30 mm厚EH420船板钢三丝埋弧焊接温度场数值模拟研究

《30 mm厚EH420船板钢三丝埋弧焊接温度场数值模拟研究》是一篇探讨船舶用钢材在焊接过程中温度分布规律的学术论文。该研究针对30毫米厚的EH420船板钢，采用三丝埋弧焊工艺进行焊接过程的温度场数值模拟，旨在为实际焊接操作提供理论支持和技术指导。

EH420是一种高强度低合金结构钢，广泛应用于船舶制造领域。由于其具有较高的强度和良好的韧性，因此在焊接过程中容易产生较大的热影响区（HAZ），进而影响材料的力学性能和焊接质量。为了更好地控制焊接变形和残余应力，研究者通过数值模拟方法对焊接过程中的温度场进行了深入分析。

三丝埋弧焊是一种高效的焊接工艺，适用于厚板结构的焊接。相比传统的单丝或双丝焊接，三丝埋弧焊能够提高焊接速度，减少热输入，并改善焊缝成形。然而，由于焊接过程中热量的叠加效应，温度场的分布更加复杂，需要精确的数值模拟来预测温度变化趋势。

本论文采用了有限元分析方法对焊接过程进行建模。通过建立三维热传导模型，结合焊接热源模型，对焊接过程中各时刻的温度分布进行了模拟计算。研究中考虑了材料的热物理性质随温度的变化，包括比热容、导热系数和密度等参数，并将其作为非线性问题进行处理。

研究结果表明，三丝埋弧焊在30 mm厚的EH420船板钢上能够形成较为均匀的温度分布，但热影响区的温度梯度较大，尤其是在焊缝根部区域。此外，焊接过程中温度的变化受到焊接电流、电压和焊接速度等因素的影响，这些参数的优化对于控制焊接质量至关重要。

论文还对不同焊接参数下的温度场进行了对比分析，发现随着焊接电流的增加，焊缝中心的最高温度也随之升高，而焊接速度的增加则有助于降低热影响区的温度范围。这些结论为实际焊接工艺的制定提供了重要的参考依据。

此外，研究团队还对焊接后的残余应力进行了预测分析。通过将温度场数据作为输入，结合弹性-塑性力学模型，计算了焊接后结构中的残余应力分布情况。结果表明，残余应力主要集中在焊缝附近，且方向与焊接方向一致。这种应力状态可能会影响焊接接头的疲劳寿命和整体结构的安全性。

为了验证数值模拟的准确性，论文还进行了实验测试。通过使用红外测温仪对实际焊接过程中的温度变化进行测量，与数值模拟结果进行对比分析。实验结果与模拟数据基本吻合，证明了所建立模型的可靠性。

综上所述，《30 mm厚EH420船板钢三丝埋弧焊接温度场数值模拟研究》通过对焊接过程的温度场进行系统分析，揭示了三丝埋弧焊在厚板焊接中的热行为特征。研究不仅为焊接工艺优化提供了理论支持，也为焊接质量控制和结构安全评估提供了科学依据。未来的研究可以进一步结合多物理场耦合分析，探索焊接过程中应力、应变和微观组织演变之间的关系，以实现更精准的焊接过程控制。