水下濕法藥芯焊絲電弧焊接（簡稱水下濕法FCAW）是一種操作簡便、適應(yīng)性好、生產(chǎn)效率高、成本低廉的水下工程結(jié)構(gòu)制造和修復(fù)技術(shù)。在當(dāng)今水下工程結(jié)構(gòu)數(shù)量越來越多、體量和復(fù)雜性不斷上升的趨勢下,它具有良好的應(yīng)用前景。但是,水下濕法FCAW工藝過程中,電弧、熔滴、氣泡、熔池和水在數(shù)十毫米的狹小空間尺度內(nèi)相互作用,涉及的物理和化學(xué)現(xiàn)象復(fù)雜,導(dǎo)致焊接過程穩(wěn)定性差、調(diào)控困難。目前,該工藝還難以保證焊縫成形的質(zhì)量和接頭性能的可靠性,限制了其在重要結(jié)構(gòu)制造中的應(yīng)用。深入了解水下濕法FCAW工藝涉及的物理現(xiàn)象和過程規(guī)律,分析水下濕法FCAW過程中熔池流動(dòng)與傳熱行為、氣泡與電弧的動(dòng)態(tài)演變以及電弧-氣泡間的相互作用,有助于對該工藝過程的調(diào)控和優(yōu)化提供理論支撐,具有重要意義。搭建了水下濕法FCAW物理過程檢測平臺。實(shí)時(shí)采集了水下濕法FCAW過程中的電弧電壓和焊接電流波形。通過視覺檢測系統(tǒng)拍攝了熔滴過渡、氣泡動(dòng)態(tài)變化以及電弧狀態(tài)的高幀率圖像。使用熱電偶檢測了工件的熱循環(huán)曲線,提出了改進(jìn)的紅外測溫系統(tǒng)。獲得了典型工藝條件下的焊縫成形。基于上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),初步分析了水下濕法FCAW工藝過程的特點(diǎn)以及水環(huán)境對其的影響。從熱... 

【文章來源】：山東大學(xué)山東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：204 頁

【學(xué)位級別】：博士

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摘要
ABSTRACT
第1章 引言
    1.1 選題意義
    1.2 水下焊接研究概況
        1.2.1 水下干法電弧焊
        1.2.2 水下激光焊
        1.2.3 水下摩擦焊
        1.2.4 水下濕法焊接
    1.3 水下濕法FCAW研究概況
        1.3.1 水下濕法FCAW工藝的特點(diǎn)
        1.3.2 水下濕法FCAW工藝過程的調(diào)控與改善
    1.4 水下焊接過程數(shù)值模擬的研究概況
        1.4.1 水下焊接熱傳導(dǎo)及應(yīng)力變形
        1.4.2 水下局部干法焊接排水過程
        1.4.3 水下焊接電弧
    1.5 當(dāng)前研究存在的問題及本文主要工作
第2章 水下濕法FCAW物理過程檢測
    2.1 水下濕法FCAW物理過程檢測平臺
        2.1.1 焊接實(shí)驗(yàn)單元
        2.1.2 電參數(shù)實(shí)時(shí)采集單元
        2.1.3 視覺檢測單元
        2.1.4 紅外測溫裝置
        2.1.5 熱電偶測溫裝置
    2.2 氣泡動(dòng)態(tài)行為
    2.3 熔滴過渡及電弧行為
    2.4 焊縫成形尺寸及特征
    2.5 紅外測溫裝置的改進(jìn)
    2.6 熱電偶測溫結(jié)果
    2.7 本章小結(jié)
第3章 水下濕法FCAW熱傳導(dǎo)過程的數(shù)值模擬
    3.1 水下濕法FCAW熱傳導(dǎo)數(shù)值模型
        3.1.1 計(jì)算區(qū)域及網(wǎng)格劃分
        3.1.2 控制方程及求解方法
        3.1.3 邊界條件和初始條件
        3.1.4 相變的計(jì)算方法
        3.1.5 FCAW熱源模型
        3.1.6 水下濕法FCAW模型的優(yōu)化
        3.1.7 工件熱物性參數(shù)
    3.2 計(jì)算結(jié)果與討論
        3.2.1 水下濕法FCAW與陸上FCAW溫度場的差異
        3.2.2 水深對水下濕法FCAW焊接的影響
        3.2.3 水流速度對水下濕法FCAW焊接的影響
    3.3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
    3.4 本章小結(jié)
第4章 水下濕法FCAW熔池流動(dòng)與傳熱過程的數(shù)值模擬
    4.1 水下濕法FCAW熔池流動(dòng)與傳熱模型
        4.1.1 計(jì)算區(qū)域及網(wǎng)格劃分
        4.1.2 VOF模型
        4.1.3 控制方程組
        4.1.4 熔渣設(shè)置
        4.1.5 動(dòng)量方程源項(xiàng)
        4.1.6 邊界條件
        4.1.7 焊接工藝參數(shù)及材料熱物性參數(shù)
    4.2 熔池受熱受力分布
    4.3 熔滴沖擊過程
    4.4 熔池動(dòng)態(tài)演變
    4.5 熔渣的影響
    4.6 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
    4.7 本章小結(jié)
第5章 水下濕法FCAW電弧與氣泡動(dòng)態(tài)演變過程的數(shù)值模擬
    5.1 水下濕法FCAW電弧及氣泡的特點(diǎn)
    5.2 水下濕法FCAW電弧及氣泡數(shù)值模型
        5.2.1 模型的簡化與假設(shè)
        5.2.2 計(jì)算區(qū)域
        5.2.3 氣—水兩相界面的“VOF+Level-Set”耦合處理
        5.2.4 控制方程組
        5.2.5 電磁場耦合方程組
        5.2.6 邊界條件
        5.2.7 求解流程與電弧產(chǎn)熱的修正
        5.2.8 PISO數(shù)值算法
        5.2.9 水下電弧的物性參數(shù)
    5.3 模擬結(jié)果與分析
        5.3.1 電弧氣泡形貌的動(dòng)態(tài)演變
        5.3.2 氣泡動(dòng)態(tài)演變的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
        5.3.3 電弧及氣泡內(nèi)的流場分析
        5.3.4 電弧溫度場動(dòng)態(tài)過程
        5.3.5 電弧熱流密度與電流密度
    5.4 本章小結(jié)
第6章 結(jié)論與展望
    6.1 結(jié)論
    6.2 展望
參考文獻(xiàn)
致謝
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攻讀博士學(xué)位期間參與的科研項(xiàng)目
附件
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本文編號：3114923