半径
的两倍，则熔滴质量ｍ＝$ａ３&／６，将其代入式（５）和
（６），则可得高度ｈ为
ｈ＝１－２!＋
１．２．２
图１双椭圆高斯模型
Ｆｉｇ．１ＤｏｕｂｌｅｅｌｌｉｐｓｅＧａｕｓｓｍｏｄｅｌ
ｆｆ／ａ１＝ｆｒ／ａ２
１．２熔滴热量分布模型
熔滴热量计算
熔化焊丝需要热量，单位时间内熔化焊丝消
熔滴带入的热量在熔池中的分布一直是学者们关心的问题。孙俊生等认为，在熔滴的冲击下，熔池表面凹下，会在熔池里形成一个锥体，熔滴带入的热量就分布在这个锥体内［３］，该方法必须计算流动熔池的表面变形，计算量比较大；Ｌａｎｃａｓｔｅｒ则认为熔化极焊熔滴热量呈圆柱体分布，该模型无需计算流场，比较简单［４－５］。
耗的热量为：
Ｈ＝%ｒ２ｖ′&焊丝ｃ焊丝（Ｔ熔滴－Ｔ环境）
丝半径，ｍ；ｖ′为送丝速度，ｍ／ｓ；&均温度，Ｋ；Ｔ环境为环境温度，Ｋ。
式中：Ｈ为单位时间熔化焊丝所需热量，Ｗ；ｒ为焊
为焊丝密度，
?ｋｇ／ｍ３；ｃ焊丝为焊丝比热容，Ｊ／（ｋｇＫ）；Ｔ熔滴为熔滴平
熔化焊丝所需热量占焊机功率百分比#１为：
１．２．１Ｌａｎｃａｓｔｅｒ熔滴热输入模型
Ｌａｎｃａｓｔｅｒ假定熔滴传给熔池的热焓分布在熔
$１＝Ｈ／（ＵＩ）
滴带入熔池的热焓为：
忽略熔滴飞溅带走的热损失，单位时间内熔
池中一定体积的圆柱内，其半径与熔滴的直径一致，深度与熔滴的动能有关。当熔滴落入熔池时，由于熔滴的动能作用会在熔池中形成一个坑洞，假设该坑洞是个圆柱体，该圆柱体可看成体热源（图
&焊丝ｃ焊丝（Ｔ熔滴－Ｔ熔池）Ｈｗ＝&ｒ２ｖ′
为熔池平均温度，Ｋ。
式中：Ｈｗ为单位时间熔滴带入熔池热焓，Ｗ；Ｔ熔池
假设熔滴带入热量在圆柱体内均匀分布，则圆柱体热源能量密度ｈｗ为：
２），则该圆柱体的半径和深度计算过程如下：
ｈｗ＝Ｈｗ／（’ａ２ｈ）（１１）
从上面分析可看出，熔滴尺寸和速率是分析熔
滴热量分布的必须要素，文献［６］研究了熔滴尺寸与焊接电流之间的关系，从中可得到不同电流下熔滴半径；另外由文献［３－５］可得不同电流下熔滴速率；送丝速度可由试验测得。当采用%１．６ｍｍ的林肯自保护药芯焊丝ＬＷ７１时，计算得出熔滴热源圆柱体尺寸及熔滴热焓密度如表１所示。
表１不同焊接电流下的熔滴热源圆柱体尺寸
图２熔滴热量圆柱体分布图
Ｆｉｇ．２Ｓｃｈｅｍｅｏｆｄｒｏｐｌｅｔｈｅａｔｃｙｌｉｎｄｅｒｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ
熔滴冲击过程所做的功为
（ｐｄＶ＋２!ａ!ｄｈ）（４）
上式中第一个积分项表示流体静压力所做的功，第二个积分项表示形成新的表面时表面张力所做的功，!为表面张力系数。在该圆柱体中，压力ｐ和体积Ｖ可表示为：
Ｔａｂ．１Ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌｓｉｚｅｏｆｄｒｏｐｌｅｔｈｅａｔ－ｒｅｓｏｕｒｃｅ
ｕｎｄｅｒｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｗｅｌｄｉｎｇｃｕｒｒｅｎｔ
熔滴热源圆柱体尺寸
电流送丝速度熔滴半径熔滴速率半径高度熔滴热焓密度
???ｍ－３）／Ａ／（ｍｍｓ－１）／ｍｍ／（ｃｍｓ－１）／ｍｍ／ｍｍ／（１０９Ｗ
ｐ＝&ｇｈ和Ｖ＝&ａ２ｈ
Ｖ＝#ａ（１ａ&ｇｈ２＋２!ｈ）
１２３４５１４０１８０２２０２６０３００１２．５１７２１２４．７２８．２２．０１．８１．３５０．６５０．５２０３０４５１２０３００４．０３．６２．７１．３１．００．２５４０．４５６０．５７８０．９６３．３８７．１９６．７２１１．６４３５．５６１９．４７
ＨｏｔＷｏｒｋｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ２００８，Ｖｏｌ．３７，Ｎｏ．５
上半月出版Ｃａｓｔｉｎｇ?Ｆｏｒｇｉｎｇ?Ｗｅｌｄｉｎｇ金属铸锻焊技术
２ＡＮＳＹＳ有限元分析中的关键问题
２．１相变
焊接过程中会发生相变，此时则产生潜热的释放或吸收。很难准确地分析潜热，可以用焓来近似分析相变过程中的热交换。假设材料的比热容为ｃ（ｔ），则热焓的数学定义为：
采用自保护药芯焊丝电弧焊，焊件厚度为７
ｍｍ，其主要的焊接及计算条件如表３所示。取双
椭圆高斯电弧模型尺寸ａ１＝４，ａ２＝１０，ｂ＝７。
表３焊接及计算条件
Ｔａｂ．３Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆｗｅｌｄａｎｄｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ
工件材质钢（Ｃ≈０．２％）
工件尺寸１４０ｍ×４０ｍｍ×７ｍｍ
药芯焊丝电弧焊焊接类型
焊接速度４ｍｍ／ｓ焊丝型号ＬＷ７１焊丝直径１．６ｍｍ焊丝干伸长１６ｍｍ焊接电压２５Ｖ焊接电流２２０Ａ送丝速度２１ｍｍ／ｓ
平板堆焊焊接方式
工件密度７８００ｋｇ／ｍ３
焓见表２总热效率０．６８
见表２导热系数
表面张力系数１．６Ｎ／ｍ焊丝密度６２５０ｋｇ／ｍ３
?焊丝比热容７３０Ｊ／（ｋｇＫ）
熔滴平均温度２４００℃熔池平均温度１６００℃
?对流系数２２０Ｗ／（ｍ２℃）见表１熔滴半径
!Ｈ（Ｔ）＝
&!ｃ（ｔ）ｄｔ
当钢从固态变为液态时，约有２．１×１０９Ｊ／ｍ３热量被吸收。铁素体、珠光体和马式体之转化潜热分别为６．０×１０８、４．４×１０８以及６．２８×１０８Ｊ／ｍ３［７］。
２．２材料非线性
焊接材料钢的热传导系数是随着温度变化而变化的。含碳量约为０．２％的钢不同温度下的热传导系数如表２所示，ＡＮＳＹＳ求解热传导方程时会根据表中的数值利用插值方法来确定热传导系数，并且钢的热传导系数可看作各向同性。
表２钢的热物性参数（ｗＣ≈０．２％）［８－９］
图３为计算所得熔池区域温度的三维显示，可看出温度最高点处于焊枪下方稍后地方，温度场梯度变化比较大，工件温度高的地方温度梯度变化越大，温度低的地方温度梯度变化稍小。图４为熔池区域的三维示意图，从该图可清晰看出最大熔宽和熔深处滞后于热源中心，并且，最大熔宽和熔深处并不处于同一横截面上，最大熔宽处滞后于热源中心，最大熔深处又滞后于最大熔宽处。
３０００Ｔ／℃
Ｔａｂ．２Ｔｈｅｒｍｏｐｈｙｓｉｃｓｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ
ｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｓｔｅｅｌ（Ｃ≈０．２ｗｔ％）［８－９］
２５６５０
１３５０３３６．５Ｅ９
热传导系数／（Ｗ?ｍ－１℃－１）
焓／（Ｊ?ｍ－３）
１４５０５５８．７３Ｅ９
１６８０５８９．７Ｅ９
２０００１０００
０．００５
２．３ＡＮＳＹＳ计算设置及ＡＰＤＬ程序
采用ＡＮＳＹＳ软件进行焊接数值模拟，环境温度设定为２５℃（２９８Ｋ），并在焊接过程中保持不变。有限元单元采用三维八节点单元ＳＯＬＩＤ７０。材料熔点取为１４５０℃，采用移动热源焊接，忽略焊接过程中堆积余高对温度场的影响，设定０．０５ｓ为一个计算步，整个计算过程是１５ｓ。采用ＡＰＤＬ（ＡＮＳＹＳ
－０．００５０
－０．００５－０．０１－０．０２－０．０１５－０．０１
０．００５
图３熔池上表面温度场立体图
Ｆｉｇ．３Ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｄｉａｇｒａｍｏｆｍｏｌｔｅｎｐｏｏｌｕｐｐｅｒ
ｓｕｒｆａｃｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄ
ＰａｒａｍｅｔｒｉｃＤｅｓｉｇｎＬａｎｇｕａｇｅ）编写ＡＮＳＹＳ子程序
加载移动热源，该子程序步骤如下：
×１０－３ｍ
（１）将工作平面沿焊接方向移动一个计算步
距离（０．０５×焊接速度）。
０．００５
－１－２－３
０－０．００５
单元位于图１所示的双高斯椭圆内，则对该单元施加面热流密度载荷；如果该单元位于图２所示的圆柱体内，则对该单元施加体生热率载荷。
０．００５
－０．００５
－０．０１
－０．０１－０．０１５－０．０２
（３）计算温度场。
（４）清除上一步施加的载荷，重复步骤１，直到
整个焊接过程达到１５ｓ。
图４熔池区域三维视图
Ｆｉｇ．４Ｓｐａｃｅｄｉａｇｒａｍｏｆｍｏｌｔｅｎｐｏｏｌ
焊后将工件横截面剖开磨光，并用３％硝酸酒为了验证不同焊接精腐蚀，得到熔池形状和尺寸。
３计算结果分析和实验验证
《热加工工艺》２００８年第３７卷第５期
（２）遍历所有单元，获得该单元坐标。如果该
金属铸锻焊技术Ｃａｓｔｉｎｇ?Ｆｏｒｇｉｎｇ?Ｗｅｌｄｉｎｇ
规范下模拟结果的准确性，使得焊接电流在
２００８年３月
条件的变化，截面较宽时，散热条件好，反之则散热条件差。在焊接熔深控制中，工件截面变化对熔深影响是一个必须考虑的问题，且工件熔透状况常通过视觉系统获得的熔宽变化来估测。下面分析焊接时截面突变对熔池温度场的影响，以便为熔池系统建模及控制奠定基础。试件如图６所示，电压为２５Ｖ，电流为２１０Ａ，下面分析其位置１和位置２处熔池温度场的变化。
１４０￣２６０Ａ之间变化。表４为不同焊接电流下熔
池尺寸的计算与实测结果，可见其最大熔池尺寸误差为８％。
表４不同焊接电流下熔池尺寸计算与实测结果（Ｕ＝２５Ｖ）
Ｔａｂ．４Ｍｏｌｔｅｎｐｏｏｌｓｉｚｅａｎｄｔｅｓｔｉｎｇｒｅｓｕｌｔｕｎｄｅｒｔｈｅ
ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｗｅｌｄｉｎｇ（Ｕ＝２５Ｖ）
Ｉ／Ａ１４０１８０２２０２６０
熔宽／ｍｍ计算结果实验结果相对误差计算结果实验结果相对误差计算结果实验结果相对误差计算结果实验结果相对误差
熔深／ｍｍ
８７．５８％１０９．８３．１％１１．８１２１．７％１３．２１３．６４．４％１．４５１．５４５．８％２．４７２．６５％３．２８３．３５２％４．０３．９３２％
图６截面突变试件
Ｆｉｇ．６Ｗｏｒｋｐｉｅｃｅｗｈｏｓｅｃｒｏｓｓ－ｓｅｃｔｉｏｎｃｈａｎｇｅｄａｂｒｕｐｔｌｙ
图５为用数码相机拍摄到的Ｉ＝１４０Ａ时的焊缝横截面图以及模拟所得最大熔宽处焊缝横截面图，将实测焊缝横截面与模拟所得最大熔宽处横截面进行形状比较，余高忽略，可看到模拟熔池截面和实际熔池截面形状基本一致。
１－１４５０℃２－１０５０℃３－６５０℃４－４５０℃
实测熔合线
图７（ａ、ｂ）为模拟试件位置１和２处的表面温度场。可看出，在位置２处，由于散热条件变差，熔池扩大，等温线之间距离变宽，熔池宽度由位置
１处的１１．２ｍｍ增加至位置２处１１．９ｍｍ，增加幅
度为６％，熔池长度则由原１４．２ｍｍ增加至１６．７
ｍｍ，增幅为１７％；图７（ｃ）为最大熔宽处的横截面，
可看出熔深也增加，由原３．２ｍｍ增至３．３３ｍｍ，增幅为４％。试验测得截面１和２处实际熔宽分别为１１．４和１１．６ｍｍ，实际熔深分别为３．１和３．２
ｍｍ，实际结果与模拟结果相差不大。
（ａ）实际焊缝横截面
（ｂ）模拟焊缝横截面
图５焊缝截面比较（Ｕ＝２５Ｖ，Ｉ＝１４０Ａ）
由上面分析可以看出，在本文试验条件下，当截面突变时，熔池长度变化比较大，而熔池宽度和深度变化都比较小，因此，如果要实现精确的熔深控制，仅检测焊接过程熔宽变化是不够的，还应检测熔池长度变化，特别是在工件较厚的情况下。
Ｆｉｇ．５Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｗｅｌｄｉｎｇｓｅａｍｃｒｏｓｓ－ｓｅｃｔｉｏｎ
４工件截面突变对温度场影响
当焊接工件横截面发生变化时，会导致散热
（ａ）位置１处上表面温度场
（ｂ）位置２处上表面温度场（ｃ）横截面温度场
图７工件截面突变时温度场变化
Ｆｉｇ．７Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｖａｒｉａｔｉｏｎｗｈｅｎｔｈｅｗｏｒｋｐｉｅｃｅｃｒｏｓｓ－ｓｅｃｔｉｏｎｃｈａｎｇｅｓｇｒｅａｔｌｙ
（１）对于熔化极电弧焊，采用双椭圆高斯电弧
（２）采用ＡＮＳＹＳ软件对熔化极弧焊温度场进行计算，计算所得熔池形状和尺寸与试验结果比较吻合。
（３）要实现精确的熔深控制，还应检测熔池长度变化，特别是在工件较厚的情况下。
热量分布模型加Ｌａｎｃａｓｔｅｒ熔滴热量分布模型是可行的。
８８ＨｏｔＷｏｒｋｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ２００８，Ｖｏｌ．３７，Ｎｏ．５
上半月出版
（４）对不同工艺参数下焊接温度场进行了计算，建立了工艺参数与熔池尺寸之间的关系，为进一步进行熔池建模和控制奠定了基础。
［６］［５］
Ｃａｓｔｉｎｇ?Ｆｏｒｇｉｎｇ?Ｗｅｌｄｉｎｇ金属铸锻焊技术
ＮＹ：ＰｅｒｇａｍｏｎＰｒｅｓｓ，１９８４．２６７－２７３．
ＫｕｍａｒＳｕｂｏｄｈ，ＢｈａｄｕｒｉＳＣ．Ｔｈｒｅｅ－Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｉｎｇｏｆｇａｓｍｅｔａｌ－ａｒｃｗｅｌｄｉｎｇ［Ｊ］．Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉ－ｃａｌａｎｄｍａｔｅｒｉａｌｓｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ，１９９４，２５Ｂ：４３５－４４１．陈茂爱，武传松，廉荣，等．ＧＭＡＷ焊接熔滴过渡过程的动态过程的数值分析［Ｊ］．金属学报，２００４，４０（１１）：１２２７－１２３２．谢建斌，程赫明，何天淳，等．１０４５钢淬火时温度场的数值模拟［Ｊ］．甘肃工业大学学报２００３，２９（４）：３３－３７．
翁中杰，程惠尔．传热学［Ｍ］．上海：上海交通大学出版社，
参考文献：
［１］［２］［３］［４］
潘际銮．现代弧焊控制［Ｍ］．北京：机械工业出版社，
［７］［８］［９］
２０００．３０１－３０２．
莫春立，钱百年，国旭明，等．焊接热源计算模式的研究进展［Ｊ］．焊接学报，２００１，２２（３）：９３－９６．
孙俊生，武传松，高进强．熔滴热焓量分布模式对熔池流场的影响［Ｊ］．金属学报，１９９９，３５（９）：９６４－９７０．
１９８７．
博嘉科技．有限元分析软件－ＡＮＳＹＳ融会与贯通［Ｍ］．北京：中国水利水电出版社，２００２．
ＬａｎｃａｓｔｅｒＪＦ．ＴｈｅｐｈｙｓｉｃｓｏｆＷｅｌｄｉｎｇ［Ｍ］．ＮｅｗＹｏｒｋ，
（上接第７６页）ＬａｓｅｒｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｏｆａＳｉＣ／Ａｌａｌｌｏｙｍｅｔａｌ
ｍａｔｒｉｘｃｏｍｐｏｓｉｔｅ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ，１９８９，６５（１２）：５０７２－５０７７．［９］
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（上接第８２页）更不能向ＹＧ８侧钎缝区域扩散，更无法与Ｃｏ在ＹＧ８界面处形成Ｆｅ－Ｃｏ基单相固溶体而提高接头强度。而且随着Ｎｉ夹层厚度的增加，Ｎｉ片强度变大，在外载荷作用下不易发生塑性变形，无法有效地松弛钎焊残余内应力，这两因素综合起来，都使界面结合强度降低，出现沿钎缝区域的断裂特征，接头弯曲强度不断下降。说明
（２）Ｎｉ夹层厚度为０．０５ｍｍ时接头性能最
好，随Ｎｉ夹层厚度增加，接头强度反而下降，说明Ｎｉ夹层改善接头性能的作用有限。
（３）添加Ｎｉ夹层后，Ｆｅ向硬质合金侧的扩
散被阻碍，但Ｃｏ还是部分扩散到钢中，在靠近钢一侧形成Ｆｅ－Ｃｏ基单相固溶体相，Ｍｎ、Ｎｉ在硬质合金和钢中都有扩散。参考文献：
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Ｎｉ夹层松弛钎焊内应力的能力对应着一最佳厚
度范围。而在靠近５ＣｒＭｎＭｏ钢母材侧的钎缝区域，由于Ｆｅ、Ｃｏ的扩散，在Ｎｉ夹层与５ＣｒＭｎＭｏ母材界面处形成了Ｆｅ－Ｃｏ基单相固溶体相，提高了钎缝区域结合强度，而且Ｎｉ夹层与５ＣｒＭｎＭｏ母材间的线膨胀系数相差很小，加上钎缝区域Ｃｕ基固溶体可很好地松弛钎焊残余应力，因此钎缝强度高，弯曲时没有在此钎缝区域发生断裂。
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胡德林，张帆．三元合金相图［Ｍ］．西安：西北工业大学出版社，１９９５．２４７．
（１）ＣｕＭｎＮｉ钎料在５ＣｒＭｎＭｏ钢上的润湿
性能优于在ＹＧ８上的润湿性，１０４５℃时在两母材上的润湿性都较好，在该温度钎焊时接头的抗弯强度最高。
《热加工工艺》２００８年第３７卷第５期
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［７］任耀文．真空钎焊工艺［Ｍ］．北京：机械工业出版社，
１９９３．２６－２７．
包含各类专业文献、外语学习资料、各类资格考试、应用写作文书、专业论文、幼儿教育、小学教育、生活休闲娱乐、文学作品欣赏、34基于ANSYS的熔化极弧焊温度场三维数值模拟等内容。　
　基于Ansys的活塞温度场数... 6页 免费 ANSYS在焊接温度场数值模... 3页 2...出​现​突​变​的​部​位​温​度​场​会​有​异... 　基于ansys的铸件充型凝固过程数值模拟(很好很全)_信息...凝固过程的温度场计算; 4、 研究了 ANSYS ...铸造充型过程三维数值模拟及铸造工艺 CAD 系统的研究... 　毕业论文:基于ANSYS的发动机活塞三维温度场计算(终稿...测温结束之后,检查活塞易熔合金的熔化情况,对个别测温...三维有限元数值模拟的活塞温度场与试验测量值基本吻合... 　西安交通大学――温度场数值模拟(matlab)_材料科学_工程科技_专业资料。西安交通大学材料制备与成型实验――温度场数值模拟,matlab编程 ... 　二维导热物体温度 场的数值模拟 班级:建环 11 姓名:谢庄璞 学号: 物理问题:一个长方形截面的冷空气通道的尺寸如图 1 所示。 假设在垂直于纸面的方向... 　基于ANSYS的高炉炉墙温度场分析_冶金/矿山/地质_工程...三维稳态温度场的分析计算, 以模拟其工作时的温度...然后把所计算出来的多组数据输入 到曲线拟合软件 ... 　并用于 厚板焊接过程的三维数值模拟, 取得了很好的效果, 并在模型上利用相似...华中科技大学的梁晓燕本基于 ANSYS 平台,对中厚板对接多道焊的温度场和应力场 ... 　T 型试件温度场数值模拟上机实验 1.实验目的:掌握利用有限差分法求解传热学方程的基本方法, 编程计算 T 型铸件(SC450) 凝固过程温度场。 2.实验内容:①② ... 　选用适当的变量和参数,对炉膛燃烧进行三维 数值模拟,得出炉膛内流场与温度场分布...就会造成迭代过程中进入炉内的质量与流出的质量不相等,极 易引起迭代的发散,...