薄板在CO2氣體保護(hù)焊電弧作用下的溫度場(chǎng)模擬分析

楊建文

（上海核工程研究設(shè)計(jì)院有限公司，上海 210000）

焊點(diǎn)在氣體保護(hù)作用下，需要結(jié)合薄板的焊接方式和溫度防控模擬方法，對(duì)焊接的操作流程進(jìn)行規(guī)范操作，以CO2氣體保護(hù)作為焊電弧作用的溫度模擬操作方式，優(yōu)化焊接保護(hù)工藝水平，拓展焊電弧作用的合理性。

1 CO2氣體保護(hù)焊的工藝加工方式

1.1 預(yù)熱操作

按照規(guī)定加工的接頭兩側(cè)，做好預(yù)熱，結(jié)合不同大小的試板厚度，預(yù)熱范圍為厚度3倍以上，不小于100mm以內(nèi)。焊接前，需要明確預(yù)測(cè)預(yù)熱溫度和層間溫度，保持工件溫度在規(guī)定溫度范圍內(nèi)。

1.2 定位焊接

根據(jù)焊接操作要求，調(diào)整氣體保護(hù)焊接的坡口位置，確定點(diǎn)焊工藝的固定方式。在焊接位置上，需要確定焊接的點(diǎn)焊固定位置。在檢查定位焊接完畢后，調(diào)檢測(cè)焊縫質(zhì)量，保證無(wú)不良缺陷發(fā)生。做好焊接打磨工作，如果出現(xiàn)焊縫開(kāi)裂的情況，需要及時(shí)清理。按照NDT探傷檢測(cè)結(jié)果，重新定位處理，再進(jìn)行焊接工藝操作。

1.3 焊接工藝

按照坡口焊接的操作要求，調(diào)整層間焊接的橫向角度，確定焊接位置。對(duì)于打底層焊縫，需要做好打磨工作，按照NDT探傷檢測(cè)要求，確保探傷合格后，再繼續(xù)填充焊接操作。觀察焊接過(guò)程，調(diào)整變形情況。在焊接操作中，需要對(duì)坡口間隙做好襯墊保護(hù)，利用工裝支撐陶瓷襯墊焊接完成后清理襯墊。

1.4 后熱處理

焊接完成后需要加熱至250～300℃，時(shí)間控制在4h以上進(jìn)行后熱處理。

1.5 焊后熱處理操作

中間熱處理，溫度控制在595～615℃，保溫持續(xù)時(shí)間在1小時(shí)以上，用來(lái)松弛焊接殘余應(yīng)力、穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的形狀和尺寸,減少畸變，改善母材、焊接接頭的性能用來(lái)松弛焊接殘余應(yīng)力，穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的形狀和尺寸,減少畸變、改善母材、焊接接頭的性能。

1.6 探傷操作

按照標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)焊縫首層、清根后及焊接完成分別進(jìn)行MT探傷檢測(cè)，確定焊縫是否符合標(biāo)準(zhǔn)要求。按照標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)焊縫首層、清根后及焊接完成分別進(jìn)行MT探傷檢測(cè)，確定焊縫是否符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

2 CO2氣體焊電弧作用下的溫度模擬控制

2.1 研究背景和思路

按照模擬技術(shù)的操作規(guī)范要求，結(jié)合各類(lèi)焊接模型層。在保證CO2氣體保護(hù)焊接溫度的前提下，注意CO2氣體保護(hù)焊電弧的速度和變化及焊接能量的分布，結(jié)合模型具體規(guī)范要求，調(diào)整CO2氣體保護(hù)焊的焊接工藝。打破傳統(tǒng)焊接操作方法的數(shù)模轉(zhuǎn)換，做好保護(hù)焊接溫度的模擬限定，依據(jù)相關(guān)參數(shù)分析，從整體控制確定操作范圍。按照網(wǎng)絡(luò)劃分模型標(biāo)準(zhǔn)，從不同的選擇使用和類(lèi)型劃定分析上，調(diào)整前期和后期軟件開(kāi)發(fā)的技術(shù)要求，結(jié)合建模操作思維模式，導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)化模型標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 簡(jiǎn)化操作條件要求

按照流體壓縮處理方式，調(diào)整焊接中的輻射轉(zhuǎn)換比例量，重視二次熱吸收操作過(guò)程。按照焊接材料的本身情況，需要及時(shí)處理焊縫區(qū)域內(nèi)的加熱情況，結(jié)合焊縫熔池實(shí)際情況，對(duì)熱源分布進(jìn)行分析，判斷周?chē)鷾囟日龖B(tài)分布的情況，建立幾何模型。獲取Q235鋼板模擬分析標(biāo)準(zhǔn)，將規(guī)格輸入信息落入實(shí)際幾何體中，按照幾何模型體進(jìn)行網(wǎng)格劃定。采用網(wǎng)格自適應(yīng)的操作方式，確定熱源模型的制作標(biāo)準(zhǔn)。在平面上采用熱源薄板，在高斯分布的作用下建立熱源模型。按照具體的邊界限定，確定室溫工作的基本要求。室溫控制在20℃左右。

2.3 CO2氣體焊電弧溫度模擬作用分析

在高速攝影過(guò)程中，需要調(diào)整焊絲的融化水平。通過(guò)焊接熔池形態(tài)的觀察分析，電弧攪拌熔池呈現(xiàn)沸騰。焊接中焊材溫度達(dá)到2457k，此溫度是CO2氣體保護(hù)焊接的最高溫度。使用Fluent軟件，對(duì)焊接工件進(jìn)行模擬測(cè)定，結(jié)合上下文的模型要求，確定焊接參數(shù)和熱源模型，獲取焊接工藝的區(qū)域劃定標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)等溫線的區(qū)域分析，調(diào)整溫度和連接線，按照等溫線界定兩線的溫度范圍。等溫線測(cè)定上，需要對(duì)整個(gè)焊接溫度的區(qū)域范圍進(jìn)行分析。溫度場(chǎng)前端線為密集型，發(fā)現(xiàn)焊接過(guò)程中的焊接操作范圍小，溫度的梯度水平大。

在CO2氣體保護(hù)焊接中，焊絲直徑為0.8mm，焊接電流控制為120A。焊接電壓為20V，焊接的速度為10mm/s。按照公式模型測(cè)定的能量標(biāo)準(zhǔn)要求，熱輸出不會(huì)燒穿試板。CO2氣體保護(hù)焊接溫度變化中，根據(jù)焊接過(guò)程中的圖像情況，確定焊接焊絲的區(qū)域和范圍，對(duì)板材采用熔化焊接熔池的方法，調(diào)整焊絲在熔池中存在的阻礙量。按照焊接區(qū)域的升溫比例水平，將焊絲作為中心，確定形態(tài)和流轉(zhuǎn)熱變化要求。

按照焊接熱循環(huán)曲線流程，采用區(qū)域梯度下降的方式，調(diào)整焊接區(qū)域內(nèi)的核心溫度，控制在2470k。接下來(lái),按照液化寬度3mm，對(duì)溫度進(jìn)行合理的情況分配，調(diào)整焊接接頭的區(qū)域影響范圍。區(qū)域溫度下降變化，存在的溫度梯度增加，導(dǎo)致整體區(qū)域內(nèi)的氣體無(wú)法達(dá)到充分地釋放，區(qū)域內(nèi)的氣孔釋放量增加。

3 CO2氣體保護(hù)焊接薄板焊接操作應(yīng)用

3.1 焊接工藝分析

在焊接操作中，需要使用前端簡(jiǎn)單的處理方式，按照焊機(jī)與焊槍的位置，確定設(shè)計(jì)的統(tǒng)一性。按照一體化控制操作方法，使用焊接夾具作為專業(yè)的工具。碳鋼板與不銹鋼薄板可以采用CO2氣體保護(hù)焊接工藝。兩塊鋼板之間呈現(xiàn)T形連接，可以直接焊接。需要注意中間層的溫度變化，為了避免焊接中產(chǎn)生危害性缺陷，需要對(duì)焊接區(qū)域進(jìn)行預(yù)熱處理。根據(jù)焊接工藝的要求，做好焊接準(zhǔn)備工作，處理表面油污、銹蝕等避免后期焊接中出現(xiàn)危害性缺陷。調(diào)整焊接打磨過(guò)程。使用鋼板夾具，注意保持2mm的間隙，焊后做好焊絲引弧的處理，不可以采用其他措施，需要控制溫度變化，保證工件拆卸合理有效即可。

3.2 焊接參數(shù)的準(zhǔn)確控制方式

按照焊接操作方法和內(nèi)容分析，其中包括平焊、立焊、橫焊。在CO2保護(hù)焊接操作工藝中，通過(guò)電流、電壓、保護(hù)氣體的作用，對(duì)厚度為12mm的焊接試板進(jìn)行焊接操作。調(diào)整電流在400A，根據(jù)實(shí)際電壓調(diào)試情況，做好焊接過(guò)程的保護(hù)工作。焊接中需要盡量保持平穩(wěn)，擺動(dòng)幅度和速度均勻。按照CO2氣體保護(hù)的焊接角度，分析具體的焊接參數(shù)。平焊是主要的焊接方法，電流控制在310A，電壓30V，速度為320mm/min。按照焊接角度的參數(shù)，采用平角焊接、立角焊接、仰角焊接的方式，調(diào)整分析確定符合要求的焊接工藝。

3.3 CO2氣體保護(hù)焊接薄板焊接的注意事項(xiàng)

按照CO2焊接加工工藝的全位置操作，調(diào)整焊接經(jīng)濟(jì)價(jià)值。通過(guò)焊接參數(shù)的控制，對(duì)焊接速度進(jìn)行調(diào)整，提高焊接質(zhì)量水平，最好采用手工焊接的方式，提高焊接經(jīng)濟(jì)性。

焊接藥芯焊絲實(shí)心焊絲的加工工藝不同，焊接的實(shí)際效果也不同。CO2氣體焊接是在薄板焊接工藝中，調(diào)整焊絲為6mm。按照實(shí)際操作規(guī)范要求，需要采用自然平板，調(diào)整板口的雙向焊接工藝。按照實(shí)際操作要求，調(diào)整自然平板的焊接效果。注意板材焊接加工和可操作的技術(shù)要求，充分了解焊接特點(diǎn)，掌握具體的運(yùn)用方式，獲得符合工藝要求的焊接流程，提高焊接效率及工藝質(zhì)量水平，保證焊接經(jīng)濟(jì)效益水平的快速提升。

4 新型焊接工藝發(fā)展建設(shè)趨勢(shì)

新型焊接氣體焊接工藝中，采用CO2與Ar、O2等可以實(shí)現(xiàn)高熔焊接工藝的拓展。構(gòu)建一種新型的高性能焊接工藝方式。按照焊接保護(hù)氣體的比例量，逐步增加焊接熔敷率水平，實(shí)現(xiàn)工件的高效焊接工藝，這是目前焊接工藝中具有較高認(rèn)可度的方式，采用CO2與Ar、O2混合氣體，按照一定比例組合獲取更高的焊接工藝保護(hù)，適用于低合金高強(qiáng)度的焊接工藝，獲取高熔敷率，氣體分組調(diào)控，可用于不同的金屬合金工藝焊接，達(dá)到延長(zhǎng)焊接效果的目標(biāo)。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，按照CFD模擬軟件的操作，結(jié)合氣體保護(hù)焊接試板的操作方式，可以采用高斯熱原模型方法，獲取溫度場(chǎng)的分布規(guī)范要求。在高速攝影的作用下，結(jié)合電弧焊接的加工工藝，分析其中的不穩(wěn)定因素，結(jié)合模擬操作效果，調(diào)整模擬CO2氣體保護(hù)的焊接水平，分析溫度場(chǎng)的變化和熔滴呈現(xiàn)的效果。熔池下溫度下降速度快于其他金屬，溫差梯度增加，高速影像資料中顯示，焊接過(guò)程中電弧焊接、溶滴焊接的熱量傳遞到板材上，焊縫區(qū)域呈現(xiàn)熱轉(zhuǎn)換的情況。區(qū)域熱傳導(dǎo)效果不足，焊縫區(qū)域的整體溫度快速升高，可以作為焊接熱處理加熔化金屬熔池的重要標(biāo)準(zhǔn)。