基于COMSOL模拟的T形接头对接电阻焊与双面焊的比较

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1、焊接数值模拟作业基于COMSOL模拟的T形接头对焊与双面焊的比较摘要：本文利用有限元法对高斯热源的移动焊接进行数值模拟，通过分析焊接过程中的数据图像，研究了对焊与双面焊（同向）两种焊接方法对T形接头焊接结果的影响。主要考虑了温度变化，应力变形，总位移等方面的区别。关键词：T形接头，应力变形，温度，数值模拟ComparisonofTjointbuttweldinganddouble-sidedweldingbasedonCOMSOLsimulationAbstract：Inthispaper,thefiniteelementmethodisusedtosimulatetheweldi

2、ngmovementofGaussheatsource.Byanalyzingthedataandimagesintheweldingprocess,theinfluenceoftwoweldingmethodsofbuttweldinganddoublesidewelding(syntropy)ontheweldingresultsofTjointsisstudied.Thedifferenceintemperature,stress,deformationandtotaldisplacementismainlyconsidered.Keywords：Tjoint,stressa

3、nddeformation,temperature,digitalsimulation1.数值模型及焊接条件1.1焊件模型及热物理参数为了模拟T形接头对焊与双面焊的差别，建立的焊件有限元三维模型及网格划分如图所示。翼板尺寸（XYZ）为200mm×100mm×10mm，腹板尺寸为10mm×100mm×80mm。为了兼顾计算精度和速度，在温度变化梯度较大的焊缝(WM)和热影响区(HAZ)区域采用比较密集的网格，固定单元数目为25，而在远离WM区域划分较为稀疏的网格。1211图1对焊图2双面焊有限元模型焊接数值模拟作业1表示先焊的一侧，2表示后焊的一侧。对焊（对接电阻焊）是利用电阻热将两

4、工件沿整个端面同时焊接起来的一类电阻焊方法。对焊的生产率高、易于实现自动化，因而获得广泛应用。如图1双面焊当然就是焊完一面，再去另一面焊，焊另一面时，一般需要清根，或刨或磨掉夹渣。如图2板材都选用Aluminum（铝），熔点660℃，材料属性目录如图3所示：图3铝材料属性1.2热源模型热源模型的建立与焊接温度场的模拟是焊接数值模拟的重要部分。对于手工电弧焊、钨钨极氩弧焊等焊接方法，采用高斯分布的函数就可以得到较满意度结果。本文中采用高斯移动热源。实际图像焊接数值模拟作业图4高斯热源模型图5实际图像热源公式：Q=3×u×I/(π×r3)×exp(-3×(x-x0)2/r2)×exp(

5、-3×(y-y0-v×t)2/r2)×exp(-3×(z-z0)2/r2)。式中Q表示热源，u、I为焊接电压、焊接电流，特征参数r与的焊接电流、电压及焊速有关，是热源作用区域半径，可由实际焊接工艺参数下的熔池的前沿、后沿、宽及深度来确定，特征参数只决定了热源形状，不改变热源功率，因此对HAZ区热循环曲线无影响。1.3焊接参数及定义单位长度单位mm角度单位deg对焊参数如表1：表1：对焊焊接参数名称表达式值x095[mm]0.095000mx2105[mm]0.10500my00[mm]0.0000my20[mm]0.0000mz010[mm]0.010000mz210[mm]0.0

6、10000mr5[mm]0.0050000mv2[mm/s]0.0020000m/su30[V]30.000VI145[A]115.00A热源公式如下：焊接数值模拟作业Q1=3×u×I/(π×r3)×exp(-3×(x-x0)2/r2)×exp(-3×(y-y0-v×t)2/r2)×exp(-3×(z-z0)2/r2)Q2=3×u×I/(π×r3)×exp(-3×(x-x2)2/r2)×exp(-3×(y-y2-v×t)2/r2)×exp(-3×(z-z2)2/r2)双面焊参数如表2：表2：双面焊焊接参数名称表达式值x095[mm]0.095000mx2105[mm]0.10500

7、my00[mm]0.0000my20[mm]0.0000mz010[mm]0.010000mz210[mm]0.010000mr5[mm]0.0050000mv2[mm/s]0.0020000m/su30[V]32.000VI145[A]145.00Am100[mm]0.10000m热源公式如下：Q1=3×u×I/(π×r3)×exp(-3×(x-x0)2/r2)×exp(-3×(y-y0-v×t)2/r2)×exp(-3×(z-z0)2/r2)Q2=3×u×I/(π