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技術決定利潤,細節決定成敗,探究離合器內片支架激光焊接的最佳溫度

發布:2022-05-09 11:02作者:www.yattendonparish.com點擊:655次

與傳統的熔焊相比,激光焊接具有焊接速度快、效率高、熱輸入低、焊接質量優良等優點。激光焊接過程是一種快速、非均勻的熱循環過程,具有較大的溫度梯度。其影響主要表現在以下兩個方面:一方面,在焊接區溫度場不均勻的影響下,會產生較大的熱變形,導致焊接件產生裂紋,降低使用壽命,直接影響焊接件的質量和性能。 .另一方面,在高溫環境下,焊縫組織會表現出不同程度的殘余應力,從而導致焊縫變形。在這種情況下,焊接結構變為塑性狀態,導致熱應力的不可逆變形。因此,深入研究焊接結構中溫度場的分布,詳細了解熱焊接過程,對于后續的應力預測控制非常重要。和焊接變形,以及微觀結構和生產率分析。隨著計算機技術的飛速發展,目前國內外許多科學家都在采用數值模擬分析的方法來研究焊接過程中的溫度場。數值模擬方法不僅有效地降低了制造成本,而且對焊接過程進行了詳細的縮放,更徹底地分析了焊接過程中的溫度范圍。它被越來越多地使用。利用專業的有限元分析軟件SYSWELD,以乘用車雙離合變速器(DCT)的內板架和花鍵軸為研究對象,建立了三維數字模型的元分析激光焊接準備。仿真模型和焊接溫度分布被考慮在內。
DCT內板保持架材質為S355J2G3,花鍵軸材質為16MnCr5。在數值熱計算中使用材料的熱物理特性參數作為溫度的函數,包括熱導率、比熱容、楊氏模量和彈性極限。使用軟件自帶的Jmatpro軟件,計算熱物性參數以上的數值,得到材料性能參數。
激光焊接中溫度范圍的分析是一個典型的非線性瞬態熱傳導問題。
乘用車雙離合器片的內支架作為離合器的從動部件,從外部支撐摩擦片和鋼質離合器片,共同支撐從發動機側傳遞的扭矩,當離合器片和疊片鋼離合器片,一起轉動輸出軸。
為了節省計算時間并保證計算的準確性,使用了不規則的網格。該模型由 4 節點四面體單元遮罩,并在焊縫區域應用更精細的遮罩,共有 70,660 個節點和 163,400 個單元。
熱邊界條件
此焊接在室溫下進行,SYSWELD 將熱極限狀態定義為初始環境溫度 20°C。在激光焊接過程中,焊接熱源與大氣之間以及熔融金屬之間會發生熱對流和熱輻射和空氣。熱輻射在這個模擬中影響很小,所以只考慮熱對流。
限制
該模擬確定了 DCT 內板支撐和花鍵軸焊接模式的損傷邊界條件,例如現在。對內板和花鍵軸內緣上的多個對稱節點的耦合自由度施加全剪切極限。
在激光焊接中,考慮到焊接區域激光熔池和關鍵孔的影響,采用雙橢球熱源模型,熱流密度分布在焊機主體上。橢圓體,可以更精確地模擬焊接溫度范圍。 .
r2 = x2 + y2; R0 = Re- (Re-Ri) (Ze-Z) / (Ze-Zi); q0為熱源的最大能量密度(W/mm3); Re為上表面半徑的最大特性(mm); Ri——上表面的最大特征半徑(mm); R0 是熔池相對于深度的半徑 (mm)。 SYSWELD 熱源管理工具評估熱源模型,并將焊縫測試結果與熔池形態計算結果進行比較。
焊接開始后,溫度迅速升高。在t = 0.5 s時,最大負載溫度約為1736°C,溫度達到材料的波紋點(1500°C),使材料開始熔化,此時材料開始形成熔池. . ;當焊接時間達到 2.5 s 時,就形成了近模。恒定狀態下的溫度范圍;在焊接結束時(9 秒),溫度場在縱向和橫向上幾乎沒有變化,等溫線沿激光點移動。冷卻13.5秒后,封頭溫度為287℃,密封區冷卻至室溫。
焊接熱源是不斷移動的,熱源前的溫度梯度大,等溫線接近,熱源后的溫度梯度小,等溫線少,形狀為長橢圓形和頂部。熔池表面呈典型的橢圓形分布。
以焊接線上的焊縫起點為0°位置,模擬時取0°、90°、180°、270°四個控制點,四個點的熱循環曲線為購買的屬性。在90°、180°和270°三個位置的控制點,溫度變化曲線具有相同的趨勢,但達到最高溫度的時間不同。這主要是由于激光熱源沿焊縫移動,到達這三個位置的順序不同,焊接過程處于接近穩定的狀態。除了熱循環曲線達到最高溫度的點外,演化趨勢是根本性的。 0°位置的熱循環曲線比較特殊,因為內板架與花鍵軸形成的焊縫是封閉的圓周焊縫,0°位置是焊縫的起點和終點,所以兩次熱冷I 進程是在這個位置形成的。
在焊接過程中,溫度變化曲線的趨勢通常在垂直于焊接線的每一點處是相同的。溫度最初迅速升高,達到最高溫度后緩慢冷卻至室溫;每個特征點的加熱速率大于冷卻速率,因為隨著熱源移出接頭,焊接熔池開始緩慢冷卻,但仍然受到下面的焊接熔池的影響,這會減慢冷卻速度并最終冷卻. .在室溫下。 .圖中還顯示,在該區域的焊接線中心(0-3.5mm),焊接受到溫度范圍不均勻的影響,焊接區最高溫度在該范圍內(900度)。 )。 -2340)°C,它在它周圍更高。焊縫區材料為低碳鋼,低碳鋼的熱變形溫度一般保持在1000℃。該范圍內的最高溫度明顯超過熱變形溫度,材料發生熱膨脹,屈服點降低,熱應力迅速增大。 ,其中更容易發生熱變形,焊縫的熱影響區可能會出現裂紋,導致焊縫結構劣化。
焊接過程中溫度的升高會影響零件金屬組織的變化,這對于預測焊縫的冶金、組織和焊接接頭的性能非常重要?,F在拿焊縫到熔接線(節點45274)來研究一下那個階段的發展過程。當焊接時間約為6.5秒時,處于加熱階段,初始焊接階段開始從鐵素體過渡到奧氏體; 27秒后焊接完成,組件冷卻冷卻,奧氏體迅速轉變為馬氏體,形成少量粒狀貝氏體。由于在高溫下的停留時間很短,奧氏體顆粒在高溫的影響下不會長大,所以當焊縫冷卻時,熱影響區的顯微組織主要是馬氏體。每個階段的比例總是確定的:馬氏體約占總數的 95%,貝氏體約占 5%??梢灶A期,焊縫將具有高強度和良好的硬度。
(1) 采用數值模擬的方法,建立了DCT內板支架與花鍵軸激光焊接的三維數值模型。斷面斷面形態基本一致。
(2)溫度范圍的模擬結果表明,焊接區域的溫度梯度分布比較大。焊接時間為2.5秒,溫度范圍進入近乎恒定的狀態;激光焊接的焊接線是一條圓形焊接線,有兩個不同的點垂直于焊接線,焊接熱循環曲線的趨勢大體相同,且各點的升溫速率高于降溫速率。 . .變形溫度受熱應力和熱變形的影響。
3、通過對焊縫的相變過程和焊縫附近區域的建模,可以確定焊接過程中相變相的比例,即TIME。 95% 馬氏體加 5% 貝氏體。焊接接頭鋼結構的主要成分是馬氏體。在此過程中,焊縫具有較高的強度和良好的硬度。
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