本文關(guān)鍵詞：微束等離子弧超薄板爆接熔池動(dòng)態(tài)過程的研究

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【摘要】：在超薄板微束等離子弧焊接過程中,由于板件超薄,只有0.1mm,焊接過程難以控制,熱輸入偏大,則超薄板直接被焊穿,而熱輸入偏小,超薄板則不能被熔化。采用實(shí)驗(yàn)的方法需要花費(fèi)大量的金錢時(shí)間人力。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,使用計(jì)算機(jī)軟件對(duì)焊接熔池進(jìn)行數(shù)值分析得到了廣泛的普及。本文將通過利用ANSYS FLUENT軟件對(duì)超薄板微束等離子弧的焊接過程進(jìn)行數(shù)值分析。根據(jù)微束等離子弧超薄板焊接的工藝特點(diǎn),結(jié)合流體力學(xué)和傳熱學(xué)原理,建立了超薄板焊接熔池的瞬態(tài)數(shù)值分析模型。電弧熱源模型采用高斯熱源分布模型,綜合考慮了表面張力、電磁力、浮力以及電弧壓力等因素,添加了超薄板固態(tài)金屬的熱傳導(dǎo)、熔池內(nèi)部液態(tài)金屬質(zhì)點(diǎn)的熱傳遞、熔池與外部環(huán)境的對(duì)流輻射等條件的影響,利用焓孔隙度法處理熔池中的熔化/凝固問題。對(duì)ANSYS FLUENT軟件進(jìn)行二次開發(fā),通過編寫用戶自定義函數(shù)(UDF)將求解方程導(dǎo)入到程序中,然后采用有限體積法對(duì)控制方程組進(jìn)行離散,SIMPLE算法進(jìn)行求解,從而實(shí)現(xiàn)了超薄板微束等離子弧焊接過程的數(shù)值分析。由于超薄板受熱熔化形成熔池的時(shí)間特別短,本文首先建立了非移動(dòng)微束等離子弧超薄板焊接的瞬態(tài)模型,設(shè)置較小的時(shí)間步長,觀察超薄板受熱后溫度的傳遞,熔池的形成以及長大,熔池長大過程中力所起的作用,分別分析了表面張力、電磁力、浮力以及電弧壓力在熔池長大階段的推動(dòng)作用。其次,分析了移動(dòng)微束等離子弧超薄板的熔池動(dòng)態(tài)過程,通過設(shè)定合理的焊接時(shí)間,可以看到焊接過程中,焊接溫度場(chǎng)是隨著電弧的移動(dòng)而不斷變化的。隨著電弧的移動(dòng),熱影響區(qū)不斷變大,而焊接中心區(qū)基本保持不變即焊接熔池處于準(zhǔn)穩(wěn)態(tài),然后分析各作用力及合力在熔池非穩(wěn)態(tài)以及穩(wěn)態(tài)時(shí)刻下,對(duì)熔池中液態(tài)質(zhì)點(diǎn)的推動(dòng)作用。最后對(duì)脈沖微束等離子弧超薄板焊接進(jìn)行計(jì)算,得到了脈沖電流作用下的熔池溫度場(chǎng)、流場(chǎng)。然后對(duì)脈沖參數(shù),主要為占空比、基脈比以及脈沖頻率,進(jìn)行改變,得到了不同脈沖參數(shù)下熔池溫度場(chǎng)、流場(chǎng)的變化,推斷出在這些參數(shù)下作用下焊縫的最終形態(tài)。采用不銹鋼超薄板進(jìn)行了一定量的微束等離子弧焊接工藝試驗(yàn)。利用圖像采集系統(tǒng)采集了焊接過程中熔池的形狀與尺寸,焊后通過制作焊縫成形的照片,獲得了焊縫輪廓形狀和尺寸,將實(shí)驗(yàn)值與計(jì)算值進(jìn)行對(duì)比分析。
【關(guān)鍵詞】：超薄板 微束等離子弧焊接 數(shù)值模擬 熔池 溫度場(chǎng) 流場(chǎng)
【學(xué)位授予單位】：上海工程技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG456.2
【目錄】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-12
• 第一章 緒論12-20
• 1.1 選題意義12
• 1.2 等離子弧焊數(shù)值模擬的研究現(xiàn)狀12-19
• 1.2.1 早期發(fā)展13-14
• 1.2.2 研究現(xiàn)狀14-18
• 1.2.3 現(xiàn)階段的主要問題18-19
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容19-20
• 第二章 非移動(dòng)微束等離子弧超薄板焊接熔池的數(shù)值分析20-40
• 2.1 非移動(dòng)微束等離子弧超薄板焊接熔池的數(shù)學(xué)模型研究20-30
• 2.1.1 計(jì)算模型20-24
• 2.1.2 熔池受力分析24-26
• 2.1.3 焊接熱源的選取26-27
• 2.1.4 熱源校正27-29
• 2.1.5 網(wǎng)格劃分29-30
• 2.2 非移動(dòng)微束等離子弧超薄板焊接熔池的數(shù)值模擬計(jì)算與討論30-38
• 2.2.1 溫度場(chǎng)的分析討論30-33
• 2.2.2 流場(chǎng)的分析討論33-35
• 2.2.3 各作用力對(duì)流場(chǎng)的影響35-38
• 2.3 本章小結(jié)38-40
• 第三章 移動(dòng)微束等離子弧超薄板焊接熔池動(dòng)態(tài)過程的研究40-66
• 3.1 移動(dòng)微束等離子弧作用下的超薄板熔池焊接過程的模擬研究40-43
• 3.1.1 超薄板焊接過程溫度場(chǎng)的分析討論41-43
• 3.2 非穩(wěn)態(tài)熔池的溫度場(chǎng)和流場(chǎng)的計(jì)算分析43-53
• 3.2.1 溫度場(chǎng)的分析討論43-44
• 3.2.2 流場(chǎng)的分析討論44-47
• 3.2.3 超薄板厚度方向上的溫度場(chǎng)和流場(chǎng)47-53
• 3.3 穩(wěn)態(tài)超薄板焊接熔池的溫度場(chǎng)和流場(chǎng)的研究53-63
• 3.3.1 溫度場(chǎng)的分析討論53-54
• 3.3.2 流場(chǎng)的分析討論54-56
• 3.3.3 超薄板厚度方向上的溫度場(chǎng)和流場(chǎng)56-63
• 3.4 工藝試驗(yàn)及驗(yàn)證63-64
• 3.4.1 工藝條件63-64
• 3.4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析64
• 3.5 本章小結(jié)64-66
• 第四章 脈沖微束等離子弧超薄板焊接熔池動(dòng)態(tài)過程的研究66-86
• 4.1 脈沖微束等離子弧作用下的超薄板熔池溫度場(chǎng)、流場(chǎng)的結(jié)果分析66-71
• 4.1.1 超薄板溫度場(chǎng)結(jié)果分析67-69
• 4.1.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析69-70
• 4.1.3 超薄板流場(chǎng)結(jié)果分析70-71
• 4.2 改變脈沖參數(shù)對(duì)超薄板熔池溫度場(chǎng)和流場(chǎng)的影響71-82
• 4.2.1 提高占空比對(duì)超薄板熔池溫度場(chǎng)和流場(chǎng)的影響71-75
• 4.2.2 提高基脈比對(duì)超薄板熔池溫度場(chǎng)和流場(chǎng)的影響75-79
• 4.2.3 提高脈沖頻率對(duì)超薄板熔池溫度場(chǎng)和流場(chǎng)的影響79-82
• 4.3 熱源校正82-84
• 4.4 本章小結(jié)84-86
• 第五章 結(jié)論86-88
• 參考文獻(xiàn)88-92
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及取得的相關(guān)科研成果92-93
• 致謝93-94

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：529452