本文關鍵詞：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域的應用越來越廣，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軟件Fluent，建立了激光深熔焊熱-流耦合數(shù)學模型，研究了焊接速度、預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)值計算結果進行驗證。 計算結果表明，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性，本文模擬計算了不同預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，結果表明：流體驅動力中表面張力為主要驅動力，，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
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：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51-52
• 第5章 激光深熔焊的熔池流動驅動力計算分析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 試驗結果分析64-68
• 5.5 本章小結68-69
• 結論69-70
• 參考文獻70-75
• 致謝75

【參考文獻】

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本文編號：253073