6061铝合金是经热处理预拉伸工艺生产而成的一种高品质合金材料，紧张合金元素是镁与硅，并形成Mg2Si相。因其具有中等的强度、氧化效果较好、同时抗堕落性和可焊接性良好，使其具有良好的加工性能且加工后不变形、材料致密、易于抛光及上色膜等浩瀚优点，已被广泛运用于航空航天、交通运输、建筑装饰、电子家电、板带、包装、印刷等领域[1]。
目前，大部分企业仍旧采取MIG焊来焊接铝合金材料，但是在焊接过程中，因其在高温焊接环境下强度非常低，不敷以使熔化形成的熔池金属得到支撑，从而会涌现一些焊接毛病，如焊缝成形不良、塌陷和烧穿等毛病[2]。其余在焊接中由于铝合金表面的氧化膜极易接管气体水分，在焊缝金属一次结晶过程中来不及逸出而形成气孔[3]。Javier等[4]比较了不同热输入对6061铝合金力学性能的影响，母材由于热输入的浸染形身分歧的区域，热影响区中存在一个硬度最低区域。
在当代工业生产中，焊接质量紧张由焊工闇练的焊接技能来担保，而焊接时的线能量多少、焊件温度分布及应力影响难以节制，须要大量实验。采取数值仿照的方法，利用有限元对温度分布及应力应变进行预测，确定得当的焊接工艺参数。
本文采取双椭球热源模型，利用Sysweld软件，对6061铝合金T型接头焊接过程进行热力耦合数值仿照仿真，打算求解在焊接过程中的焊接温度场、位移及变形、应力应变，剖析所选焊接参数的可行性，为后续实验供应参数依据。
T型接头的有限元剖析建模
有限元模型建立
焊接件为6061铝合金，翼板尺寸为200 mm×100 mm×4 mm，腹板尺寸为200 mm×50 mm×4 mm，焊脚高4 mm。通过Solidworks进行建模并以IGES格式导出。
网格划分
将由Solidworks导出的IGES格式模型导入到Visual-Mesh进行网格的划分，为担保焊缝及其附近高温区域得到较为精确的温度分布，焊缝区及附近区域划分为密网格，其他区域为疏网格。采取8节点6面体单元对几何模型进行网格划分。全体模型中共有3D单元16974个，22610个节点。根据实际焊接工况，设置了边界条件合约束，个中赤色节点限定了z方向位移，为了肃清刚体位移，底部选取3节点分别限定x、xy、xyz方向位移，详细网格划分如图1所示。
组的创建
由于Sysweld数值仿照是仿照焊接过程中焊枪沿固定轨迹进行起弧焊接，因此采取Visual-Weld软件对焊接件进行分组处理。因实验设备局限，用FNUAC弧焊机器人进行实际焊接操作，焊枪一次性焊接完成一条角焊缝。焊接过程中所需焊接轨迹线、焊接参考线、焊接起始点、焊接终止点、焊接开始单元等条件(见图2)由Visual-Weld完成。
材料性能参数
为提高仿照仿真结果准确性，鉴于6061热导率大，因而在构件的焊接过程中需理解6061铝合金的热物理性能和机器力学性能参数随温度的变革[5]。在Sysweld仿真软件的材料数据库中，热导率、比热容等热物理性能和杨氏模量、屈从强度等机器力学性能都可以根据材料的变革特色在Sysweld中加载图表。个中，比热容、热导率随温度的变革曲线如图3所示，杨氏模量、屈从强度参数如图4所示。
Sysweld求解
热源数字模型的建立
在MIG焊接的数值仿照中，双椭球热源模型是最为通用的三维模型[5]，因在焊接方向上，热源前后能量密度不一致，而椭球形呈几何体状，有着不同的轴长，可以准确反响出焊接方向上的能量密度不对称。在Sysweld仿照软件中，直接调用双椭球模型的热源拟合模型。
在实验过程中，设置了电流和焊接速率两个变量进行考试测验性实验，考虑到焊接过程的稳定性、焊缝成形、焊接热影响等成分，终极确定参数为焊接电压：18.75 V，焊接电流：120 A，焊接速率：
5 mm/s，焊接线能量：450 J/mm。
焊接引导及求解
按照所需焊接条件，根据Sysweld焊接引导以及前期所做工为难刁难焊接件进行焊接前处理，详细焊接引导流程如表1所示。检讨所有工艺过程数据、边界条件，担保焊接求解过程的准确性，完成所有检讨事情，进行打算求解。
数值仿照及剖析结果
焊接瞬时温度场剖析
6061铝合金热导率大，试件内部热量通报较快，图5为在焊接仿照过程中15 s时候的瞬时温度场分布云图。从图中可以看出，粉赤色部分区域呈现椭球状，黄色、黄绿色、绿色等等温区域也呈现椭球状，全体热源的温度场在构件上呈现椭球分布。热源前段等温线密集，温度梯度大，温度变革剧烈，热源后端等温线稀疏，温度梯度较小，变革较慢，焊缝处金属最高温度达到800℃旁边。随着热源的运动，焊接温度场处于动态变革过程，个中粉色、赤色区域基本上达到焊缝边缘且体积较小，解释此热源在6061铝合金T型接头焊接时知足加热面积小、功率密度大等空想热源的特色，对周围金属的热影响较小，适宜焊接。在焊缝横截面上，选取热源及其临近的3个节点，绘制每个节点的热循环曲线，如图6所示。由图可知，在热源浸染下，须要焊接部分加热速率极快，温度迅速上升到800℃旁边，其他近缝点温度也迅速上升并达到材料的熔点，解释焊接所用线能量知足实际焊接的哀求。当温度达到相变温度之后，在相变温度以上的勾留韶光比较短，解释在焊接过程中，发生相变的韶光短，担保了原焊件的性能。当温度达到峰值温度之后，冷却速率也非常快，在5 s内就可以从峰值温度冷却到300℃，随后缓慢冷却到室温。
焊接变形剖析
在焊接过程中，选取20 s时候的xOy截面温度场云图，如图7所示。从图中可以看出，焊缝在翼板和腹板的上表面且焊缝处温度处于最高，导致翼板和腹板高下表面靠近焊缝处的节点受热的影响不同，所经历的焊接热循环不同；同样翼板和腹板间隔焊缝远近不同的各点，温度分布极不屈均。这种温度极不屈均就导致了焊件在厚度方向上的横向紧缩变形，导致构件发生变形。焊件变形位移量云图如图8所示。从图可知，在翼板焊缝一端，由于受热影响大，并且夹具少，焊接变形量大，最大处可达2.64 mm；腹板上最大位移量在起焊段腹板边缘处，位移量达到1.76 mm，但是只有极少部分，霸占全体腹板的比例很小，从全体T型构件尺寸来看，位移量在可控范围内。
焊接应力剖析
构件焊接时的应力云图如图9所示。由图可知，焊缝处存在较大的纵向应力和横向应力，厚度方向应力较小，粉色、黄色区域为焊接时仿照夹具所在位置，应力最大，达到220 MPa。三个方向上的应力是由于各个方向上的紧缩变形引起的，纵向和横向应力由于构件尺寸大，焊缝处紧缩变形受到周围金属的约束而产生较大的应力分布[5]。
结束语
采取双椭球体热源分布模型，基于Sysweld仿真软件，对6061铝合金T型接头焊接过程进行热力耦合数值仿照仿真，得到温度场、应变场的变革规律，熔池金属在焊缝边缘且体积较小，加热面积小、功率密度大，对周围金属的热影响较小，位移偏差最大处2.64 mm，焊接应力在夹具处最大，热源选择偏差不大，仿真结果可信，可以为后续实验供应辅导。
文章来源——金属天下
