本文關(guān)鍵詞：TIG-MAG復(fù)合熱源厚板打底焊接焊縫成形的數(shù)值模擬

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【摘要】：傳統(tǒng)的厚鋼板焊接主要采用多道焊,其中打底焊接是最重要的一道工序,決定了整個(gè)焊縫的質(zhì)量,因此本文針對打底焊工序進(jìn)行研究。厚板焊接方法主要有TIG焊和MAG焊：TIG焊電弧穩(wěn)定,焊縫的成形性好,但焊接時(shí)效率較低；MAG焊效率高,但焊接過程中電弧不穩(wěn)定,焊縫的成形性差。針對兩種焊接方式的不足,TIG-MAG復(fù)合熱源厚板焊接工藝可以發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn),并實(shí)現(xiàn)高效高速的焊接,因此具有重要的研究意義。目前,TIG-MAG復(fù)合熱源焊接工藝的研究主要采用試驗(yàn)的方法,即通過改變工藝參數(shù),觀察焊縫成形質(zhì)量來優(yōu)化工藝參數(shù),而對于其過程物理機(jī)制方面研究較少。但復(fù)合熱源焊接的工藝參數(shù)較多,僅通過實(shí)驗(yàn)的方式來優(yōu)化工藝參數(shù)需要大量的人力和財(cái)力,采用“數(shù)值模擬+實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證”是高效開發(fā)和優(yōu)化TIG-MAG復(fù)合熱源焊接工藝的有效途徑。本文基于fluent軟件,從傳熱學(xué)和流體動力學(xué)角度出發(fā),建立了合理的TIG-MAG復(fù)合熱源厚板打底焊接焊縫成形過程的三維瞬態(tài)數(shù)值分析模型。模型中采用簡化的熔滴過渡模型來描述熔滴過渡,采用雙橢球熱源模型來描述熱源,使用VOF方法追蹤熔池內(nèi)液態(tài)金屬和空氣兩相的自由界面,從而確定焊縫的形狀。研究重點(diǎn)考慮熔池內(nèi)溫度場和流體流動模式對焊縫成形的影響。模型綜合考慮了熔滴熱焓、電弧壓力、表面張力以及熔池浮力對焊縫成形的影響,能夠較準(zhǔn)確的計(jì)算出焊縫成形的過程。本模型為TIG-MAG復(fù)合熱源厚板焊接物理機(jī)制的研究及工藝參數(shù)的優(yōu)化提供理論依據(jù)以及數(shù)據(jù)參考,具有工程應(yīng)用價(jià)值和學(xué)術(shù)研究價(jià)值。利用所建立模型,對不同焊接條件下的焊接過程進(jìn)行了計(jì)算,同時(shí)依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果和模擬結(jié)果的對比,對模型進(jìn)行了驗(yàn)證。根據(jù)計(jì)算得到的熔池內(nèi)溫度場和流體流場的分布,分析了其對焊縫成形的影響機(jī)制,得到了MAG焊接過程中未熔透和焊瘤缺陷形成時(shí)的流動模式。研究結(jié)果表明,相比于單MAG熱源焊接,TIG-MAG復(fù)合熱源焊接過程中,后置的TIG熱源擴(kuò)大了熔池長度,改變了熔池內(nèi)液態(tài)金屬的溫度場以及流動模式,從而能夠形成合格的背面余高和熔寬,有效防止了缺陷的產(chǎn)生。文章最后探討了焊接速度對復(fù)合熱源焊接焊縫成形過程的影響規(guī)律。研究表明,當(dāng)焊速增加到750mm/min時(shí),未焊透缺陷又重新產(chǎn)生。焊縫截面形狀尺寸以及焊縫背面整體成形的模擬結(jié)果跟試驗(yàn)結(jié)果吻合較好,驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)確性。
【關(guān)鍵詞】：TIG-MAG復(fù)合焊接 焊縫成形 數(shù)值模擬 流體流動
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG444
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-19
• 1.1 課題研究背景及研究意義9-10
• 1.2 厚板打底焊焊接工藝10
• 1.3 厚板打底焊焊縫成形過程10-11
• 1.3.1 打底焊接焊縫成形形貌10-11
• 1.3.2 流場對焊縫成形的影響11
• 1.3.3 數(shù)值模擬在焊接中的應(yīng)用11
• 1.4 焊縫成形數(shù)值模擬的研究現(xiàn)狀11-17
• 1.4.1 自由表面追蹤技術(shù)12-13
• 1.4.2 焊縫成形數(shù)值模擬的國內(nèi)研究現(xiàn)狀13-15
• 1.4.3 焊縫成形數(shù)值模擬的國外研究現(xiàn)狀15-17
• 1.5 主要研究內(nèi)容17-19
• 2 TIG-MAG復(fù)合熱源厚板打底焊接計(jì)算模型的建立19-30
• 2.1 TIG-MAG復(fù)合熱源厚板打底焊接焊縫成形的數(shù)學(xué)模型19-22
• 2.1.1 MAG熱源模型19-20
• 2.1.2 TIG熱源模型20
• 2.1.3 簡易熔滴過渡模型20-22
• 2.2 控制方程22
• 2.2.1 質(zhì)量守恒方程22
• 2.2.2 能量守恒方程22
• 2.2.3 動量守恒方恒22
• 2.3 初始條件與邊界條件22-24
• 2.3.1 初始條件22-23
• 2.3.2 邊界條件23-24
• 2.4 三維模型的建立與網(wǎng)格的劃分24-26
• 2.5 焊接材料熱物性參數(shù)26-27
• 2.6 fluent中求解設(shè)置27-29
• 2.7 本章小結(jié)29-30
• 3 TIG-MAG復(fù)合熱源打底焊接數(shù)值分析模型的驗(yàn)證30-35
• 3.1 TIG-MAG復(fù)合熱源厚板打底焊接工藝30
• 3.2 TIG-MAG復(fù)合熱源厚板打底焊接數(shù)值分析模型的驗(yàn)證30-34
• 3.3 本章小結(jié)34-35
• 4 TIG-MAG復(fù)合熱源打底焊接焊縫成形過程的分析35-56
• 4.1 單MAG條件下焊縫成形形貌及其過程分析35-46
• 4.1.1 焊接電流為280A時(shí)焊縫成形過程的計(jì)算36-41
• 4.1.2 焊接電流為320A時(shí)焊縫成形過程的計(jì)算41-45
• 4.1.3 焊接電流對單MAG焊接焊縫成形過程的影響45-46
• 4.2 TIG-MAG復(fù)合熱源條件下焊縫成形形貌及過程分析46-55
• 4.2.1 焊接條件4下焊縫成形過程的計(jì)算47-51
• 4.2.2 焊接條件5下焊縫成形過程的計(jì)算51-53
• 4.2.3 焊接條件6下焊縫成形過程的計(jì)算53-54
• 4.2.4 焊接速度對復(fù)合熱源打底焊接焊縫成形過程的影響54-55
• 4.3 本章小結(jié)55-56
• 結(jié)論56-58
• 參考文獻(xiàn)58-61
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況61-62
• 致謝62-63

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：788920