本文關(guān)鍵詞：超薄板微束等離子弧焊散熱條件的研究

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【摘要】：薄板焊接,尤其是超薄板焊接時(shí),面臨的最主要的問(wèn)題就是燒穿和變形。厚度小于0.2 mm的金屬薄板在電子行業(yè)、醫(yī)療器械、航空航天、精密儀表以及日常生活用品領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。因此,超薄超細(xì)件制品的精密焊接技術(shù)就得到越來(lái)越多的重視,得到廣泛的研究。在超薄板微束等離子弧焊接過(guò)程中,對(duì)焊接的熱輸入要求非常的嚴(yán)格,焊接過(guò)程難以控制。超薄板焊接成形質(zhì)量的好壞除了與焊接熱輸入量有關(guān)外,還與焊接過(guò)程的散熱條件有關(guān)。由于焊接過(guò)程中的散熱情況復(fù)雜性,許多理論還未研究清楚,通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)方法則會(huì)大大提高科研成本,需要花費(fèi)大量的金錢(qián)、時(shí)間和人力物力。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,采用有限元方法對(duì)焊接過(guò)程的數(shù)值模擬進(jìn)行分析得到了廣泛的研究和應(yīng)用。本文詳細(xì)論述了微束等離子弧焊技術(shù)研究現(xiàn)狀和薄板焊接中存在的特殊問(wèn)題的原因及解決方案等。在研究中,通過(guò)數(shù)值分析的方法,對(duì)超薄板微束等離子弧焊焊接過(guò)程中散熱條件進(jìn)行分析研究,并對(duì)超薄板微束等離子弧焊焊接工藝進(jìn)行優(yōu)化處理。本文首先根據(jù)0.1 mm超薄板微束等離子弧焊接實(shí)際工裝情況,建立了帶有裝配夾具的超薄板焊接瞬態(tài)數(shù)值分析模型。電弧熱源模型采用經(jīng)修正的高斯熱源分布模型,夾具與焊板的接觸位置建立面面接觸對(duì)。在超薄板微束等離子弧焊時(shí),帶有壓板和墊板的焊接夾具散熱作用對(duì)焊件上的溫度分布有較大的影響。采用夾具-焊板組合模型分析焊件上的溫度分布是適宜的,有限元理論分析結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果有較好的吻合。其次研究了散熱條件對(duì)超薄板焊接溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的影響。研究表明,不同散熱條件下焊接各個(gè)階段的熱循環(huán)曲線和溫度分布云圖不同,夾具散熱對(duì)超薄板焊接加熱和冷卻過(guò)程均有影響,可以明顯降低焊縫及近焊縫區(qū)峰值溫度以及高溫停留時(shí)間,這對(duì)超薄板焊接接頭性能以及焊縫成形質(zhì)量的影響意義重大;有夾具散熱焊接和無(wú)散熱條件的超薄焊接工件的應(yīng)力和變形有較大區(qū)別,當(dāng)有夾具散熱時(shí),超薄板的殘余應(yīng)力和塑性變形量減小,變形區(qū)間較窄,相同位置的值較小,散熱可有效減小焊接變形。然后根據(jù)超薄板焊接散熱模型,分析不同參數(shù)對(duì)超薄板焊接散熱的影響。研究表明,當(dāng)其他焊接參數(shù)不變的情況下,增大接觸壓力,可以提高焊接過(guò)程散熱能力,當(dāng)接觸壓強(qiáng)增大到0.7 MPa以上時(shí),對(duì)超薄板焊接散熱的影響作用減小;當(dāng)接觸壓力不變,改變壓力分布位置即夾具約束距離時(shí),夾具約束距離越近,夾具對(duì)超薄板焊接散熱能力越強(qiáng),在裝配位置允許的情況下,壓板間距越近越好。最后根據(jù)焊接裝配參數(shù)和工藝參數(shù)對(duì)焊接過(guò)程中散熱的影響,對(duì)0.1 mm厚度的N6鎳薄板進(jìn)行微束等離子弧焊試驗(yàn),并進(jìn)行工藝優(yōu)化。研究結(jié)果表明:在超薄N6板微束等離子弧焊直流焊情況下,焊接電流3.5 A,焊接速度5 mm/s時(shí)焊縫成形質(zhì)量?jī)?yōu)良。
【關(guān)鍵詞】：超薄板 微束等離子弧焊 有限元模擬 散熱條件 工藝優(yōu)化
【學(xué)位授予單位】：上海工程技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG456.2
【目錄】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-13
• 第一章 緒論13-24
• 1.1 選題意義13-14
• 1.2 微束等離子弧焊焊接技術(shù)的研究現(xiàn)狀14-16
• 1.3 薄板焊接特殊問(wèn)題的研究現(xiàn)狀16-20
• 1.3.1 薄板焊接燒穿問(wèn)題的研究進(jìn)展16-17
• 1.3.2 薄板焊接的變形問(wèn)題的研究進(jìn)展17-20
• 1.4 薄板焊接焊縫質(zhì)量控制的研究現(xiàn)狀20-21
• 1.5 超薄板焊接散熱條件的研究現(xiàn)狀21-22
• 1.6 主要研究?jī)?nèi)容與創(chuàng)新點(diǎn)22-24
• 1.6.1 主要研究?jī)?nèi)容22-23
• 1.6.2 創(chuàng)新點(diǎn)23-24
• 第二章 基于散熱效應(yīng)拘束下的超薄板焊接模型建立24-38
• 2.1 超薄板焊接的散熱過(guò)程和影響機(jī)制24-29
• 2.1.1 超薄板焊接散熱過(guò)程25-27
• 2.1.2 超薄板焊接散熱條件的影響因素27-29
• 2.2 散熱條件對(duì)超薄板焊接的應(yīng)力變形影響機(jī)理29
• 2.3 基于散熱條件的超薄板焊接幾何模型和網(wǎng)格劃分29-34
• 2.3.1 超薄板微束等離子弧焊接幾何模型30-32
• 2.3.2 超薄板微束等離子弧焊接網(wǎng)格劃分32-34
• 2.4 超薄板焊接溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)數(shù)學(xué)模型34-36
• 2.4.1 基于散熱條件的薄板焊接溫度場(chǎng)數(shù)學(xué)模型和定解條件34-35
• 2.4.2 超薄板焊接熱彈塑性應(yīng)力場(chǎng)數(shù)學(xué)模型35-36
• 2.5 微束等離子弧焊電弧熱源模型36-37
• 2.6 本章小結(jié)37-38
• 第三章 散熱條件對(duì)超薄板焊接的溫度和應(yīng)力過(guò)程的研究38-67
• 3.1 拘束條件下超薄板焊接散熱效應(yīng)分析38-41
• 3.1.1 超薄板焊接散熱效應(yīng)產(chǎn)生的理論分析38-39
• 3.1.2 超薄板焊接夾具散熱系數(shù)的研究39-41
• 3.2 散熱條件對(duì)超薄板焊接起弧階段的影響分析41-50
• 3.2.1 起弧階段焊接熱循環(huán)對(duì)比分析41-44
• 3.2.2 起弧階段溫度分布云圖44-50
• 3.3 散熱條件對(duì)超薄板焊接收弧階段的影響分析50-56
• 3.3.1 收弧階段焊接熱循環(huán)對(duì)比分析50-52
• 3.3.2 收弧階段溫度分布云圖52-56
• 3.4 散熱條件對(duì)整體焊接情況影響分析56-62
• 3.4.1 平行于焊接方向上各個(gè)節(jié)點(diǎn)溫度隨時(shí)間變化過(guò)程56-59
• 3.4.2 垂直于焊接方向上各個(gè)節(jié)點(diǎn)溫度隨時(shí)間變化曲線59-60
• 3.4.3 焊縫中點(diǎn)位置溫度分布云圖60-62
• 3.5 散熱條件對(duì)超薄板焊接應(yīng)力和變形的影響62-64
• 3.6 散熱條件下的薄板熔池輪廓的焊接成形實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證64-65
• 3.7 本章小結(jié)65-67
• 第四章 超薄板微束等離子弧焊散熱條件參數(shù)對(duì)溫度場(chǎng)影響67-92
• 4.1 壓力大小對(duì)超薄板焊接溫度場(chǎng)的影響67-74
• 4.1.1 壓力大小對(duì)起弧階段的影響67-69
• 4.1.2 壓力大小對(duì)收弧階段的影響69-71
• 4.1.3 壓力大小對(duì)平行于焊縫方向溫度場(chǎng)的影響71-73
• 4.1.4 壓力大小對(duì)垂直于焊縫方向散熱的影響73-74
• 4.2 壓力位置對(duì)超薄板焊接溫度場(chǎng)的影響74-82
• 4.2.1 壓力位置對(duì)起弧階段的影響75-77
• 4.2.2 壓力位置對(duì)收弧階段的影響77-79
• 4.2.3 壓力位置對(duì)平行于焊縫方向溫度場(chǎng)的影響79-81
• 4.2.4 壓力位置對(duì)垂直于焊縫方向散熱的影響81-82
• 4.3 超薄不銹鋼板焊接實(shí)驗(yàn)82-84
• 4.4 超薄N6鎳板焊接試焊84-90
• 4.4.1 夾具的材料和尺寸對(duì)超薄板焊接散熱分析84-86
• 4.4.2 夾具約束距離對(duì)超薄板散熱問(wèn)題的工藝研究86-87
• 4.4.3 基于散熱條件的超薄N6鎳板工藝優(yōu)化87-90
• 4.5 本章小結(jié)90-92
• 第五章 總結(jié)與展望92-94
• 參考文獻(xiàn)94-99
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及取得的相關(guān)科研成果99-100
• 致謝100-101

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本文編號(hào)：772861