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技术决定利润,细节决定成败,探究离合器内片支架激光焊接的最佳温度

发布:2022-05-09 11:02作者:www.chylaser.com点击:628次

与传统的熔焊相比,激光焊接具有焊接速度快、效率高、热输入低、焊接质量优良等优点。激光焊接过程是一种快速、非均匀的热循环过程,具有较大的温度梯度。其影响主要表现在以下两个方面:一方面,在焊接区温度场不均匀的影响下,会产生较大的热变形,导致焊接件产生裂纹,降低使用寿命,直接影响焊接件的质量和性能。 .另一方面,在高温环境下,焊缝组织会表现出不同程度的残余应力,从而导致焊缝变形。在这种情况下,焊接结构变为塑性状态,导致热应力的不可逆变形。因此,深入研究焊接结构中温度场的分布,详细了解热焊接过程,对于后续的应力预测控制非常重要。和焊接变形,以及微观结构和生产率分析。随着计算机技术的飞速发展,目前国内外许多科学家都在采用数值模拟分析的方法来研究焊接过程中的温度场。数值模拟方法不仅有效地降低了制造成本,而且对焊接过程进行了详细的缩放,更彻底地分析了焊接过程中的温度范围。它被越来越多地使用。利用专业的有限元分析软件SYSWELD,以乘用车双离合变速器(DCT)的内板架和花键轴为研究对象,建立了三维数字模型的元分析激光焊接准备。仿真模型和焊接温度分布被考虑在内。
DCT内板保持架材质为S355J2G3,花键轴材质为16MnCr5。在数值热计算中使用材料的热物理特性参数作为温度的函数,包括热导率、比热容、杨氏模量和弹性极限。使用软件自带的Jmatpro软件,计算热物性参数以上的数值,得到材料性能参数。
激光焊接中温度范围的分析是一个典型的非线性瞬态热传导问题。
乘用车双离合器片的内支架作为离合器的从动部件,从外部支撑摩擦片和钢质离合器片,共同支撑从发动机侧传递的扭矩,当离合器片和叠片钢离合器片,一起转动输出轴。
为了节省计算时间并保证计算的准确性,使用了不规则的网格。该模型由 4 节点四面体单元遮罩,并在焊缝区域应用更精细的遮罩,共有 70,660 个节点和 163,400 个单元。
热边界条件
此焊接在室温下进行,SYSWELD 将热极限状态定义为初始环境温度 20°C。在激光焊接过程中,焊接热源与大气之间以及熔融金属之间会发生热对流和热辐射和空气。热辐射在这个模拟中影响很小,所以只考虑热对流。
限制
该模拟确定了 DCT 内板支撑和花键轴焊接模式的损伤边界条件,例如现在。对内板和花键轴内缘上的多个对称节点的耦合自由度施加全剪切极限。
在激光焊接中,考虑到焊接区域激光熔池和关键孔的影响,采用双椭球热源模型,热流密度分布在焊机主体上。椭圆体,可以更精确地模拟焊接温度范围。 .
r2 = x2 + y2; R0 = Re- (Re-Ri) (Ze-Z) / (Ze-Zi); q0为热源的最大能量密度(W/mm3); Re为上表面半径的最大特性(mm); Ri——上表面的最大特征半径(mm); R0 是熔池相对于深度的半径 (mm)。 SYSWELD 热源管理工具评估热源模型,并将焊缝测试结果与熔池形态计算结果进行比较。
焊接开始后,温度迅速升高。在t = 0.5 s时,最大负载温度约为1736°C,温度达到材料的波纹点(1500°C),使材料开始熔化,此时材料开始形成熔池. . ;当焊接时间达到 2.5 s 时,就形成了近模。恒定状态下的温度范围;在焊接结束时(9 秒),温度场在纵向和横向上几乎没有变化,等温线沿激光点移动。冷却13.5秒后,封头温度为287℃,密封区冷却至室温。
焊接热源是不断移动的,热源前的温度梯度大,等温线接近,热源后的温度梯度小,等温线少,形状为长椭圆形和顶部。熔池表面呈典型的椭圆形分布。
以焊接线上的焊缝起点为0°位置,模拟时取0°、90°、180°、270°四个控制点,四个点的热循环曲线为购买的属性。在90°、180°和270°三个位置的控制点,温度变化曲线具有相同的趋势,但达到最高温度的时间不同。这主要是由于激光热源沿焊缝移动,到达这三个位置的顺序不同,焊接过程处于接近稳定的状态。除了热循环曲线达到最高温度的点外,演化趋势是根本性的。 0°位置的热循环曲线比较特殊,因为内板架与花键轴形成的焊缝是封闭的圆周焊缝,0°位置是焊缝的起点和终点,所以两次热冷I 进程是在这个位置形成的。
在焊接过程中,温度变化曲线的趋势通常在垂直于焊接线的每一点处是相同的。温度最初迅速升高,达到最高温度后缓慢冷却至室温;每个特征点的加热速率大于冷却速率,因为随着热源移出接头,焊接熔池开始缓慢冷却,但仍然受到下面的焊接熔池的影响,这会减慢冷却速度并最终冷却. .在室温下。 .图中还显示,在该区域的焊接线中心(0-3.5mm),焊接受到温度范围不均匀的影响,焊接区最高温度在该范围内(900度)。 )。 -2340)°C,它在它周围更高。焊缝区材料为低碳钢,低碳钢的热变形温度一般保持在1000℃。该范围内的最高温度明显超过热变形温度,材料发生热膨胀,屈服点降低,热应力迅速增大。 ,其中更容易发生热变形,焊缝的热影响区可能会出现裂纹,导致焊缝结构劣化。
焊接过程中温度的升高会影响零件金属组织的变化,这对于预测焊缝的冶金、组织和焊接接头的性能非常重要。现在拿焊缝到熔接线(节点45274)来研究一下那个阶段的发展过程。当焊接时间约为6.5秒时,处于加热阶段,初始焊接阶段开始从铁素体过渡到奥氏体; 27秒后焊接完成,组件冷却冷却,奥氏体迅速转变为马氏体,形成少量粒状贝氏体。由于在高温下的停留时间很短,奥氏体颗粒在高温的影响下不会长大,所以当焊缝冷却时,热影响区的显微组织主要是马氏体。每个阶段的比例总是确定的:马氏体约占总数的 95%,贝氏体约占 5%。可以预期,焊缝将具有高强度和良好的硬度。
(1) 采用数值模拟的方法,建立了DCT内板支架与花键轴激光焊接的三维数值模型。断面断面形态基本一致。
(2)温度范围的模拟结果表明,焊接区域的温度梯度分布比较大。焊接时间为2.5秒,温度范围进入近乎恒定的状态;激光焊接的焊接线是一条圆形焊接线,有两个不同的点垂直于焊接线,焊接热循环曲线的趋势大体相同,且各点的升温速率高于降温速率。 . .变形温度受热应力和热变形的影响。
3、通过对焊缝的相变过程和焊缝附近区域的建模,可以确定焊接过程中相变相的比例,即TIME。 95% 马氏体加 5% 贝氏体。焊接接头钢结构的主要成分是马氏体。在此过程中,焊缝具有较高的强度和良好的硬度。
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