电子束焊接熔池流场数值模拟研究

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1、第41卷第l期火箭推进V01．41，№．12015年2月JouRNALoFRocKETPRoPuLsIoNFeb．2015电子束焊接熔池流场数值模拟研究王垫1，蔡强顺2(1．海装西安局，陕西西安710065；2．西安航天发动机厂，陕西西安710100)摘要：基于电子束焊接“钉型”焊缝特征，建立了高斯面和旋转高斯衰减体复合热源模型，采用ANSYSFLOTRANCFD有限元软件，对焊接熔池流场进行了数值模拟，研究了熔池内液态金属在温度场作用下涡漩流动过程，电子束、熔池、液态金属蒸汽之间相互作用关系，电子束匙孔效应、匙孔壁能量传递方式，熔深方向液态金属流动机理等；将316L不锈钢热物性参数输入复合

2、热源模型，通过仿真计算，得到了316L不锈钢焊接工艺规范，即加速电压为60kV，电子束流为30mA，焊接速度为8m“s，采用该规范焊接的316L不锈钢试件焊缝拉伸强度为425MPa，满足设计要求。通过对比数值模拟与实际焊接结果表明：模拟熔池形貌与实际焊缝形貌一致，数值计算结果与焊接试验结果相吻合，从而证明复合热源模型是正确和适用的。关键词：电子束焊接；流场；热源模型；316L不锈钢中图分类号：V434—34文献标识码：A文章编号：1672—9374(2015101—0098—07NumericalsimulationofEBWpoolnuidnowfieldWANGKun1，CAIQiang

3、-shun2(1．Xi’anBureau，NaValEquipmentDepanIllentofChina，Xi’an710065，China2．Xi’anSpaceEngineFacto巧，Xi’an710100，China)Abs峨ct：GaussareaandrotaryGaussdecaybodyhybridheatsourcemodelwasestablishedbasedonthese锄featureofnail-shapedelectronbeamwelding(EBW)．TheweldpoolnuidnowfieldinEBWwassimulatednumericallvwi

4、ththenniteelementsofhvareANSYSFLOTRANCFD．ThevorteXnowof1iquid—statemetalinweldpoolundertemperaturefiel出interactionamongelectronbe锄，weldp001andliquid—statemetalV叩or，electronbeamkeyholee虢ctandenergytransmissionpattemofkeyholewallaswellasliquid-statemetalnowmechanismalongweldingpene仃ationwereinVestiga

5、ted．Theweldingspecifications(60kVacceleratingVoltage，30mAelec仃onbeamcun．entand8mrIl／sweldingspeed)of3l6Lstainlesssteelwereobtainedbysimulationcalculationandsolutionthatinputsthennophysicalpropeniesof316Lstainlesssteelintohybridheatsourcemodel．ApplyingtheaboVespecifications，theweldedjointtensilestre

6、n垂hof316Lstainlesssteelspecimenreached425MPa，whichsatis母sthedesignrequirement．Thecomparisonresultofsimulatedweld收稿日期：2014—07一18；修回日期：2014—08—29作者简介：王垫(1983一)，男，工程师，研究领域为机械电子工程第4l卷第l期王垫，等：电子束焊接熔池流场数值模拟研究99sh印eandactualweldsh叩eindicatesthatnumericalcalculationresultsisinaccordancewithactIlaltestingre

7、sults，whichproVestheValidi够and叩plicabilityoftheheatsourcemodel．Ke)啊ords：electronbeamwelding；flowfield；heatsourcemodel；3l6Lstainlesssteel0引言电子束焊接(EB聊是在真空条件下利用汇聚的高速电子束流轰击工件接缝，将电子动能转变为热能，使被焊金属熔合的一种焊接方法。电子束焊接能量