本文關(guān)鍵詞：激光深熔焊過程熔池流動特性數(shù)值模擬與分析，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：目前，隨著激光焊接工藝向多元化發(fā)展，激光器的品質(zhì)越來越高，使高速激光焊和大功率深穿透激光焊在航空航天、船舶制造和汽車制造等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣，傳統(tǒng)的激光深熔焊熔池流體流動理論已不能覆蓋現(xiàn)有激光焊的工藝范疇，對于焊接過程中出現(xiàn)的一些新的物理現(xiàn)象，尚不能夠完全解釋它們。 本文基于試驗觀測到的激光深熔焊熔池流動特性，采用有限元數(shù)值模型方法系統(tǒng)分析焊接速度、預(yù)熱等條件下的熔池流動行為，并通過對表面張力、浮力等熔池流動驅(qū)動的本質(zhì)因素出發(fā)，闡明影響熔池流動的因素及其影響規(guī)律。 利用日本大阪大學(xué)溶接研究所試驗條件進行的激光焊接熔池X射線穿透法在線監(jiān)測試驗，發(fā)現(xiàn)：高速焊接條件下，熔池中匙孔后方的漩渦形成與流體流速發(fā)生了重要改變，直接影響了焊縫中氣孔的形成。 為研究激光深熔焊流體流動行為的影響因素，本文通過三維流體力學(xué)軟件Fluent，建立了激光深熔焊熱-流耦合數(shù)學(xué)模型，研究了焊接速度、預(yù)熱條件等對熔池流體流動的影響規(guī)律，利用物理模擬實驗對數(shù)值計算結(jié)果進行驗證。 計算結(jié)果表明，焊接速度對熔池尺寸和流體流動影響顯著。隨焊接速度增加，熔池形貌發(fā)生明顯改變，熔池內(nèi)流體對流減弱，流體流動速度降低，熔池上表面溫度梯度和溫度均降低，為證明熔池流速變化與溫度梯度的相關(guān)性，本文模擬計算了不同預(yù)熱條件下的熔池溫度場特征及其對流體流動方向與流速的影響規(guī)律。計算結(jié)果表明：隨溫度梯度的增加，熔池流體流速增加，但流動方向沒有發(fā)生本質(zhì)變化。 進一步，通過模擬方法系統(tǒng)分析了表面張力、浮力等熔池流動的主要驅(qū)動力對熔池流動行為的影響，并通過試驗方法進行了驗證，結(jié)果表明：流體驅(qū)動力中表面張力為主要驅(qū)動力，，溫度梯度和外加活性元素都會對表面張力產(chǎn)生較大影響；浮力為次要驅(qū)動力，對流體流動貢獻較小，主要受熔池溫度的影響；材料熱物理性質(zhì)參數(shù)對熔池流動有一定作用，主要受溫度影響。
【關(guān)鍵詞】：激光深熔焊 熔池流動 數(shù)值模擬 溫度梯度 表面張力
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TG456.7
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-17
• 1.1 課題研究意義9
• 1.2 激光深熔焊流體流動特性研究發(fā)展9-16
• 1.2.1 激光深熔焊流體驅(qū)動行為研究9-12
• 1.2.2 激光深熔焊熔池動態(tài)行為研究12-16
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容16-17
• 第2章 激光深熔焊熔池流動特征在線監(jiān)測與受力分析17-23
• 2.1 引言17
• 2.2 激光深熔焊熔池流動行為的 X 射線穿透法在線監(jiān)測17-19
• 2.3 激光深熔焊能量的反射和吸收19-20
• 2.4 激光深熔焊熔池流動理論分析20-21
• 2.4.1 蒸汽摩擦力對熔池流動的影響20
• 2.4.2 表面張力對熔池流動的影響20-21
• 2.4.3 熱浮力對熔池流動的影響21
• 2.5 材料熱物理性質(zhì)參數(shù)對熔池流動的影響21
• 2.6 匙孔的動態(tài)平衡對熔池流動的影響21-23
• 第3章 激光深熔焊熱 - 流耦合有限元模型的建立23-41
• 3.1 引言23
• 3.2 激光深熔焊熱 - 流耦合有限元模型的建立23-29
• 3.2.1 計算模型假設(shè)23-24
• 3.2.2 控制方程組24-25
• 3.2.3 固 - 液 - 氣邊界條件及源項25-27
• 3.2.4 流體流動驅(qū)動力27
• 3.2.5 計算區(qū)域的邊界條件27-29
• 3.3 熱源模型的建立與網(wǎng)格劃分29-35
• 3.3.1 熱源模型的建立29-31
• 3.3.2 網(wǎng)格劃分31-32
• 3.3.3 數(shù)值計算方法32-35
• 3.4 熱 - 流耦合數(shù)學(xué)模型的驗證35-36
• 3.5 激光深熔焊熔池典型溫度場和流場特征36-40
• 3.5.1 溫度場特征37-38
• 3.5.2 流場特征38-40
• 3.6 本章小結(jié)40-41
• 第4章 工藝條件對激光深熔焊熔池流動的影響41-52
• 4.1 引言41
• 4.2 焊接速度對熔池溫度場和流場的影響41-47
• 4.2.1 焊接速度對熔池溫度場的影響41-44
• 4.2.2 焊接速度對熔池流場的影響44-47
• 4.3 預(yù)熱溫度對熔池溫度場和流場的影響47-50
• 4.4 材料熱物理性質(zhì)對熔池流動的影響50-51
• 4.5 本章小結(jié)51-52
• 第5章 激光深熔焊的熔池流動驅(qū)動力計算分析52-69
• 5.1 引言52
• 5.2 表面張力和浮力對熔池流動的影響52-62
• 5.2.1 表面張力溫度系數(shù)對熔池溫度場的影響54-56
• 5.2.2 表面張力溫度系數(shù)對流體流動速度的影響56-58
• 5.2.3 表面張力溫度系數(shù)對熔池流場的影響58-62
• 5.3 表面張力溫度系數(shù)對流體流線的影響62-63
• 5.4 活性劑對激光深熔焊焊縫形貌的影響63-68
• 5.4.1 試驗材料和方法64
• 5.4.2 試驗結(jié)果分析64-68
• 5.5 本章小結(jié)68-69
• 結(jié)論69-70
• 參考文獻70-75
• 致謝75

【參考文獻】

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1 楊t

本文編號：253073