【摘要】：熔化極氣體保護(hù)焊(GMAW)是當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的焊接方法之一,其具有優(yōu)質(zhì)高效、生產(chǎn)成本低、自動化程度高等優(yōu)點。為進(jìn)一步提高傳統(tǒng)單絲氣保焊的熔敷效率,一種新型的GMAW焊接方法--纜式焊絲氣保焊應(yīng)運(yùn)而生,其具有高效、節(jié)能、優(yōu)質(zhì)等優(yōu)點,其設(shè)備簡單、易實現(xiàn)焊接自動化,尤其適合船舶等大型厚板焊接。本文基于FLUENT對纜式焊絲氣保焊電弧以及熔滴過渡行為進(jìn)行了數(shù)值模擬,同時開展驗證試驗對焊接電弧及熔滴過渡進(jìn)行高速攝像拍攝,驗證了計算結(jié)果的準(zhǔn)確性。本研究揭示了纜式焊絲氣保焊的電弧產(chǎn)熱產(chǎn)力機(jī)理、熔滴過渡動態(tài)過程以及焊接溫度場的分布規(guī)律,對推廣纜式焊絲氣保焊奠定了重要的理論基礎(chǔ)。根據(jù)纜式焊絲接觸電阻的關(guān)系推導(dǎo)出中間絲占總電流的13%,外圍絲占14.5%,其陽極區(qū)是由三類多極區(qū)耦合而成。根據(jù)流體動力學(xué)中的動量守恒、能量守恒、質(zhì)量連續(xù)以及麥克斯韋方程組,建立了其電弧的三維數(shù)值模型。分別計算了400A-600A電流下的電流密度、溫度場、速度場、壓力以及電勢的分布情況。結(jié)果表明:焊接電弧的電流密度、溫度場、速度場、電弧壓力以及電勢均隨著焊接電流的增大而增加。焊接電流每增大50A,其電弧最高溫度提高約1280-1300K,最大等離子流速提升約37-50m/s。其電弧峰值壓力均出現(xiàn)在陽極區(qū)處,陽極區(qū)比陰極區(qū)的壓強(qiáng)高約65Pa-90Pa。結(jié)合實測數(shù)據(jù),焊接過程中電弧陽極區(qū)會降壓2-4V,陰極區(qū)降壓約15V。計算了15-35L/min氣流量下纜式焊絲氣保焊電弧的溫度場、速度場以及電弧壓力的變化情況。氣流量每增大10L/min,焊接電弧的等離子流速提升21%-29%,陽極區(qū)的最大壓力約增大100Pa-122Pa,電弧壓力在工件表面附近的峰值壓力約增大50Pa-55Pa,其作用范圍半徑增大約1.7mm-2mm。結(jié)合計算與高速攝像試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn),纜式焊絲陽極區(qū)由7個小陽極區(qū)共同構(gòu)成,焊絲頂端電弧是多由個小弧耦合形成,隨焊接電弧向工件運(yùn)動,小弧直徑膨脹,從而耦合成一個大電弧,大電弧作用于工件及熔池。通過本研究,獲得了纜式焊絲氣保焊電弧的物理特性,為后續(xù)研究及推廣生產(chǎn)應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ)�；赩OF法建立了纜式焊絲氣保焊的三維熔滴過渡數(shù)值模型,闡述了熔滴模型的控制方程、熔滴受力以及模型求解。本文通過高速攝像試驗驗證與計算相結(jié)合的方法研究了400A-500A焊接電流下的熔滴過渡形式。結(jié)果表明,隨著焊接參數(shù)的增大,纜式焊絲氣體保護(hù)焊的熔滴尺寸減小,過渡頻率顯著增加。焊接電流每增大50A,其熔滴直徑分別下降9%以及41%,相對應(yīng)的計算結(jié)果分別下降11%以及43%,其過渡頻率分別為32Hz、47Hz以及70Hz,相對應(yīng)計算得出的過渡頻率分別為40Hz、58Hz以及78Hz,熔滴過渡方式也由排斥過渡轉(zhuǎn)變?yōu)轭w粒過渡,繼而向射滴過渡轉(zhuǎn)變。對比計算與高速攝像試驗結(jié)果,熔滴的尺寸與過渡頻率吻合良好。利用熱成像儀設(shè)備,對焊后工件表面溫度分布進(jìn)行了分析。結(jié)果表明,焊接電流電壓的增大對焊后工件表面溫度影響不大。但焊接電流每增大50A,其熔寬相應(yīng)增加1.5mm、2.5mm以及3.0mm。隨著焊后冷卻時間的增加,工件表面溫度在2.0-6.0s內(nèi)下降趨勢最快,在6.0-8.0s內(nèi)下降幅度有所減緩。焊接速度的增加,會導(dǎo)致高溫停留時間變短,熱輸入量減小,使得工件表面溫度也隨之下降。焊接速度的增大同時也會導(dǎo)致其熔寬顯著減小。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：江蘇科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TG444.72

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2296772