316LN不銹鋼是一種核電領(lǐng)域常用的結(jié)構(gòu)材料,實(shí)現(xiàn)其厚壁產(chǎn)品的窄間隙焊接能夠在提高效率的同時(shí)避免焊接變形大,焊縫耐腐蝕性差等問題。然而窄間隙焊接的可控參數(shù)眾多,對(duì)側(cè)壁、層間未熔合缺陷的敏感,且返修困難。為了保證焊接質(zhì)量,焊接參數(shù)需要達(dá)到合理的配置。本課題對(duì)316LN窄間隙TIG焊接的電弧特性和熔池行為開展了數(shù)值模擬研究,旨在深入認(rèn)識(shí)窄間隙TIG焊的基本物理過程,為焊接工藝的制定提供理論支撐。首先通過對(duì)平板對(duì)接和窄間隙坡口中的TIG電弧特性進(jìn)行數(shù)值模擬,對(duì)比分析了窄間隙坡口對(duì)電弧特性的影響。在窄間隙坡口中,由于保護(hù)氣體走向變化帶來的壓縮作用使電弧高溫區(qū)面積擴(kuò)大,等離子體與陽極壁面對(duì)流換熱更加充分,電弧熱效率得到了提高。等離子體軸向流動(dòng)速度的加快使陽極表面電弧壓力相比平板對(duì)接增加了50%以上。坡口底部形狀引起電流線走向變化,使陽極表面的電流密度偏離高斯分布。再結(jié)合窄間隙TIG焊接過程的特點(diǎn),考察了空間位置、陽極表面形狀和焊接參數(shù)對(duì)電弧特性的影響,以深入認(rèn)識(shí)窄間隙中的TIG電弧特性。發(fā)現(xiàn)電弧向側(cè)壁移動(dòng)時(shí),電弧高溫區(qū)向同側(cè)移動(dòng)且面積增大,低溫區(qū)向反方向偏移,電弧的熱效率有所降低。電弧等離子體在... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：94 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

填絲過程的簡(jiǎn)化模型

圖 1-1 填絲過程的簡(jiǎn)化模型2013 年，韓國(guó)學(xué)者 Han S W 等人[10]建立了 TIG 焊焊接熔池的 3D 模型，對(duì)焊接過程中熔池流動(dòng)的主要驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行了研究。在計(jì)算過程中分別加載浮力，電弧壓力，拖拽力，Marangoni 力等，討論了各力對(duì)熔池形成和流動(dòng)行為的影響。計(jì)算結(jié)果表明，在 TIG 焊中，Marangoni 力是主要驅(qū)動(dòng)力，浮力影響最小。2013 年，韓國(guó)學(xué)者 Cho D W 等人[11]建立了 V 形坡口 TIG 焊和 MIG 焊熔池的 3D 數(shù)值分析模型，提出 V 形坡口中施焊與平板對(duì)接焊相比，由于電流線的流向發(fā)生改變，電弧在工件表面的電流密度分布不再是旋轉(zhuǎn)對(duì)稱，而是呈一空間對(duì)稱橢圓面分布，進(jìn)而改變了熔池內(nèi)部電磁力的分布形式。在此假設(shè)下對(duì)熔池流場(chǎng)進(jìn)行了計(jì)算，計(jì)算結(jié)果與實(shí)際焊接實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合良好。圖 1-2 為電磁力修正方法及修正前后的計(jì)算結(jié)果。a) b)

池的三維數(shù)值分析模型，通過疊加高斯曲線擬合了電弧在母材表面的電流密度分布和熱流密度分布，忽略熔池的自由表面變形，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)外加縱向磁場(chǎng)降低了熔池內(nèi)部的溫度梯度，使熔池的體積擴(kuò)大，使熔池尾部的方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)，同時(shí)使熔池內(nèi)液態(tài)金屬流速增大。2015 年，韓國(guó)學(xué)者 Cho D W 等人[14]建立了 V 形坡口 MIG 填充焊 3D 數(shù)值分析模型，研究了電弧處于非對(duì)稱位置時(shí)的熔池流動(dòng)規(guī)律。通過電弧光譜診斷法獲得了焊接過程中坡口表面的溫度分布，進(jìn)而提出了偏置式的高斯熱源模型。在此基礎(chǔ)上計(jì)算的結(jié)果表明，在平焊，仰焊和立焊位置，熔池橫截面為反時(shí)針漩渦流動(dòng)，左側(cè)因?qū)α鲝?qiáng)烈熔合良好，而右側(cè)容易出現(xiàn)未熔合的缺陷。2015 年，中南大學(xué)的 Liu J W 等人[15]建立了脈沖 TIG 焊熔池的 3D 數(shù)值分析模型，研究了脈沖焊時(shí)焊縫表面魚鱗紋的形成規(guī)律。計(jì)算結(jié)果表明，周期性變化的電流使得熔池表面熱輸入，電弧壓力以及熔池內(nèi)部的電磁力周期性變化，進(jìn)而造成了熔池液態(tài)金屬的起伏，形成魚鱗紋。當(dāng)增大峰值電流時(shí)魚鱗紋較深，延長(zhǎng)峰值時(shí)間時(shí)魚鱗紋較寬，增大脈沖頻率時(shí)魚鱗紋較淺。計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)所得到的焊縫成形符合良好。圖 1-3 為魚鱗紋形成過程的計(jì)算結(jié)果。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]活性元素氧對(duì)AA-TIG焊熔池傳輸行為影響的數(shù)值模擬[J]. 樊丁,黃自成,黃健康,王新鑫,郝珍妮,黃勇.  焊接學(xué)報(bào). 2016(03)
[2]O元素分布模式與AA-TIG焊熔池形貌的數(shù)值模擬[J]. 樊丁,黃自成,黃健康,郝珍妮,王新鑫,黃勇.  焊接學(xué)報(bào). 2016(02)

碩士論文
[1]外加縱向磁場(chǎng)作用下TIG焊熔池溫度場(chǎng)和流動(dòng)的數(shù)值模擬[D]. 王聰.重慶大學(xué) 2014
[2]熱絲K-PAW焊接熔池—小孔熱場(chǎng)與流場(chǎng)動(dòng)態(tài)行為的數(shù)值分析[D]. 劉書高.江蘇科技大學(xué) 2014



本文編號(hào)：3118127