本文關(guān)鍵詞：基于TIG焊的激光-TIG復(fù)合等離子體的模擬研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：激光-電弧復(fù)合焊是一種全新、高效的焊接技術(shù)。因焊接的模擬環(huán)境含有多物理場的耦合,如電、磁、流場等,非常復(fù)雜。本文應(yīng)用ANSYS軟件,模擬了YAG/CO2激光-TIG同軸復(fù)合等離子體,并得出以下結(jié)論。依照磁流體力學(xué)理論,使用ANSYS有限元軟件,建立三維TIG單弧焊模型。研究分析焊接電流、氣流量和弧長等工藝參數(shù)對TIG電弧的影響,求得電場、磁場、流場條件下的計(jì)算結(jié)果:隨著焊接電流的增加,電弧電流密度、磁感應(yīng)強(qiáng)度、電磁力、電弧溫度和等離子體流動速度均逐漸升高,并呈均勻變化趨勢;隨著氣流量的增加,電弧向內(nèi)發(fā)生收縮,電弧溫度有些降低,而電弧等離子體流動速度升高;隨著電弧弧長的增加,電弧等離子體流動速度有增加,而電弧的溫度有降低。通過采用激光表面高斯熱源模型,得出激光照射到母材表面的溫度分布云圖;通過激光的逆軔致輻射作用,模擬出陽極上方的激光等離子體的溫度分布。在TIG焊模型的基礎(chǔ)上,建立激光-TIG同軸復(fù)合模型。根據(jù)YAG/CO2激光穿過電弧的能量變化規(guī)律,計(jì)算YAG/CO2激光-TIG復(fù)合等離子體特性。與TIG單弧焊相比,因激光的加入,YAG激光-TIG復(fù)合等離子體的高溫區(qū)分布于陰極和陽極附近兩個區(qū)域,其電流密度也主要集中于陰極區(qū)和陽極區(qū)附近,流動速度呈上升趨勢,且在陽極表面呈渦旋狀;而CO2激光-TIG復(fù)合等離子體的高溫區(qū)沿電弧弧柱中心軸線分布,電流密度在沿弧柱中心軸線方向很密集,流動速度在弧柱區(qū)域呈明顯增大趨勢。最后,綜述了本文的重點(diǎn)內(nèi)容和重要結(jié)論,概述激光-電弧復(fù)合等離子體模擬時碰到的一些問題,及之后模擬的發(fā)展趨向。
【關(guān)鍵詞】：激光-TIG復(fù)合模型 ANSYS軟件 溫度場 等離子體
【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG44
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 緒論10-21
• 1.1 激光-電弧復(fù)合焊接技術(shù)及特點(diǎn)10-11
• 1.1.1 激光-電弧復(fù)合焊接技術(shù)10-11
• 1.1.2 激光-電弧復(fù)合焊接特點(diǎn)11
• 1.2 激光-電弧復(fù)合類型11-13
• 1.3 激光-電弧復(fù)合作用機(jī)理13-14
• 1.4 激光-電弧復(fù)合焊模擬熱源模型及應(yīng)用14-19
• 1.4.1 電弧部分熱源模型14-15
• 1.4.2 激光-TIG/GMAW復(fù)合熱源模型及數(shù)值模擬應(yīng)用15-19
• 1.5 本課題研究的主要內(nèi)容和意義19-21
• 第二章 激光-TIG復(fù)合等離子體理論及有限元分析21-30
• 2.1 等離子體基礎(chǔ)理論21
• 2.2 傳熱學(xué)理論描述21-23
• 2.2.1 熱傳導(dǎo)22
• 2.2.2 對流22-23
• 2.2.3 熱輻射23
• 2.3 流體動力學(xué)理論方程23-26
• 2.3.1 電磁場方程24
• 2.3.2 流體力學(xué)方程24-26
• 2.4 數(shù)值方法26-27
• 2.4.1 有限差分法26
• 2.4.2 有限體積法26-27
• 2.4.3 有限元法27
• 2.5 有限元模擬軟件27-29
• 2.5.1 有限元軟件分類27-28
• 2.5.2 ANSYS有限元軟件28-29
• 2.6 本章小結(jié)29-30
• 第三章 不同參數(shù)下TIG電弧等離子體模擬分析30-45
• 3.1 基本假設(shè)和控制方程30-32
• 3.1.1 電弧模型假設(shè)條件30
• 3.1.2 控制方程30-32
• 3.2 氬氣物理參數(shù)32-33
• 3.3 計(jì)算區(qū)域、網(wǎng)格劃分及求解思路33-35
• 3.3.1 計(jì)算區(qū)域33-34
• 3.3.2 網(wǎng)格劃分34-35
• 3.3.3 求解思路35
• 3.4 邊界條件35-36
• 3.4.1 電場邊界條件35-36
• 3.4.2 磁場邊界條件36
• 3.4.3 流場邊界條件36
• 3.5 影響電弧特性的因素36-44
• 3.5.1 基本參數(shù)的選擇36
• 3.5.2 焊接電流對電弧等離子體模擬影響36-41
• 3.5.3 氣流量對電弧等離子體模擬影響41-43
• 3.5.4 弧長對電弧等離子體模擬影響43-44
• 3.6 本章小結(jié)44-45
• 第四章 激光焊接熱源模型加載理論45-52
• 4.1 激光焊分類及特點(diǎn)45-47
• 4.1.1 激光焊的分類45-46
• 4.1.2 激光焊的特點(diǎn)46-47
• 4.2 激光器的分類及應(yīng)用特性47
• 4.3 兩種波長作用下激光吸收率的分析47-51
• 4.3.1 母材表面溫度分布48-49
• 4.3.2 YAG激光等離子體溫度分布49-51
• 4.4 本章小結(jié)51-52
• 第五章 激光-TIG復(fù)合等離子體模擬分析52-61
• 5.1 激光-TIG復(fù)合電弧模型52-54
• 5.2 YAG激光-TIG復(fù)合等離子體模擬54-57
• 5.2.1 溫度場模擬結(jié)果54
• 5.2.2 電場模擬結(jié)果54-56
• 5.2.3 速度場模擬結(jié)果56-57
• 5.3 CO_2激光-TIG復(fù)合等離子體模擬結(jié)果57-59
• 5.3.1 溫度場模擬結(jié)果57-58
• 5.3.2 電場模擬結(jié)果58-59
• 5.3.3 速度場模擬結(jié)果59
• 5.4 TIG焊、YAG/CO_2激光-TIG復(fù)合焊等離子體的比較59-60
• 5.5 本章小結(jié)60-61
• 第六章 全文總結(jié)和發(fā)展趨勢61-64
• 6.1 全文總結(jié)61-62
• 6.2 激光復(fù)合焊模擬中的問題及發(fā)展趨勢62-64
• 參考文獻(xiàn)64-69
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及所取得的研究成果69-70
• 致謝70-71

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