关键词：排气歧管;;焊接温度场;;焊接变形;;残余应力;;有限元分析
摘 要：排气歧管是汽车发动机排气系统的重要部件,其功能是汇集汽车发动机各气缸内燃烧生成的高温废气并导入排气系统的其他部分进行处理。目前,排气歧管主要采用焊接成形工艺。由于排气歧管的焊接过程比较复杂,排气歧管在实际焊接过程中容易产生较大的焊接变形。为了对排气歧管的焊接变形进行控制,需要对排气歧管在焊接过程中的温度场、应力场和应变场的变化情况进行研究分析。本文以某型号的汽车发动机排气歧管为研究对象,利用SYSWELD有限元分析软件,选择双椭球体热源模型对排气歧管的法兰(Q345钢)和弯管(316不锈钢)异种金属之间的多焊缝焊接过程进行全过程的动态模拟。考虑到材料热物理性能与温度的非线性关系,以及相变潜热对温度场的影响,利用SYSWELD软件对单条焊缝的焊接过程进行了数值模拟,实现温度场和应力应变场的耦合计算,获得了不同热量输入条件下焊缝区域及临近焊缝区域的温度场分布,综合比较各组参数下焊缝附近熔池的形状得到了最优热源参数。随后,选取同样材料和大小的样品进行了实验性焊接,通过比较样品焊件在不同热源参数下的焊缝横截面形貌,对所选热源模型和网格模型的合理性进行了验证。在上述基础上,对该型号汽车发动机排气歧管上法兰和排气支管的整体焊接过程进行数值模拟。在模拟过程中,对4条焊缝的焊接过程制定了两种焊接顺序不同的焊接方案,分别对排气歧管在两种方案下的焊接过程进行虚拟仿真,计算得到了两种焊接顺序下排气歧管的焊接变形和残余应力的分布和特点,并对两种方案的模拟结果进行比较分析,进而得到合适的焊接顺序。对排气歧管的焊接残余应力和焊接变形的分布规律进行研究分析,为控制或消除焊接残余应力和焊接变形提供理论基础,对于提高焊接构件的生产质量具有重要意义。研究结果可为该类产品(不等厚异种金属焊接)实际焊接生产提供了理论参考和实验借鉴。
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