【摘要】：本文通過分析鎂合金的焊接特性,熔滴受力以及熔滴過渡數(shù)值模擬理論,并結(jié)合磁流體動(dòng)力學(xué)理論以及Navier-Stokes方程,利用UDF(User Define Function)二次開發(fā)程序?qū)Z31B鎂合金DE-GMAW(Double Electrode Gas Metal Arc Welding)以及GMAW(Gas Metal Arc Welding)焊接熔滴過渡進(jìn)行數(shù)值模擬。首先,本文利用ANSYS14.5軟件的Geometry模塊建立DE-GMAW熔滴過渡模型,借助流體分析模塊Fluent,軟件的外置接口UDF二次開發(fā)程序,在GMAW焊絲端部高斯電流密度分布的基礎(chǔ)上,對(duì)DE-GMAW焊絲端部的電流密度分布進(jìn)行修改,在保證主路電流230A條件下,分別模擬了旁路電流為0A、105A、180A時(shí)熔滴過渡的整個(gè)過程,并對(duì)不同旁路電流條件下的熔滴的尺寸以及過渡頻率進(jìn)行分析,計(jì)算了不同旁路電路下,熔滴內(nèi)部壓力場(chǎng)、熔滴內(nèi)部溫度場(chǎng)、熔滴表面的速度場(chǎng)、電流密度分布的分布狀態(tài)。為了讓模擬的數(shù)據(jù)為焊接試驗(yàn)提供一定的理論依據(jù),本文模擬了旁路電流從0A增加至180A,每次增加5A,并將模擬后的結(jié)果通過origin8.0軟件進(jìn)行處理,模擬出來的結(jié)果顯示,隨著旁路電流的增減,熔滴過渡的時(shí)間、過渡頻率、熔滴的尺寸都將發(fā)生變化。其次,為了對(duì)比DE-GMAW與傳統(tǒng)GMAW兩種焊接方法,本文模擬了旁路電流為0A時(shí),主路為230A的鎂合金DE-GMAW熔滴過渡,以及主路電流為230A的傳統(tǒng)鎂合金GMAW焊接熔滴過渡,最終的模擬結(jié)果顯示,在230A焊接電流作用下,鎂合金GMAW焊接熔滴過渡時(shí)間為8.3ms,熔滴尺寸為1.15mm,熔滴過渡類型為射滴過渡,熔滴的形狀為球形;在同樣的焊接電流下,鎂合金DE-GMAW焊接熔滴過渡時(shí)間為13.6ms,熔滴的形狀為橢球形,熔滴過渡類型可以近似為大滴過渡。傳統(tǒng)的GMAW焊接熔滴過渡的速率更快,這與TIG焊槍的添加導(dǎo)致焊絲端部的流場(chǎng)分布不均有關(guān)。最后,為了驗(yàn)證模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性,利用CCD圖像采集系統(tǒng)拍攝熔滴過渡圖片,并利用圖像處理技術(shù)獲取在不同的時(shí)刻的熔滴尺寸,通過試驗(yàn)結(jié)果與圖像處理的結(jié)果對(duì)比,計(jì)算偏差率,最終的模擬結(jié)果與試驗(yàn)圖像處理結(jié)果基本吻合,該數(shù)值模擬方法在一定程度上可以為焊接試驗(yàn)提供一定的理論依據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：南昌大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG457.1
【圖文】：

圖 1.1 AZ31B 熱物理性能參數(shù)與溫度的關(guān)系 DE-GMAW焊接技術(shù)研究現(xiàn)狀焊接是一個(gè)涉及到焊絲熔化與母材加熱、熔滴內(nèi)部電磁力分布、焊絲縫冷卻、液態(tài)金屬在熔池中的流動(dòng)等復(fù)雜物理化學(xué)現(xiàn)象的傳熱傳質(zhì)的，各種焊接方法層出不窮，非熔化極的單旁路耦合熔化極惰性氣體保uble Electrode Gas Metal Arc Welding DE-GMAW)作為一種新型的高質(zhì)量、高性價(jià)比的高速焊接方法誕生于美國肯塔基大學(xué)，該焊接方法實(shí)質(zhì)熔化極氣體保護(hù)焊(Gas Metal Arc Welding GMAW 簡(jiǎn)稱 MIG)焊接基礎(chǔ)來，通過十字滑塊機(jī)構(gòu)將 MIG 與 TIG 焊槍組合在焊接小車上，由 G為主路，豎直安裝在十字滑塊上，與工件垂直，鎢極惰性氣體保護(hù)焊gstenArc Welding GTAW 簡(jiǎn)稱 TIG)作為旁路來分流一部分主路電流，其如圖 1.2 所示。該焊接方法分流主路電流來減小流經(jīng)母材的電流，這可的熔化速率加快，又可以減少母材的熱輸入，該焊接方法可以減小焊力和焊后變形，使焊接質(zhì)量得到有效的控制[14]。圖 1.2 中通過焊絲的焊

圖 1.2 DE-GMAW 焊接原理圖 圖 1.3 DE-GMAW 焊槍組合幾何參數(shù)1.4熔滴過渡數(shù)值模擬理論發(fā)展現(xiàn)狀GMAW 焊采用的是可熔化的焊絲做電極，焊接電流可以采用直流反接或者直流正接的接線形式，直流反接就是工件接負(fù)極，焊絲正極，直流正接則相反，焊絲在受到電流與電壓的熱作用下熔化并產(chǎn)生熔滴。目前，實(shí)現(xiàn)熔滴過渡的可控化是提高焊接過程穩(wěn)定性和焊接質(zhì)量的重要方針，各種氬弧焊或者復(fù)合氬弧焊的發(fā)展方向都是朝著自動(dòng)化、智能化、可控化。為了實(shí)現(xiàn)可控的熔滴過渡形態(tài)，必須掌握傳統(tǒng)的 GMAW 焊接熔滴過渡的形式以及作用機(jī)制，比如短路過渡的成因、滴狀過渡、射滴過渡、射流過渡、旋轉(zhuǎn)射流過渡等是如何形成的，以及每一種過渡形式適用的焊接材料、焊接場(chǎng)合等，而決定過渡形式的參數(shù)有很多，包括焊接電流、焊接電壓、保護(hù)氣體的成分、保護(hù)氣體的流速、大氣壓強(qiáng)、焊接母材等。在尋找更加合理的焊接組合參數(shù)方面，焊接數(shù)值模擬是一種很好的手段，經(jīng)過半個(gè)多世紀(jì)的研究與發(fā)展，就模擬熔滴過渡提出了以下幾種理論[25]。

圖 1.2 DE-GMAW 焊接原理圖 圖 1.3 DE-GMAW 焊槍組合幾何參數(shù)1.4熔滴過渡數(shù)值模擬理論發(fā)展現(xiàn)狀GMAW 焊采用的是可熔化的焊絲做電極，焊接電流可以采用直流反接或者直流正接的接線形式，直流反接就是工件接負(fù)極，焊絲正極，直流正接則相反，焊絲在受到電流與電壓的熱作用下熔化并產(chǎn)生熔滴。目前，實(shí)現(xiàn)熔滴過渡的可控化是提高焊接過程穩(wěn)定性和焊接質(zhì)量的重要方針，各種氬弧焊或者復(fù)合氬弧焊的發(fā)展方向都是朝著自動(dòng)化、智能化、可控化。為了實(shí)現(xiàn)可控的熔滴過渡形態(tài)，必須掌握傳統(tǒng)的 GMAW 焊接熔滴過渡的形式以及作用機(jī)制，比如短路過渡的成因、滴狀過渡、射滴過渡、射流過渡、旋轉(zhuǎn)射流過渡等是如何形成的，以及每一種過渡形式適用的焊接材料、焊接場(chǎng)合等，而決定過渡形式的參數(shù)有很多，包括焊接電流、焊接電壓、保護(hù)氣體的成分、保護(hù)氣體的流速、大氣壓強(qiáng)、焊接母材等。在尋找更加合理的焊接組合參數(shù)方面，焊接數(shù)值模擬是一種很好的手段，經(jīng)過半個(gè)多世紀(jì)的研究與發(fā)展，就模擬熔滴過渡提出了以下幾種理論[25]。

【參考文獻(xiàn)】

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1 樊丁;盛文文;黃健康;石s

本文編號(hào)：2765513