多層單道焊接快速成形有限元數值分析.pdf

1、焊接快速成形技術是基于分層制造技術原理發(fā)展起來的新型制造技術，在成形過程中通過弧焊、激光、電子束等焊接技術手段按預設軌跡逐層堆積直接成形金屬零件，實現了無模具、低損耗、高效率制造，受到了國內外廣泛關注。在生產制造中，零件不但受焊接急速加熱快速冷卻，溫度急劇變化特點的影響，而且根據成形原理特點，零件受熱源多次加熱作用，加熱過程較普通焊接過程更為復雜，成形性能影響因素更多，更不易控制零件的成形性。因此，對焊接堆積過程中的溫度場與應力場進行系

2、統(tǒng)性研究，分析掌握工藝參數對溫度、應力分布的影響規(guī)律，有助于控制零件的成形質量。
　　本文選用TC4鈦合金為堆積材料，研究等離子弧焊接快速成形過程。通過ANSYS有限元分析軟件建立按預設軌跡移動熱源堆積成形的溫度場及應力場的分析模型，實現了動態(tài)過程數值分析。首先，選擇適合分析的單元，直接建立有限元分析模型;其次，通過APDL語言設定堆積過程中單元激活順序;最后，以雙橢球熱源模型建立熱量輸入模型，完成堆積成形溫度場應力場的模擬分析程

3、序。
　　在建立模型基礎上分別對單層和多層堆積過程進行數值模擬分析:
　　首先研究了單層直線和環(huán)形堆積的溫度場分布規(guī)律，研究表明:堆積成形過程中溫度分布受軌跡的影響，直線堆積溫度分布沿著軌跡中心線對稱分布，弧形受曲率半徑的影響，內側溫度高于外側溫度，整體散熱作用低于直線堆積，此外，對于環(huán)形封閉堆積成形，閉合點受熱較為復雜，溫度梯度大，影響成形質量。
　　其次，重點對單道多層堆積過程的溫度變化過程，以及層間溫度、熱輸入和

4、預熱對堆積過程中溫度分布的影響進行了分析，研究表明:單道多層堆積過程中，后層對前層具有后熱作用，堆積層受熱源移動的影響，熱循環(huán)波峰和波谷交替出現，并隨著層數增多，趨于平緩;層間溫度降低，熱量累積作用減弱，各層的峰值溫度越低，此外，熱輸入降低，同樣能夠控制熱量累積;基板預熱處理后，能夠降低基板與堆積層的溫度梯度，使溫度分布均勻。
　　最后，在溫度場的基礎上耦合得到應力場，并分別對單層和多層堆積過程中的應力變化過程進行了分析，研究表明