【摘要】：等離子弧切割(PAC)以其高效、應(yīng)用范圍廣、切割面光潔以及熱變形小等特點(diǎn),成為最常用的熱切割方法之一,但它在中/厚板切割應(yīng)用時(shí)仍存在大量的工藝難題,如坡口斜角大、掛渣多等。磁再約束等離子弧切割是一種優(yōu)化和改進(jìn)的熱切割工藝方法,它通過外加磁場(chǎng)來改變等離子弧的物理特性,優(yōu)化等離子弧與工件之間的熱量和動(dòng)量交換過程,從而改善切割質(zhì)量,但目前已有的相關(guān)研究都停留在工藝試驗(yàn)以及薄板切割方面,還缺乏對(duì)中/厚板磁再約束等離子弧切割工藝的深入研究。在國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào):E51375173)、廣東省工業(yè)高新技術(shù)領(lǐng)域科技計(jì)劃項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào):2013B010402007)等項(xiàng)目的資助下,本文以縱向磁場(chǎng)再約束空氣等離子弧切割工藝為研究對(duì)象,以提高中/厚板切割質(zhì)量和降低二次加工成本為研究目的,將數(shù)值模擬和工藝實(shí)驗(yàn)相結(jié)合,研究了基本切割工藝參數(shù)和外加縱向磁場(chǎng)對(duì)切割過程及切口質(zhì)量的影響規(guī)律。論文首先闡述了課題背景,分析了等離子弧切割工藝的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì),重點(diǎn)分析了磁再約束等離子弧切割技術(shù)的研究進(jìn)展。然后,針對(duì)現(xiàn)有研究的不足之處,提出了磁再約束等離子弧切割工藝的數(shù)值模擬方法,基于磁流體動(dòng)力學(xué),建立控制方程組,設(shè)計(jì)了合適的計(jì)算區(qū)域并定義了邊界條件,建立了切割等離子弧與工件統(tǒng)一分析的數(shù)值模型。其次,基于SIMPLE算法,采用Fluent軟件研究了切割電流、氣體流量等重要過程參數(shù)和外加縱向磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度對(duì)電弧等離子體的溫度場(chǎng)、流場(chǎng)及工件熔化區(qū)域分布等的影響規(guī)律。最后,通過等離子弧切割工藝實(shí)驗(yàn)和高速攝影研究,對(duì)切割工藝過程進(jìn)行了分析,探索了基本切割工藝參數(shù)(切割電流、氣體流量、切割速度等)和磁場(chǎng)裝置的勵(lì)磁電流對(duì)切口質(zhì)量(坡口斜角、表面粗糙度、切口寬度等)的影響規(guī)律。數(shù)值模擬為切割工藝優(yōu)化提供了理論依據(jù),工藝實(shí)驗(yàn)也驗(yàn)證了數(shù)值模型的可靠性。結(jié)果表明,切割電流和氣體流量會(huì)顯著影響切割等離子弧的溫度場(chǎng)和速度場(chǎng),它們會(huì)通過改變等離子弧對(duì)工件的熱輸入和動(dòng)量輸入來影響切口成形質(zhì)量;噴嘴高度和切割速度都會(huì)對(duì)切割質(zhì)量造成一定的影響,合適的參數(shù)值才能保證高質(zhì)量的切口;當(dāng)外加縱向磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度較小時(shí),電弧等離子體的溫度場(chǎng)和軸向速度分量變化較小,但周向速度分量會(huì)隨磁感應(yīng)強(qiáng)度增大而明顯增大,旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)提高了切割等離子弧的穩(wěn)定性和挺度,改變了工件兩側(cè)的受熱平衡,可用來控制工件切口的坡口斜角。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG483

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 張新;王振民;李遠(yuǎn)茂;徐德祥;李孟;;縱向磁場(chǎng)在磁控電弧技術(shù)中的應(yīng)用研究[J];電焊機(jī);2013年12期

2 張新;王振民;方小鑫;;精細(xì)等離子弧切割實(shí)現(xiàn)方法及進(jìn)展[J];焊接技術(shù);2013年10期

3 王城;陳塘;查俊;白冰;夏維東;;軸向磁場(chǎng)對(duì)焊接電弧作用的數(shù)值模擬研究[J];高電壓技術(shù);2013年07期

4 胡惠芬;;提高數(shù)控等離子切割機(jī)易耗件使用壽命方法研討[J];造船技術(shù);2013年03期

5 方小鑫;王振民;佘欣仁;潘成熔;張新;;50kW級(jí)高性能等離子體逆變器設(shè)計(jì)及其實(shí)驗(yàn)研究[J];電焊機(jī);2013年05期

6 殷咸青;孫江濤;張建勛;;縱向磁場(chǎng)作用下的鎢極氬弧焊電弧溫度場(chǎng)[J];西安交通大學(xué)學(xué)報(bào);2013年03期

7 ;現(xiàn)代切割技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用[J];機(jī)械制造文摘(焊接分冊(cè));2012年02期

8 李浩;;第三代等離子切割技術(shù)[J];現(xiàn)代焊接;2011年11期

9 田君國;鄧晶;李要建;徐永香;盛宏至;;自由燃燒電弧的磁流體動(dòng)力學(xué)數(shù)值模擬[J];力學(xué)學(xué)報(bào);2011年01期

10 常云龍;楊旭;李大用;李多;;外加縱向磁場(chǎng)作用下的TIG焊接電弧[J];焊接學(xué)報(bào);2010年04期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 周前紅;直流電弧等離子體炬的數(shù)值模擬[D];復(fù)旦大學(xué);2009年

2 黎林村;磁分散電弧等離子體的實(shí)驗(yàn)研究與數(shù)值模擬[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2008年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 王亞妮;縱向磁場(chǎng)對(duì)TIG電弧影響的研究[D];西安理工大學(xué);2009年

，

本文編號(hào)：2562225