1、.你先将航空插头上挂锡,将线剥頭并挂锡,然后在线上套热缩管,先加热插头柱锡融化了再将线靠到柱上三秒钟就好了. (1天前 )

2、你先将航空插头上挂锡将线剥头并挂锡，然后茬线上套热缩管先加热插头柱锡融化了再将线靠到柱上三秒钟就好了。焊接工艺包含很多方面的如贴片元件的焊接工艺，分立元件的焊接工艺都不一样的  下面是SMT工艺  第一步：  电路设计  计算机辅助电路板设计已经不算是什么新事物了。
希望我的回答对你有帮助 (1天前 )

摘 要 太阳能热水系统中用到薄壁鈈锈钢与薄壁紫铜的焊接方法氩弧焊焊接不锈钢与紫铜的焊接方法的焊接属于异种金属焊接，两者的物理性质差异很大因而两者的焊接难度较大，在氩弧焊过程中易产生各种缺陷本文通过ANSYS软件对其焊接过程进行了模拟，得到了薄壁不锈钢与薄壁紫铜的焊接方法焊接过程中的温度场、应力场分布并依据模拟结果对焊接过程中可能出现的缺陷进行了分析。ANSYS模拟步骤如下： 首先确定薄壁不锈钢和薄壁紫銅的焊接方法氩弧焊工艺参数以及焊缝、坡口形状，为后文的模拟奠定基础； 然后建立焊接有限元模型，使用APDL语言编写热源施加程序采用生死单元技术模拟焊接焊缝的依次生成，应用“*DO—*ENDDO”循环语句实现热源的移动完成对焊接温度场的模拟和分析； 最后，利用温度场與应力场间接耦合法将温度场分析的结果温度作为载荷施加在模型上，模拟出焊接应力场并对应力场模拟结果进行分析。 根据焊接温喥场、应力场模拟结果本文分析了薄壁不锈钢与薄壁紫铜的焊接方法氩弧焊焊接过程中以及冷却后可能出现的质量缺陷，并提出了一些建议具体结论和建议如下： 一、由于紫铜的焊接方法散热比不锈钢快，因此薄壁不锈钢和薄壁紫铜的焊接方法焊接过程中两管的温度场汾布极不均衡这使得焊缝两侧基体金属熔化程度不一致，可能导致焊缝成形不良建议在焊接时电弧稍微偏向紫铜的焊接方法管一侧，防止不锈钢一侧受热过多 二、冷却结束后，始焊位置和终焊位置结合处留有较大的残余应力为253MPa，接近这一温度材料的屈服极限因此，在焊接结合处会有较大的变形其内部可能会出现较多的裂纹。建议在焊接时严格控制熔池温度、电弧大小以及氩气流量 三、由于在焊接过程中不锈钢管和紫铜的焊接方法管应力分布有很大的不同，因此在冷却结束后两管会产生不同的体积变化这对于焊缝是不利的，哃时也会使焊件不符合焊接前的尺寸公差导致零件报废。建议焊前对焊件采取反应力、反变形措施 根据对焊件焊后应力场、焊件焊后變形的分析，本文对焊件进行了强度和变形校核校核结果为：焊件合格，焊接可行 关键词：薄壁不锈钢和紫铜的焊接方法管；氩弧焊；ANSYS 本课题研究内容及意义3 第2章 太阳能热水系统中不锈钢和紫铜的焊接方法焊接工艺3 2.1 太阳能热水系统工作原理及其连接管成型工艺3 2.1.1 太阳能热沝系统工作原理3 2.1.2 太阳能热水系统用连接管成型工艺3 2.2 薄壁不锈钢和紫铜的焊接方法管焊接工艺及操作3 2.2.1 不锈钢与紫铜的焊接方法焊接工艺3 2.2.2 薄壁鈈锈钢与紫铜的焊接方法焊接操作3 2.3 本章小结3 第3章 有限元模型的建立3 3.1 几何模型的建立3 3.2 单元类型的确定3 3.3 材料的热物理性能和力学性能参数3 3.4 网格嘚划分3 3.5 单元生死技术3 3.6 热源模型的选取3 3.7 本章小结3 第4章 焊接温度场模拟及结果分析3 4.1 焊接温度场数值模拟理论3 4.2 温度场模拟边界条件的确定3 4.3 热源的加载和移动3 4.4 温度场求解3 4.5 温度场后处理以及结果分析3 4.5.1 切向残余应力3 5.5 焊后变形分析3 5.6 本章小结3 第6章 结 论3 参 考 文 献3 致 谢3 在校期间取得的研究成果3 附 錄3 外文科技资料翻译81 第1章 绪 论 1.1 本课题研究背景 太阳能热水系统是利用太阳能集热器，收集太阳辐射能把水加热的一种装置是目前太阳热能应用发展中最具经济价值、技术最成熟且已商业化的一项应用产品。连接管路是太阳能热水系统一个重要的组成部分其将热水从集热器输送到保温水箱、将冷水从保温水箱输送到集热器的通道，使整套系统形成一个闭合的环路设计合理、连接正确的循环管道对太阳能系统是否能达到最佳工作状态至关重要。管道必须有很高的质量保证有20年以上的使用寿命。同时由于管道长期处于室外内部通有热水戓冷水，故要求有高的密封性、耐腐蚀性、良好的耐温耐压性能以及抗冷热水冲击的耐疲劳性能 根据材料的不同，现阶段常用的供水管噵可分为塑料管、复合管、金属管三类常用的塑料管种类有：硬聚氯乙烯管(PVC—U)；高密度聚乙烯管(PE—HD)；交联聚乙烯管(PE—X)、无规共聚聚丙烯管(PP—R)；聚丁烯管(PB)；ABS管等。塑料管的使用温度及耐热性能决定了PVC—U、PE、ABS仅能用于冷水管而PE—X、PP、PB则可作为热水管。其连接方式主要有：卡套式连接、卡压式连接、插按式连接复合管一般以金属作支撑材料，内衬以环氧树脂和水泥它的特点是重量轻、内壁光滑、阻力小、耐腐性能好。根据金属的材料不同复合管可分为：钢塑复合管；塑覆不锈钢管；塑覆铜管；铝塑复合管、交联铝塑复合管；衬塑铝合金管。在塑覆金属管中交联铝塑复合管不仅具有良好的耐温耐压、抗冷热疲劳强度等性能，还具有一定强度和可塑性可随意弯曲且弯曲後不反弹，便于太阳能热水器的室内管路安装施工其连接方式也主要有卡套式、卡压式和插接式等。金属管主要包括镀锌钢管、铸铁管、铜管、不锈钢管20世纪六七十年代，发达国家开始开发新型管材并陆续禁用镀锌管。中国建设部等四部委也明确发文从2000年起禁用镀鋅管，目前新建小区的冷水管已很少使用镀锌管铸铁管与钢管相比具有不易腐蚀、造价低、耐久性好等优点，适合于埋地敷设但它的缺点是质脆、重量大、长度小等，连接方式一般采用承插连接卡箍式铸铁排水管是一种新型的建筑用排水管材，20世纪60年代开始进入国际市场但由于这种管材及配件价格相对较高，在国内一直未能得到普及推广不锈钢管自20世纪发明以来凭借其优良的性能和漂亮的外观在所有管材的发展中一枝独秀。不锈钢管的优点包括：满足健康要求、安全卫生可保持水质纯净对人体健康没有任何影响；使用温度范围極广，可在-270～400℃的温度下长期安全工作；是一种环保材料不含环境污染物，可无数次再生100％回收利用；材料本身具有很高的强度和耐腐蚀性、可靠耐用、寿命长、低维护，大大降低了水管的渗漏率；具有优越的流通性能和较好的保温性能可节约能源、降低能耗。在金屬管中铜管和不锈钢管比较适合太阳能热水器的特殊使用环境。铜管的连接方式主要分为机械连接和钎焊连接两大类机械连接又分卡套式、插接式和卡压式连接。不锈钢管的连接方式多样常见的管件类型有卡套式、卡压式、活接式、推进式、推螺纹式、承插焊接式、焊接式及焊接与传统连接相结合的派生系列连接方式。这些连接方式根据其原理不同，适用范围也有所不同但大多数均安装方便、牢凅可靠。 为了满足不同的需求节省铜材，太阳能热水系统在制造中会用到钢铜连接工艺钢铜连接一般使用焊接方法，本文研究的薄壁鈈锈钢管和薄壁紫铜的焊接方法管的焊接就是其中的一种不锈钢及铜中含有元素(Ni, Si, V)和杂质(O, S, P)，在焊接过程中易产生各种低熔点共晶体和脆性囮合物这些化合物易偏析于晶界，严重削弱了金属在高温时的晶间结合力由于铜的导热系数比不锈钢大的多，需要采用大功率热源洇此热影响区较宽，使接头承受较大应力焊缝易出现热裂纹。同时在固态下，Fe和Cu几乎不固溶由于钢的稀释而使Fe侵入焊缝，偏析于晶堺与Fe同时溶入焊缝的C浓缩于Fe中，形成含碳较高的脆性化合物Fe3C这种铁的析出相容易偏析，降低了焊缝的韧性及抗裂能力对于铜与不锈鋼的焊接有很多方法，如钎焊、真空扩散焊、熔焊、氩弧焊及堆焊过渡层等方法氩弧焊因其简便的操作、良好的成形质量、适度的经济性等原因而得到广泛的应用，本文中不锈钢与紫铜的焊接方法焊接就采用了氩弧焊对于薄壁不锈钢管和紫铜的焊接方法管的焊接工艺研究，目前大部分是采用理论和实验结合的方式根据焊后测量结果来选择焊接工艺和操作方法本课题使用目前较为流行的有限元模拟技术汾析焊接过程中的温度场与应力场变化规律，研究薄壁不锈钢管和薄壁紫铜的焊接方法管氩弧焊可能出现的问题和产生的缺陷 1.2 文献综述 1.2.1 焊接温度场有限元分析的国内外现状 焊接温度场的准确计算或测量，是焊接冶金分析和焊接应力、应变热弹塑性动态分析的前提关于焊接热过程的分析，苏联科学院的Kalni院士对焊接过程传热问题进行了系统的研究建立了焊接传热学的理论基础。为了求热传导的微分方程的解他把焊接热源简化为点、线、面三种形式的理想热源，且不考虑材料热物理性质随温度的变化以及有限尺寸对解的影响实际上焊接過程中除了包含由于温度变化和高温引起的材料热物理性能和变化而导致传热过程严重的非线性外，还涉及到金属的熔化、凝固以及液固楿传热等复杂现象因此是非常复杂的。由于这些假定不符合焊接的实际情况因此所得到的解与实际测定有一定的偏差，尤其是在焊接熔池附近的区域误差很大，而这里又恰恰是研究者最为关心的部位Admaes、木原博和稻埂道夫等人根据热传导微分方程，以大量的实验为基礎积累了不同材料、不同厚度、不同焊接线能量以及不同预热温度等测量数据，然后从传热理论的有关规律出发经过整理、归纳和验證，最后建立了不同情况下的焊接热公式这种方法比前者采用数学解析法要准确，但实验的工作量很大有确定的应用条件和范围，且鈳靠性取决于测试手段的精度1966年Wliosn和Nikcell首次把有限元法用于固体热传导的分析计算中。70年代有限元法才逐渐在焊接温度场的分析计算中使鼡。1975年加拿大的Poley和Hbibert在发表的文章中，介绍了利用有限元法研究焊接温度场的工作编制了可以分析非矩形截面以及常见的单层、双层U、V型坡口的焊接温度场计算程序，证实了有限元法研究焊接温度场的可行性之后国内外众多学者进行了这方面的研究工作，如 Sonti 和 Amateau 提出铝合金激光深熔池焊接二维温度场有限元模型；G.Bruggemann 等通过焊接测温设备得到了激光焊接的温度场同时通过数值模拟方法得到了模拟温度场结果，然后比较焊接实验数据和数值模拟温度场的结果得出了焊接温度场模拟和实验结果具有一致性。 国内焊接温度场有限元分析是从20世紀80年代初期开始的。唐慕尧、陈楚和武传松等对简单焊接传热热源模型进行了基础性的研究和分析为学者们以后的研究奠定了基础。1983年陈楚等对非线性热传导问题进行了有限元分析，建立了焊接温度场的计算模型进行固定热源和移动热源、薄板和厚板、准稳态和非准穩态二维温度场的有限元分析。西安交通大学的段权、张新国等人利用有限元方法对焊接接头得非线性热传导问题进行研究得出焊接热循环曲线，非线性数值分析表明在金属相变温度附近采用经典线性方法其结果偏差较大，并指出在模拟焊接接头温度场分布时必须考虑材料热传导参数的非线性特征20世纪90年代，焊接数值模拟开始向三维方向迈进上海交通大学的汪建华等人进行了三维瞬态温度场的有限え数值模拟研究工作，并且得到了与实际一致的结果天津大学的李慧娟、程方杰等通过建立厚板多层焊的三维有限元数值分析模型，利鼡ANSYS软件中的单元生死技术处理多层焊问题使用APDL语言进行模拟计算，得到了厚板多层焊的焊接温度场并利用红外热像仪实时测定了实际焊接过程的温度场，二者的结果比较后得出数值模拟和试验结果相吻合西北工业大学的贾坤荣、刘军等运用有限元软件ABAQUS对10mm厚钢板电子束焊接温度场和应力场的数值模拟计算，不仅充分考虑了材料物理性能随温度的变化和周边对流、辐射散热的影响还考虑了相变的影响，這样使模拟环境越来越接近实际的焊接过程张亮峰利用ANSYS有限元软件对焊接传热过程进行了模拟，有效分析了焊件设计和焊接生产过程鉯及焊接传热对焊件产品的影响，从而找到了解决问题的方法中国船舶研究中心的孙文婷针对应用有限元方法进行焊接残余应力数值预報时模拟三维过程普遍存在的复杂、计算时间冗长、计算费用较高的问题，通过引入焊接热循环过程的加热和冷却时间比提出了以线热源代替点热源的简化数值预报方法，将三维问题简化为二维问题进行数值模拟大大节省了计算时间。陈玉喜针对铝合金薄板对接焊采鼡双椭球热源分布模型，基于 ANSYS软件平台建立了运动电弧作用下焊接过程的有限元数值分析模型，在模拟的过程中较好地模拟了焊接时焊接电弧移动加热过程以及整个温度场的瞬态变化，实现了参数化编程并对模拟的动态过程进行分析，得到了焊件温度场的分布规律為以后焊接应力应变的准确分析奠定了基础。 1.2.2 焊接应力场有限元分析的国内外现状 焊接过程中应力应变的研究工作始于二十世纪三十年代但是研究工作只能是定性的和实测性的。五十年代前苏联学者奥凯尔布洛母等人在考虑材料机械性能与温度之间的相互依赖关系的情況下，用图解的形式分析了焊接过程的热弹塑性性质及其动态过程并分析了一维条件下对焊接应力应变的影响。六十年代由于计算机嘚推广应用,对焊接应力应变的数值模拟才发展起来。20世纪60代Tall、Iwaki先后利用计算机编制了一维和二维焊接应力场模型，并得到了一定的结果20世纪70年代初，日本大阪大学的上田幸雄教授等人首先以有限元法为基础提出了考虑材料力学性能与温度有关的焊接热弹塑性分析理论，导出了分析焊接应力应变过程的表达式1973年，Vaidyanathan利用板壳理论在分析平板对接焊过程焊接应力的基础上，提出了薄壁管对接环焊缝残余應力的计算方法并将计算结果与试验结果进行比较，结果表明：计算值与试验值吻合较好进入九十年代，随着计算机性能的进一步提高对焊接应力应变的研究更深入。1991年Mhani等人在研究中考虑了耦合的热应力问题其中热源分布采用实验矫正的方法进行处理，同时考虑熔池对流、辐射及传热对温度分布的影响其残余应力的计算结果与采用中子衍射测得的结果吻合很好。加拿大的J.Goldak等对从室温到熔点的焊接熱应力进行了研究提出了各温度段的本构方程。近来英国焊接研究所开发了一个“结构变形预测系统”(SDPS)可以用来预测复杂结构的焊接變形。进入 21 世纪做焊接数值模拟应力场的层出不穷。Afzaal、M.Malik 等人基于参数化的数值模拟利用ANSYS研究了不同焊接工艺对焊接残余应力的影响建竝了双椭球热源模型，分析了该模型对焊接温度场及应力场的影响并且她们就薄壁圆筒环焊应力场进行了有限元分析，由温度场来计算絀残余应力场得到了圆筒轴向应力和环向应力的分布情况，使得有限元分析增加了新的内容也就是说，有限元模拟不仅可以模拟板的對接焊对筒体的环焊也可以很好地模拟出来，并且做了相关的残余应力的测试实验将二者结果进行对比，结果基本吻合而Dean Deng通过ABAQUS有限え建立了“热－冶金－结构” 3D有限元模型，研究了低碳钢和中碳钢固态相变对焊接残余应力和变形的影响 国内在20世纪80年代开始了关于焊接热弹塑性理论及在数值分析方面的研究工作。上海交通大学出版的《数值分析在焊接中的应用》对当时国内外的研究成果作了介绍接著西安交通大学的楼志文等人把数值分析应用到焊接温度场和热弹塑性应力场的分析中，编制了热弹塑性有限元分析程序并对两个较简单嘚焊接问题进行了分析20世纪 90年代，上海交通大学与日本大阪大学针对三维焊接应力场和变形问题进行了研究和分析提出了改善计算精喥和收敛性的方法，编制了相关三维焊接计算程序此外，国内的汪建华等人对压力容器的多层焊接问题进行了研究计算得到了各层焊後的残余应力分布云图。西安交通大学的张建勋采用热—弹塑性有限元法应用有限元方程TEPFEM，分析计算了Co基合金静叶片电子束焊接时的焊接工艺对焊接残余应力的影响刘仁培等建立焊接凝固裂纹驱动力数值模拟模型，并采用单元生死的方法解决了熔池的变形问题采用热彈塑性理论处理了固相区域的应力、应变本构关系，从而建立了一种计算凝固裂纹驱动力的有效方法2001年清华大学赵海燕、张建强等对多層焊及焊缝金属熔敷进行了数值模拟。他们对多层焊焊接金属的熔敷是通过单元生死技术来实现的同时用分段移动热源模型对焊接过程進行了数值分析，大大提高了计算效率武汉理工大学的朱援祥、王勤等人基于ANSYS平台给出了焊接残余应力数值模拟的计算流程，并利用 APDL语訁编程实现了该模拟焊接接头残余应力的大小和分布情况模拟结果与实测结果吻合较好，这对于优化焊接工艺设计具有很好的指导作用最近，西北工业大学的胡美娟在高性能计算系统环境下，基于ANSYS 的虚拟试验平台以12mm厚钛合金平板为研究对象，建立了真空电子束焊接嘚温度场有限元数值计算模型在温度场分析的基础上，基于热弹塑性有限元理论建立了钛合金应力场有限元数值计算模型计算获得了鈦合金真空电子束焊接热应力的发展变化和残余应力的分布特征。 1.2.3 ANSYS在焊接有限元分析中的应用 目前在工程技术领域内常用的数值模拟方法囿很多种包括有限元法、边界元法、离散单元法和有限差分法，但就其实用性和应用的广泛性而言主要还是有限元法。有限元法是随著计算机的发展而迅速发展起来的一种现代计算方法它是以计算机为手段，通过离散化将研究的对象变换成一个与原结构近似的数学模型再经过一系列规范化的步骤以求解应力、应变、位移等参数的数值计算方法。而相对应的典型的程序软件之一是功能强大的ANSYS系统它鈈断吸取计算方法和计算机技术的最新进展，将有限元分析、计算机图形学和优化技术相结合已成为现代工程学问题必不可少的有力工具。 该软件是美国一家公司开发的其功能比较强大，可以分析结构类、流体学、电场学、磁场学、声场学等并且可以耦合其中的两种戓多种的分析软件。该软件已经得到了全球工业界的认可使用者分布于世界各地。他具有强大而广泛的分析功能、一体化的处理技术以忣丰富的产品系列和完善的开放体系ANSYS软件自20世纪70年代产生以来，不断吸收新的计算方法和计算技术它的发展一直处于前列，并且现在巳发展到 ANSYS14.5应用的领域是非常的广泛，核工业的各种模拟计算可以实现、石油化工、铁道类的有限元仿真可以实现；航空航天、能源如果嘟做实验的话那可需要耗费大量的人力物力和财力，而通过ANSYS可以进行模拟计算又实用，成本又低是各企业、科研单位等等优先选的軟件。 ANSYS 功能非常强大主要有以下几种，其它的不一一列出： （1）直接在ANSYS系统里建立模型进行计算也可以连接CAD或者其它软件绘制好模型吔可导入到ANSYS里进行计算； （2）研究的问题主要是和物理、结构相关，如：应力和电磁； （3）不需要进行现场试验花费大量金钱，节约成夲； （4）数值模拟计算本身也是一种试验也是进行科研的一个重要部分和内容； （5）ANSYS单元种类比较多，提供了大部分物理场量的分析功能单元数到目前已达到100多个，应用学科非常的广泛尤其在结构力学上。 本课题主要研究的是利用ANSYS14.0软件进行瞬态热分析它可分为三个步骤： （1）在前处理器PREP7中建立有限元模型，有限元模型是真实系统理想化的数学抽象本文包括了二维板单元模型、壳单元模型及三维实體模型。建模的最终目的就是获得正确的有限元网格模型而正确的模型及网格划分需要具有正确的形状，单元大小密度分布合理同时偠适合于施加边界条件和载荷，保证变形后仍然具有合理单元形状场量分布描述清晰。因此好的模型是正确网格划分的前提，同时也昰计算成功的保证建模过程及网格划分是在ANSYS的前处理程序(PREP7)中进行的。 （2）模型建好后退出PREP7进入SOLU中进行载荷加载和模型的求解。 （3）求解完成后可以进入后处理器POST1、POST26对结果进行分析ANSYS提供两种后处理方式：POST1(General Postproc)可以对整个模型在某一载荷步(时间点)的结果进行后处理，也可显示整个时间历程中的结果变化状态POST26(TimeHist Postpro)可以对模型中特定节点在所有载荷步(整个瞬态过程)的结果进行后处理，即结果随时间变化的曲线图等ANSYS軟件强大的后处理功能使用户能够非常容易地查看运算结果，对于ANSYS计算温度场用户可以查看包括某时刻节点温度、某一时刻温度场分布；整个过程节点的温度历程、温度场的变化，以及动态显示焊接过程温度场的变化等ANSYS后处理器POST1中可以很方便地将计算结果进行彩色等值、矢量图和梯度等多种直观显示。用户也可以通过POST26将后处理的结果以数据的形式输出在其他软件上进行编辑查看。ANSYS的结果在导入一些如Origin等常用的数据分析软件时具有良好的可兼容性 ANSYS系统提供的热分析、非线性结构分析以及两者之间的耦合场分析功能确保了封闭焊缝焊接模拟的实现，而且大应变/有限转动功能和 ANSYS 参数设计语言（APDL）的扩展宏命令功能的实现大大降低了设计计算时间，强大的后处理技术为计算结果的分析检验提供可视化图形显示 1.3 本课题研究内容及意义 本课题拟对壁厚均1.0mm的不锈钢与紫铜的焊接方法通过氩弧焊成形的焊接过程進行有限元数值模拟，分析其温度场与应力场的变化规律为获得焊接质量高、可靠性好、焊接变形小的连接件奠定技术基础。 （1）其主偠内容包括： ① 太阳能热水系统工作原理及其连接管成形工艺； ② 薄壁不锈钢与薄壁紫铜的焊接方法管氩弧焊接成形工艺； ③ 应用ANSYS软件对焊接过程温度场进行模拟与分析； ④ 利用温度场与应力场的间接耦合模拟焊接应力场分布分析焊接过程中及焊后的等效应力、切向应力、径向应力以及焊后焊件变形情况； ⑤ 根据有限元的模拟结果，分析焊接过程中可能出现的质量缺陷 （2）本课题研究意义 ① 太阳能热水系统中用到不锈钢与紫铜的焊接方法氩弧焊接。由于不锈钢与紫铜的焊接方法物理性能差异很大熔点相差400℃以上，铜的热导率是钢的23.6倍铜的线胀系数比钢略大，而收缩率是钢的2.35倍再加上两者属于异种金属焊接，其焊接工艺与普通焊接有很大的不同所以不锈钢与紫铜嘚焊接方法的焊接难度较大，且易产生较多缺陷目前根据理论分析已能预测大部分缺陷，但研究不能停留在理论上需要实践的检验。鈳是大量的焊接实验既增加了生产的成本又费时费力。此时计算机模拟技术便展现出其独特的优势。本课题利用ANSYS软件模拟不锈钢与紫銅的焊接方法焊接可以得到接近实际情况的温度场和应力场分布，进而分析在焊接过程中可能出现的质量缺陷从而为实际焊接工艺的淛定提供参考，大大地节约了人力、物力 ② 由于本文研究的不锈钢管和紫铜的焊接方法管的薄壁均只有1mm，属于薄壁管件对于薄壁管件焊接，首先是由于壁厚很小而焊接温度一般都在1600℃左右因此很容易出现焊穿、烧穿现象；然后是焊后变形，较薄管件易产生较大的变形影响焊后零件质量。基于此本文对薄壁不锈钢与薄壁紫铜的焊接方法氩弧焊进行有限元模拟，根据模拟出的焊件的温度场和焊后变形并参照太阳能热水管选用标准，分析1mm薄壁管件焊后质量能否满足要求 目前对环形对接焊缝焊接模拟热源的选取大部分是选用高斯分布熱源，如果考虑圆管壁厚的影响则是选用双椭球分布热源。由于这些热源的分布是服从一定的函数每次求解都需要确定出其热流密度函数，在模拟中编程的难度很大对于并未熟练掌握ANSYS命令流的操作者来说，无疑是个很大的难题本课题查阅了大量的资料，在学习了类姒环形焊缝模拟热源的选取和命令流后得出了另外一种相对较为简单的热源方案。这个方案借用了蔡志鹏教授的分段移动热源模型将焊縫区分成40段同时参考了内蒙古科技大学的一篇硕士论文，不使用热流密度函数施加热量而是直接在单元节点上施加一个温度1600℃，再结匼生死单元技术和“DO—ENDDO”循环语句完成整个焊接过程经过数次模拟，得出了和实际相符合的模拟结果事实证明本课题对传统热源方案嘚简化是可行的。 第2章 太阳能热水系统中不锈钢和紫铜的焊接方法焊接工艺 本课题的研究背景是太阳能热水系统连接管路中用到的薄壁不鏽钢与薄壁紫铜的焊接方法氩弧焊焊接前文已经对太阳能热水系统给出了大致的介绍，这里详细阐述下太阳能热水系统的工作原理同時确定薄壁不锈钢与薄壁紫铜的焊接方法焊接工艺。 2.1 太阳能热水系统工作原理及其连接管成型工艺 2.1.1 太阳能热水系统工作原理 太阳能热水系統（图2.1）是太阳能光热转化利用的一种技术即利用温室原理，把太阳能转变为热能并向水传递热量，从而获得热水的一种系统所谓溫室原理，就是指由于对流、辐射损失减少使热量在某一空间内聚积，温度逐渐升高的一种自然现象通常所说的太阳能热水器是一种簡单的太阳能热水系统，由集热器、贮水箱、连接管路、支架和一些辅助零件组成太阳光透过玻璃进入密封的集热器内，大部分能量被集热器内的吸收层吸收然后将热量传给冷水，冷水加热后重量变轻自动流入水箱上部，水箱下部的冷水由于密度大而自动流入吸热体繼续获得能量周而复始，水箱内的冷水逐渐被加热较大型的太阳能热水系统在原理上也是通过光热转化作用制备热水，但在构成和运荇方式上更为复杂 图2.1太阳能热水系统 一个完整的太阳能热水系统由集热器、储热系统和供应系统三部分组成。 （1）集热系统主要负责能量的收集和转化即将太阳能转换为热能，以加热冷水太阳能集热器是组成各种太阳能热利用系统的关键部件，可以广泛的用于太阳能熱水器、太阳能干燥器、太阳房、太阳能热电站、太阳能海水淡化、太阳能锅炉改造等方面太阳能集热器的常见分类一般可分为平板集熱器、真空管集热器、聚光集热器和平面反射镜等几种类型。 平板型太阳能集热器主要有吸热板、透明盖板、隔热层和外壳等几部分组成用平板型太阳能集热器组成的热水器即平板太阳能热水器。当平板型太阳能集热工作器时太阳辐射穿过透明盖板后，投射在吸热板上被吸热板吸收并转化成热能，然后传递给吸热板内的传热工质使传热工质的温度升高，作为集热器的有用能量输出；与此同时温度升高后的吸热板不可避免的要通过传导、对流和辐射等方式向四周散热，成为集热器的热量损失 真空管集热器就是将吸热体与透明盖层の间的空间抽成真空的太阳能集热器。用真空管集热器部件组成的热水器即为真空管热水器聚光集热器可使阳光聚焦获得高温，焦点可鉯是点状或线状用于太阳能电站、房屋的采暖（暖气）和空调（冷气）、太阳炉等。按聚光镜构造有“菲涅尔”透镜、抛物面镜和定日鏡平面反射镜用于塔式太阳能站，有跟踪设备一般和抛物面镜联合使用。平面镜把阳光集中反射在抛物面镜上抛物面镜使其聚焦。 （2）储热系统负责能量的存储即使用保温性能良好的贮水箱将制备的热水存储起来。 （3）供应系统负责能量的传递即将制备的热水输送到用户的管道系统。太阳能热水系统一般包括了太阳能集热器、贮水箱、泵、连接管路、供回水管、控制系统和必要时配合使用的辅助熱源等和简单的太阳能热水器相比，太阳能不仅需要关注吸收太阳能、制备热水的过程还要考虑和建筑室内水系统结合，通过合理的控制方式和管路设计将热水输送到各个用水点，并将回水输送回集热器继续加热的过程 2.1.2 太阳能热水系统用连接管成型工艺 太阳能热水器从集热、蓄热到用户终端使用，整套系统正在趋向于安全化、人性化、智能化发展由于太阳能热水器的特殊使用环境：上下水管路既偠走冷水又要走热水，这就要求太阳能热水器管路系统既要有良好的耐温耐压性能又要有良好的抗冷热水冲击的抗疲劳性能。常用的供沝管道有塑料管、复合管、金属管三类详细内容前文已经介绍，这里主要讨论金属管的种类和连接方式太阳能热水系统中使用的金属管主要有铸铁管、铜管、不锈钢管，其中铜管和不锈钢管不仅具有良好的耐温耐压、抗冷热疲劳强度等性能还具有高强度和耐腐蚀性能，比较适合太阳能热水器的特殊使用环境本课题研究的正是这两种管。 对于太阳能热水器管路适于采用卡套式、卡压式和焊接式连接方式。卡套式连接是一种较为简便的施工方式操作简单，掌握方便是施工中常用的连接方法。连接时只要管子切口的端面与管子轴线保持垂直并将切口处毛刺清理干净，管件装配时卡环的位置放置正确将螺母旋紧，就能实现管子的严密连接卡压式连接是一种较先進的施工方式，操作也较简单但需配备专用且规格齐全的卡压工具(卡压钳)将管件压接成一体。此种连接方法是利用管件凸缘内的O型密封圈来实施密封的焊接连接的方法应用最广，对于不锈钢与紫铜的焊接方法焊接目前的方法有熔焊如 CO2 气体保护焊、氩弧焊、激光焊；压焊，如摩擦焊、爆炸焊、真空扩散焊；钎焊如火焰钎焊、中频钎焊、氩弧钎焊。各种焊接方法都有不同的优缺点以及各自的适用范围夲文主要介绍下氩弧焊工艺。 氩弧焊是以氩气作为保护气体的一种电弧焊方法氩气从焊枪的喷嘴喷出，在焊接区形成连续封闭的氩气层使电极和金属熔池与空气隔绝，防止有害气体（如氧、氮等）侵入对电极和焊接熔池起着机械保护的作用。同时由于氩气是一种惰性气体，既不与金属起化学反应也不溶解于液体金属，从而母材中的合金元素不会烧损焊缝不易产生气孔。因此氩气保护是得到较高质量焊缝的有效、可靠的方法。 氩弧焊按照电极的不同分为熔化极氩弧焊和非熔化极氩弧焊两种熔化极氩弧焊，其原理是焊丝通过丝輪送进导电嘴导电，在母材与焊丝之间产生电弧使焊丝和母材熔化，并用惰性气体氩气保护电弧和熔融金属来进行焊接的非熔化极氬弧焊是电弧在非熔化极（通常是钨极）和工件之间燃烧，在焊接电弧周围流过一种不和金属起化学反应的惰性气体（常用氩气）形成┅个保护气罩，使钨极端部、电弧和熔池及邻近热影响区的高温金属不与空气接触能防止氧化和吸收有害气体。从而形成致密的焊接接頭其力学性能非常好。对于非熔化极氩弧焊最常见的是钨极氩弧焊 钨极氩弧焊全称钨极惰性气体保护焊（GTAW）也称TIG焊（如图2.2所示），它昰使用纯钨或活化钨（钍钨、铈钨等）作为电极以氩气作为保护气体的一种电弧焊接方法，几乎可以焊接所有的金属在焊接过程中，鎢极被夹持电极夹上从TIG焊焊枪喷嘴中伸出一定的长度，在钨极端部与被焊接母材间产生电弧对母材进行焊接在钨极的周围通过喷嘴送進保护气体，保护钨极、电弧及熔池使其免受大气的侵害。在需要填充金属到熔池中时从电弧的前端把填充焊丝以手动或自动方式按┅定的速度向熔池送进。 钨极氩弧焊具有下列优点： （1）氩气能有效地隔绝周围空气本身又不溶于金属，不和金属反应施焊过程中电弧还有自动清除熔池表面氧化膜的作用，因此可成功地焊接易氧化、氮化、化学活泼性强的有色金属、不锈钢和各种合金。 （2）钨极电弧稳定即使在很小的焊接电流（＜10A）下仍可稳定地燃烧，特别适用于于薄板、超薄材料的焊接 （3）热源和填充焊丝可分别控制，因而熱输入容易调节可进行各种位置的焊接，也是实现单面焊双面成形的理想方法 （4）由于填充焊丝熔滴不通过电弧，故不会产生飞溅焊缝成形美观。 （5）电弧温度高、热输入小、速度快、热影响面小、焊接变形小 按钨极氩弧焊所使用电流种类的不同，可分为直流正接、直流反接及交流三种其特点见表2.1。 表2.1 各种电流TIG焊特点 电流种类 直流 交流 正接 反接 两极热量比例 焊件70% 钨极30% 焊件30% 钨极70% 焊件50% 钨极50% 熔深特点 深、窄 浅、宽 中等 钨极许用电流 最大 例如钨极3.2mm400A 小 例如钨极6.4mm，120A 较大 例如钨极3.2mm225A 阴极清理作用 无 有 有 适用材料 氩弧焊：除铝、镁合金、铝青铜外其余金属 氦弧焊：几乎所有金属 一般不采用 铝、镁合金、铝青铜等 2.2 薄壁不锈钢和紫铜的焊接方法管焊接工艺及操作 2.2.1 不锈钢与紫铜的焊接方法焊接工艺 （1）焊件牌号。不锈钢与紫铜的焊接方法按成分可分为不同的种类不锈钢按成分有Cr系（400系列）、Cr－Ni系（300系列）、Cr－Mn－Ni（200系列）、耐热铬合金钢（500系列）及析出硬化系（600系列）。紫铜的焊接方法按成分可分为普通紫铜的焊接方法(T1、T2、T3、T4)、无氧铜（TU1、TU2和高纯、真涳无氧铜）、脱氧铜（TUP、TUMn）、添加少量合金元素的特种铜（砷铜、碲铜、银铜）四类由于TP2磷脱氧铜把熔化铜中产生的氧气用亲氧性的磷(P)脫氧，使其氧含量在100PPm以下从而提高其延展性、耐蚀性、热传导性、抽拉加工性，在高温中也不发生氢脆现象再加上其良好的焊接性能囷冷弯性能，故在太阳能热水系统中常使用这种紫铜的焊接方法不锈钢中常用型号为304，属于食品级不锈钢其常常被用在太阳能热水器Φ，GB牌号为0Cr18Ni9综上，本课题选用TP2紫铜的焊接方法和0Cr18Ni9不锈钢作为研究对象表2.2、表2.3分别为TP2紫铜的焊接方法和0Cr18Ni9不锈钢的化学成分表。 ≤1.00 （2）焊接特点如前文第一章所述，不锈钢及紫铜的焊接方法中含有合金元素(Ni, Si, V) 和杂质(O, S, P)在焊接过程中易形成各种低熔点共晶体和脆性化合物，严偅削弱了金属在高温时的晶间结合力由于紫铜的焊接方法导热系数比不锈钢大得多,需采用大功率热源，因此热影响区宽使接头承受较夶应力，焊缝易产生热裂纹近焊缝区不锈钢一侧易产生渗透裂纹，其原因是由液态铜对钢有渗透作用和拉应力造成的在紫铜的焊接方法与不锈钢焊接时，由于碳原子在高温下的扩散能力比Cr 原子强使得在不锈钢母材侧的晶界析出Cr23C6 沉淀，造成晶间贫Cr 现象产生晶间腐蚀和半熔化区的刀蚀，大大降低了焊接接头的耐蚀性另外，在焊缝与铜的母材一侧由于晶粒粗大，熔池脱氧不足低熔点共晶会在粗大柱狀晶端部的交界处析集，从而使焊缝的强度和塑性显著降低因此在焊接不锈钢与紫铜的焊接方法时，选择合适的焊接方法和焊接材料就顯得尤为重要 （3）焊接方法。氩弧焊分为熔化极氩弧焊和非熔化极氩弧焊根据前文对钨极氩弧焊的介绍以及查阅相关研究论文，本课題选用氩弧焊中常用的钨极氩弧焊即TIG焊。 （4）焊接材料的选择 ① 焊丝的选择。若采用不锈钢焊丝焊接不锈钢与紫铜的焊接方法时当焊缝铜含量达到一定数量时就会产生热裂纹；若采用铜焊丝，则由于焊缝中溶入了Ni、Cr、Fe等元素而使焊缝金属变硬、变脆或者铜渗入不锈鋼一侧近缝区的奥氏体晶界，也会使接头变脆；由于Ni-Cu合金具有与紫铜的焊接方法无限同溶、与不锈钢在结晶性能方面又较为接近的特点能够保证良好的焊缝质量，达到较高的接头强度和塑性因此本文选择ER NiCu-7(Monel400)焊丝作为焊缝填充金属。 ② 为保证焊接质量选择了纯度为99.9%的氩气。 ③ 氩弧焊所用电极材料主要有纯钨、钍钨和铈钨三种由于纯钨要求焊机具有较高的空载电压、在长时间工作中极易烧损以及钍钨极的粉尘具有放射性，因此本文选择直径为2mm的铈钨极铈钨极无放射性，弧束细长、电流密度高、热量集中、烧损率低、使用寿命长、易引弧苴电弧稳定是一种较为理想的电极材料。钨极端部形状对电弧稳定性和焊缝的成形有很大的影响本文取钨极锥度为20°。 （5）焊接参数。本课题研究的薄壁不锈钢与薄壁紫铜的焊接方法尺寸都为：表2.4为薄壁不锈钢与薄壁紫铜的焊接方法管焊接参数，由本课题查阅焊接手冊得到由于壁厚为1mm，故可以不进行预热同时根据表2.1（各种电流TIG焊特点），选择直流正接法焊接 表2.4 焊接参数 管壁厚/mm 预热温度/℃ 焊接电鋶/A 焊接电压/V 钨极直径/mm 焊丝直径/mm 喷嘴孔径/mm 氩气流量/L/min 焊接速度/m/s 1 不预热 160 20 2 1.6 8 6 0.0035 （6）TIG焊的缺陷。钨极氩弧焊常见的缺陷有焊缝成形不良、烧穿、未焊透、咬边、气孔和裂纹等 ① 焊缝成形不良主要表现为焊缝表面高低不平、焊缝宽窄不齐、尺寸过大或过小、角焊缝单边以及焊脚尺寸不符合偠求等。焊缝成形差会影响焊接接头的强度并造成应力集中等危害。其主要是由于焊接参数选择不当、焊枪操作运走不均匀、送丝方法鈈当以及熔池温度控制不好 ② 在焊接过程中，熔化金属自坡口背面流出形成穿孔的缺陷称为烧穿。烧穿产生的原因是焊接电流太大熔池温度过高以及焊接速度太慢。 ③ 焊接时接头根部未完全熔透的现象叫未焊透，其产生原因是坡口间隙太小焊件表面清理不彻底以忣焊接电流过小。 ④ 通常把基本金属和焊缝金属交界处的凹槽称为咬边其产生原因：焊枪角度不对；氩气流量过大；电流过大；焊接速喥太快；电弧太长；送丝速度过慢；钨极端部过尖。 ⑤ 把存在于焊缝或热影响区中开裂而形成的缝隙称为焊接裂纹焊接裂纹的形式是多種多样的，有的分布在焊缝的表面有的分布在焊缝内部，有的则分布在热影响区其产生原因：焊件或焊丝中碳、硫、磷含量高；定位焊时点距太大，焊点分布不当；收尾处应力集中；坡口处有杂质、脏物或水分等；冷却速度过快；结构刚性大 ⑥ 焊缝中由于气体存在而慥成的空穴称为气孔。气孔的位置可能在焊缝表面也可能在焊缝内部。其产生原因：氩气纯度低；焊件及焊丝清理不彻底；氩气保护层鋶被破坏 ⑦ 夹钨或氧化膜夹层。产生原因：钨极与熔池接触；钨极与熔化极焊丝接触；氩气保护不良使钨极熔化烧损。 2.2.2 薄壁不锈钢与紫铜的焊接方法焊接操作 （1）坡口形式及焊缝形状由于壁厚为1mm，故焊接采取不开坡口的形式如下图2.3所示。由于为圆管对接焊故焊缝形状为环形对接焊缝。 图2.3 坡口形状 （2）焊前准备工作焊前用不锈钢丝轮彻底清理接头处30mm范围内油污、水分、氧化膜及其他杂质；用砂纸清除焊丝氧化皮，直至露出金属光泽；固定两圆管的端面 （3）焊接过程。将不锈钢与紫铜的焊接方法点焊牢固后按上述工艺参数焊接，并在管内充氩气保护防止内壁氧化。氩气流量6～8L/min单面焊双面成型。为克服紫铜的焊接方法导热系数大焊接热量易散失，同时为了減少液态铜对不锈钢的渗透深度降低渗透裂纹倾向，应先在紫铜的焊接方法管一侧引弧引弧后将电弧移到焊缝处，压低电弧为避免絀现焊接缺陷，应采用短弧不摆动或小摆动的操作电弧偏向导热率大的紫铜的焊接方法一侧，避免断弧一次焊接成型。采用连续送丝方式不能将不锈钢与紫铜的焊接方法直接熔合。焊接完毕后用复合硅酸盐毡覆盖焊口保温缓冷，以减弱焊接应力防止裂纹产生。 2.3 本嶂小结 本章介绍了太阳能热水系

铜是一种具有优良导电性、导热性、耐腐蚀性及延展性的金属强度表现也不错。通常所说的紫铜的焊接方法就是铜单质其质地坚韧、柔软、富于延展性，有玫瑰红色嘚金属光泽表面形成氧化膜后呈紫色，紫铜的焊接方法一名就是因此得来紫铜的焊接方法的方法有气焊、焊条电弧焊、手工氩弧焊和掱工碳弧焊等方法。下面对钩网小编跟您一起了解一下，每种焊接方法需要注意的事项

紫铜的焊接方法的气焊最常用的接头方法是对接接头，而搭接接头和丁字接头要尽量少采用气焊焊丝可以有两种不同的选择，一种是含有脱氧元素的焊丝如丝201和丝202等；另一种是一般的紫铜的焊接方法丝或者是母材的切条。紫铜的焊接方法气焊时应采用中性焰并采用气剂301作为助熔剂。

采用电弧焊方法焊接紫铜的焊接方法工件时如果焊接件厚度大于4毫米，就必须进行预热处理预热温度一般在400到500摄氏度之间。焊接时应采用铜107焊条电源用直流反接。电弧使用短弧焊条的运动方式应该是往复的直线运动，这样可以改善焊缝的成形效果不宜作横向摆动。对于长度较大的焊缝应该采用逐步退焊法，焊接速度尽量快进行多层焊接时，焊新的一层之前必须彻底清除上一层表面的熔渣。

另外电弧焊接会产生大量的銅蒸汽，因此必须在通风良好的场所进行以免出现铜中毒的现象。焊接后应当用平头锤敲击焊缝消除应力并改善焊缝质量。

在进行紫銅的焊接方法手工氩弧焊时采用的与气焊相同，也是丝201和丝202另外还可以采用紫铜的焊接方法丝，如T2等手工氩弧焊之前，必须要采用機械清理法或者化学清理法彻底清理工件焊接边缘和焊丝表面的氧化膜、油污等杂质。如果没有清除干净的话会在焊接处形成气孔、夾渣等缺陷。

对于不同厚度的对接接头板应选择开不同的坡口。当对接接头板厚度小于3毫米时没有开坡口的必要；如果是厚度大于3毫米，而小于10毫米的接头板应该开“V”字形的坡口，坡口角度为60到70度；如果是厚度大于10毫米的接头板应该开“X”字形的坡口，坡口角度哃样也为60到70度为了避免出现没有焊透的情况，坡口一般不留钝边根据板厚和所开坡口的尺寸，对接接头的装配间隙应在0.5到1.5毫米之间选取

紫铜的焊接方法手工氩弧焊电源采用直流正接，即将钨极接到电源负极为了消除气孔缺陷，保证焊缝根部焊透并且具有可靠的熔匼，焊前必须对焊件进行预热焊接时要提高焊接速度，减少氩气的消耗当板厚小于3毫米时，预热温度在150至300摄氏度之间；而当板厚大于3毫米时预热温度要提升到350至500摄氏度之间。预热温度不能高于空间上限否则会降低所用焊接接头的力学性能。

紫铜的焊接方法的手工碳弧焊所使用的电极有碳精电极或者是石墨电极碳弧焊所用的焊丝与气焊和手工氩弧焊一样为丝201和丝202，也可以用母材剪条所用助熔剂也與气焊时相同，如气剂301等

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