微束等離子弧具備能量密度高、外形挺直、作用范圍小且穩(wěn)定等特點(diǎn),可以應(yīng)用在超薄板、小尺度精密焊接上,在金屬材料表面微熔、表面拋光等處理上有巨大潛力。但是微束等離子弧在作用過程中物理現(xiàn)象復(fù)雜,且受到諸多因素影響,很難直接通過實(shí)驗(yàn)手段測得其物理場分布和影響因素的作用。隨著仿真模擬技術(shù)的快速發(fā)展,利用數(shù)值仿真來解決該問題變得可以實(shí)現(xiàn)。本文就實(shí)際中所采用的PLASMA-FIX51微束等離子發(fā)生器的焊槍結(jié)構(gòu)與實(shí)驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行數(shù)值模擬研究,確定各影響因素的作用效果。首先,根據(jù)磁流體動力學(xué)原理,利用商用仿真軟件COMSOL建立二維微束等離子弧模型,模型一比一還原實(shí)際中焊槍結(jié)構(gòu),在確定合適的邊界條件后,研究在輸入電流為直流的條件下,微束等離子弧的電場特性、磁場特性、溫度場特性以及流動場特性。詳細(xì)闡述了微束等離子弧中各物理場的分布特性及其獨(dú)特的機(jī)械壓縮效應(yīng)、電磁壓縮效應(yīng)和熱壓縮效應(yīng)。其次,模擬研究了工藝參數(shù)和微束等離子炬的結(jié)構(gòu)參數(shù)對于物理場分布的影響,其中包括輸入電流、離子氣和保護(hù)氣的流量、微束等離子弧作用距離以及薄壁噴嘴的內(nèi)縮徑、鎢極形狀和尺寸等因素。并簡要研究了在施加脈沖的條件下,微束等離子弧溫度場的時變特性以及其具有滯后性的特點(diǎn)。最后,通過光譜測定法對模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性和精度進(jìn)行了驗(yàn)證。基于自行搭建的光譜信息采集平臺,使用點(diǎn)掃描法對微束等離子弧進(jìn)行定點(diǎn)定位信息提取,結(jié)合美國國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對光譜信息進(jìn)行標(biāo)定�；诓柶澛鲌D法將所采集的光譜信息轉(zhuǎn)化為微束等離子弧的溫度場信息,與模擬結(jié)果進(jìn)行比對,其誤差值穩(wěn)定在17%以內(nèi)。通過斯塔克展寬法分層逐點(diǎn)計(jì)算微束等離子弧中各位置的電子密度,并結(jié)合電子溫度、電子密度探討了微束等離子弧在能量輸入的特點(diǎn)。
【學(xué)位單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG456.2
【部分圖文】：

弧數(shù)值模擬研究由于其噴嘴構(gòu)造的存在，其溫度場相較于無約弧、非轉(zhuǎn)移弧、聯(lián)合弧三種狀態(tài)，不同學(xué)者采用等建立二維非轉(zhuǎn)移弧，其模型如圖 1-1 所示。通，熱平衡方程和電流連續(xù)性方程來獲得模擬結(jié)熱分布情況以及電磁力分布情況，因此可以更在模擬過程中發(fā)現(xiàn)電磁力對于速度場的影響很弧焰形態(tài)影響很大。立穩(wěn)態(tài)下的等離子焊模型，耦合了溫度場和流數(shù)值模擬，并利用 LaserStrobe 系統(tǒng)，捕捉了熔驗(yàn)證了實(shí)驗(yàn)結(jié)果與模擬預(yù)測的結(jié)果相當(dāng)接近，其

圖 1-2 穿孔等離子焊的物理模型二維和三維模型下，等離子體發(fā) 所示。通過對比二維模型和三維示了等離子體炬內(nèi)部的湍流本質(zhì)輸有重要的影響，作者認(rèn)為三維可以更好地反映放電的物理場分

圖 1-2 穿孔等離子焊的物理模型對比在二維和三維模型下，等離子體發(fā)生器的圖 1-3 所示。通過對比二維模型和三維模型，結(jié)果顯示了等離子體炬內(nèi)部的湍流本質(zhì)。經(jīng)過與熱量傳輸有重要的影響，作者認(rèn)為三維模型可維模型可以更好地反映放電的物理場分布信息

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前9條

1 王曉霞;何建萍;林楊勝藍(lán);吉永豐;;等離子弧焊接電弧的溫度場和流場研究現(xiàn)狀[J];輕工機(jī)械;2015年05期

2 孟建兵;徐文驥;董小娟;尹占民;;基于多物理環(huán)境順序耦合法的聯(lián)合弧特性分析[J];焊接學(xué)報;2011年08期

3 石s

本文編號：2833356