車身上使用鋼/鋁結(jié)構(gòu)件實現(xiàn)汽車減重成為當前汽車技術(shù)的前沿和熱點,激光深熔焊具有能量密度高、焊接過程穩(wěn)定等優(yōu)點,成為鋼/鋁結(jié)構(gòu)件的重要連接方法,但鋼/鋁異種金屬在激光深熔焊過程中涉及多種物理現(xiàn)象,熔池中小孔的形成、不同金屬混合區(qū)熱力學(xué)性能參數(shù)的處理及固/液/氣多項耦合動力學(xué)行為的作用機制,目前尚不清晰。為了解鋼/鋁焊接過程中溫度場分布及熔池中流體的動力學(xué)行為,本文選取車用DP590雙相鋼和6016鋁合金作為研究對象,基于鋼上/鋁下搭接激光深熔焊接試驗觀測的熔池形貌,利用多物理場分析軟件Comsol Multiphysics5.3建立鋼/鋁異種金屬焊接二維數(shù)值模型,考慮焊接過程中產(chǎn)生的反沖壓力、表面張力及Marangoni對流對熔池流體流動的影響,采用連續(xù)函數(shù)處理Fe/Al混合區(qū)的熱力學(xué)性能參數(shù),使用水平集的方法捕捉小孔自由界面,利用Comsol軟件中的流體傳熱和層流模塊中的水平集方法模擬小孔的瞬態(tài)形成過程,使用帶EBSD和EDS探頭的掃描電鏡和光譜儀研究焊接接頭的相組成、元素分布以及焊接光譜,研究不同焊接工藝參數(shù)和物理驅(qū)動力熔池溫度場和流動行為的影響,分析熔池溫度場分布、小孔形成及能量傳... 

【文章來源】：湖南大學(xué)湖南省211工程院校985工程院校教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：88 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
符號表
第1章 緒論
    1.1 引言
    1.2 小孔傳熱行為與形貌研究現(xiàn)狀
    1.3 氣/液界面追蹤技術(shù)
    1.4 異種金屬激光焊接熔池動力學(xué)行為研究
    1.5 本文研究的主要內(nèi)容
第2章 激光深熔焊過程中物理學(xué)分析基礎(chǔ)及試驗設(shè)備與方案
    2.1 激光深熔焊的傳熱傳質(zhì)過程及理論
        2.1.1 熱作用階段
        2.1.2 表面熔化階段
        2.1.3 氣化階段
    2.2 激光焊接的熔池流動過程
    2.3 激光焊接熔池中流體的作用力
        2.3.1 熔池的表面張力
        2.3.2 熔池的熱浮力
        2.3.3 熔池的反沖壓力
    2.4 激光深熔焊熔池流體力學(xué)基本方程
    2.5 試驗材料
    2.6 試驗設(shè)備
        2.6.1 光纖激光器
        2.6.2 焊接機器人
        2.6.3 光譜儀
    2.7 試驗方案
        2.7.1 孔外金屬蒸氣光譜試驗
    2.8 檢測方法
    2.9 本章小結(jié)
第3章 激光深熔焊過程中的數(shù)值計算與分析
    3.1 Comsol Mutiphysics5.3軟件的基本介紹
        3.1.1 軟件介紹
        3.1.2 軟件的特點和功能
        3.1.3 軟件的應(yīng)用
    3.2 模型的基本假設(shè)
    3.3 雙相鋼和鋁合金熔化時的固/液界面處理模型
        3.3.1 Fe/Al混合界面處的熱力學(xué)參數(shù)處理方法
        3.3.2 鋼和鋁固/液兩相連續(xù)模型
        3.3.3 鋼和鋁固/液界面控制方程
    3.4 氣/液界面追蹤模型
        3.4.1 異種金屬激光焊接過程中的Level-Set模型
        3.4.2 氣/液兩相連續(xù)模型
        3.4.3 氣/液界面質(zhì)量守恒方程
        3.4.4 氣/液界面動量方程
        3.4.5 氣/液界面能量方程
        3.4.6 小孔壁面受力分析
    3.5 物理模型邊界條件
        3.5.1 小孔氣/液界面邊界條件
        3.5.2 小孔氣/液壁面邊界條件
        3.5.3 小孔界面速度邊界條件
        3.5.4 小孔自由界面法向壓力邊界條件
        3.5.5 Comsol軟件建立異種金屬焊接小孔數(shù)學(xué)模型
    3.6 熱-流耦合數(shù)學(xué)模型的驗證
    3.7 激光深熔焊過程中熔池的溫度場和流場特征
        3.7.1 熔池的溫度場特征
        3.7.2 熔池的流場特征
    3.8 本章小結(jié)
第4章 不同焊接工藝參數(shù)以及Maraongoni對流對熔池溫度場的影響
    4.1 不同焊接工藝參數(shù)對熔池溫度場的影響
        4.1.1 焊接功率對熔池溫度場的影響
        4.1.2 焊接速度對熔池溫度場的影響
        4.1.3 添加粉末對熔池溫度場的影響
    4.3 不同Marangoni系數(shù)對熔池溫度場的影響
    4.4 焊接接頭的EBSD分析
    4.5 本章小結(jié)
第5章 不同焊接工藝參數(shù)以及物理驅(qū)動力對熔池行為的作用機理
    5.1 不同焊接工藝參數(shù)對熔池流場的影響
        5.1.1 焊接功率對熔池流場的影響
        5.1.2 焊接速度對熔池流場的影響
        5.1.3 添加粉末對熔池流場的影響
    5.2 熔池驅(qū)動力對熔池行為的影響
        5.2.1 不同Marangoni系數(shù)對流場的影響
        5.2.2 反沖壓力對熔池流動的影響
    5.3 焊接接頭能譜(EDS)分析
    5.4 添加粉末對金屬蒸氣光譜的作用
    5.5 本章小結(jié)
結(jié)論與展望
參考文獻
致謝
附錄A 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及專利


【參考文獻】：
期刊論文
[1]熔焊熱過程與熔池行為數(shù)值模擬的研究進展[J]. 武傳松,孟祥萌,陳姬,秦國梁.  機械工程學(xué)報. 2018(02)
[2]焊接熔池流體動力學(xué)行為的數(shù)值模擬和實驗研究[J]. 史平安,萬強,顏怡霞,沈顯峰.  材料熱處理學(xué)報. 2017(08)
[3]激光深熔焊熔池三維瞬態(tài)行為數(shù)值模擬[J]. 夏勝全,何建軍,王巍,呂學(xué)超,張彤燕.  中國激光. 2016(11)
[4]添加Sn-5%Zr粉末對激光焊接鋼/鋁顯微組織和性能影響[J]. 周惦武,劉元利,李寧寧,徐少華,劉金水.  中國激光. 2015(05)
[5]鋁/鋼TIG熔釬焊溫度場和流場數(shù)值模擬[J]. 宋洋,張旭超,郝曉虎,董紅剛.  焊接. 2014(07)
[6]高強度鋼在汽車輕量化和安全器件上的應(yīng)用[J]. 馬鳴圖,吳娥梅.  新材料產(chǎn)業(yè). 2014(07)
[7]添加Sn粉激光焊接鋼/鋁合金異種金屬的顯微組織與性能[J]. 周惦武,彭艷,徐少華,劉金水.  金屬學(xué)報. 2013(08)
[8]不銹鋼薄板高速激光焊駝峰焊道形成傾向及其影響因素[J]. 裴瑩蕾,單際國,任家烈.  金屬學(xué)報. 2012(12)
[9]界面捕捉中耦合Level-set與VOF算法[J]. 楊強,周進,吳海燕,孫明波.  航空計算技術(shù). 2012(04)
[10]鋼/鋁異種金屬預(yù)置Si粉的光纖激光焊接[J]. 王濤,周惦武,彭艷,張屹,陳根余.  中國激光. 2012(03)

博士論文
[1]激光深熔焊接過程的數(shù)值模擬與等離子體控制研究[D]. 張盛海.南京航空航天大學(xué) 2014

碩士論文
[1]雙相鋼/鋁合金激光焊添加粉末的焊接行為及機理研究[D]. 盧源志.湖南大學(xué) 2016
[2]鋁/鋼異種金屬CMT焊熔池溫度場及流場的研究[D]. 姚鶴.江蘇科技大學(xué) 2016
[3]激光深熔焊接瞬態(tài)小孔內(nèi)部可壓縮金屬蒸汽動力學(xué)行為研究[D]. 李文.華中科技大學(xué) 2015
[4]激光深熔焊過程熔池流動特性數(shù)值模擬與分析[D]. 張芙蓉.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2014
[5]基于VOF方法激光深熔焊接小孔行為的數(shù)值分析[D]. 張健.蘭州理工大學(xué) 2014
[6]高功率激光焊接釘子頭焊縫的數(shù)值模擬與試驗研究[D]. 廖生慧.湖南大學(xué) 2014
[7]激光深熔焊接厚板細長小孔瞬態(tài)形成過程模擬研究[D]. 陳曉鋒.湖南大學(xué) 2014
[8]激光焊接小孔內(nèi)部三維可壓縮金屬蒸汽/等離子體動力學(xué)數(shù)值模擬[D]. 陳偉東.華中科技大學(xué) 2013
[9]基于高速攝像技術(shù)的光纖激光焊接過程研究[D]. 孟宣宣.華中科技大學(xué) 2011
[10]基于動網(wǎng)格的激光焊接小孔演變過程模擬[D]. 彭陽春.華中科技大學(xué) 2009



本文編號：3633631