磁控焊接技術(shù)作為一種優(yōu)化焊接工藝的方法通過對電弧與熔池施加外加磁場來改變電弧的能量分布以及熔池的流動與傳熱過程,對焊接質(zhì)量的提高有著極為重要的作用。因此,采用科學(xué)的方法建立焊接電弧與熔池的數(shù)學(xué)模型,分析電弧在縱向磁場下的形態(tài)及能量分布以及熔池在電磁攪拌下的傳熱與流動特性,預(yù)測其對焊縫成形、熔池形貌的影響對實(shí)現(xiàn)焊接過程的智能化有著重要的理論意義與指導(dǎo)價(jià)值。本文基于能量守恒的基本原理,結(jié)合流體動力學(xué)方程和麥克斯韋方程組建立了GTAW二維軸對稱電弧穩(wěn)態(tài)模型與三維熔池瞬態(tài)模型。模擬了縱向磁場作用下鎂合金焊接電弧與熔池的傳熱過程及流動特性,并采用無量綱分析法對熔池內(nèi)浮力、自發(fā)電磁力、表面張力、外加電磁力等驅(qū)動力的相對作用強(qiáng)弱以及單獨(dú)作用下對熔池形貌的影響進(jìn)行了系統(tǒng)研究。通過完成合理的網(wǎng)格劃分,設(shè)定合理的邊界條件,編譯復(fù)雜的源項(xiàng)程序后,采用SIMPLE系列算法對守恒方程進(jìn)行求解,最后通過實(shí)驗(yàn)與已發(fā)表的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)來驗(yàn)證模型的合理性。模擬結(jié)果表明:施加外加縱向磁場后焊接電弧中心溫度升高,等離子體流速下降,當(dāng)縱向磁場強(qiáng)度達(dá)到0.03T時(shí),高速旋轉(zhuǎn)的電弧在其根部產(chǎn)生徑向擴(kuò)張和中心空洞,造成沿軸線的正壓力梯度... 

【文章來源】：沈陽工業(yè)大學(xué)遼寧省

【文章頁數(shù)】：87 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 課題背景與研究意義
    1.2 電磁控制焊接過程的研究進(jìn)展
    1.3 電磁控制GTAW焊接過程的數(shù)值模擬研究進(jìn)展
        1.3.1 焊接電弧的模擬研究現(xiàn)狀
        1.3.2 焊接熔池的模擬研究現(xiàn)狀
        1.3.3 焊接電弧-熔池耦合模型的研究現(xiàn)狀
    1.4 本文研究的主要內(nèi)容
第2章 縱向磁場作用下焊接電弧與熔池模型
    2.1 二維穩(wěn)態(tài)軸對稱電弧等離子體模型的建立
        2.1.1 柱狀坐標(biāo)系下的控制方程組
        2.1.2 源項(xiàng)的處理
        2.1.3 求解域的建立與邊界條件
        2.1.4 網(wǎng)格劃分
        2.1.5 材料熱物性參數(shù)
    2.2 三維瞬態(tài)焊接熔池模型的建立
        2.2.1 笛卡爾坐標(biāo)系下的控制方程組
        2.2.2 源項(xiàng)的處理
        2.2.3 求解域的建立與網(wǎng)格劃分
        2.2.4 邊界條件
        2.2.5 材料熱物性參數(shù)
    2.3 數(shù)值模擬的算法與程序
第3章 縱向磁場對焊接電弧行為的影響
    3.1 縱向磁場對電弧等離子體的溫度場與流場的影響
    3.2 縱向磁場作用下的電弧物理特性
        3.2.1 電弧內(nèi)部的電流密度與電勢分布
        3.2.2 電弧-熔池界面的電流密度與熱流密度分布
        3.2.3 電弧內(nèi)部與電弧-熔池界面的電弧壓力分布
    3.3 縱向磁場對焊接熱效率的影響
第4章 縱向磁場對焊接熔池傳熱與流動特性的影響
    4.1 縱向磁場作用下焊接熔池的溫度場與流場
        4.1.1 自由電弧下熔池的溫度場與流場
        4.1.2 LMF強(qiáng)度為0.01T時(shí)熔池的溫度場與流場
        4.1.3 LMF強(qiáng)度為0.02T時(shí)熔池的溫度場與流場
        4.1.4 LMF強(qiáng)度為0.03T時(shí)熔池的溫度場與流場
    4.2 縱向磁場作用下驅(qū)動力對熔池形貌的影響
        4.2.1 表面張力(Marangoni對流)
        4.2.2 自發(fā)電磁力
        4.2.3 浮力
        4.2.4 外加電磁力
    4.3 熔池內(nèi)驅(qū)動力的無量綱常數(shù)分析
第5章 電弧與熔池模型的驗(yàn)證
    5.1 電弧等離子體模型的驗(yàn)證
        5.1.1 電弧弧根變化與溫度場的驗(yàn)證
        5.1.2 等離子體流速的驗(yàn)證
        5.1.3 電弧壓力的驗(yàn)證
        5.1.4 電流密度的驗(yàn)證
    5.2 焊接熔池模型的驗(yàn)證
第6章 結(jié)論
參考文獻(xiàn)
在學(xué)研究成果
致謝



本文編號：3301018