發(fā)布時間：2017-08-13 10:37

  本文關鍵詞：熱絲穿孔型等離子弧焊接熱—力耦合模型的研究

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【摘要】：穿孔型等離子弧焊接是一種高效的焊接方法,因其能不開坡口一次焊透較厚的工件而受到人們的重視。當加入熱絲填充之后,強大的等離子電弧壓力產(chǎn)生的熔池上表面下榻以及咬邊等缺陷就會得到很好的彌補。所以深入分析穿孔型等離子弧焊作用機理,研究焊接過程中小孔熔池的變化過程以及熔滴對小孔的影響,對穿孔型等離子弧焊接工藝的發(fā)展具有深遠的理論指導意義。本文首先進行了穿孔型等離子弧焊接工藝試驗,利用高速攝像的方法拍攝了不同工藝參數(shù)條件下工件背面小孔在焊接時的演變過程。通過分析發(fā)現(xiàn)在其他參數(shù)不變的條件下,焊接電流120A為等離子弧焊接持續(xù)穿透6mm厚度304不銹鋼的臨界電流。以工藝試驗為依托,分析了穿孔過程能量分配規(guī)律,提出了隨穿孔深度增加,能量逐漸衰減的熱-力耦合模型,衰減規(guī)律隨穿孔深度二次變化。利用此模型計算模擬了不同焊接工藝參數(shù)下穿孔型等離子弧焊接穿孔過程,得到了不同時刻熔池的流動狀態(tài)及小孔形狀尺寸變化,通過對比發(fā)現(xiàn)計算結果與實際結果基本吻合,并對現(xiàn)有模型進行研究,對比得出現(xiàn)有模型與改進后模型的優(yōu)缺點,為后續(xù)研究奠定了基礎。另外,本文對熱絲填充穿孔型等離子弧焊接工藝過程進行研究,采用0.5m/min與1.0m/min兩種不同的送絲速度對304奧氏體不銹鋼進行時間遞增的多次焊接,得到了不同時刻熔深及熔寬尺寸。對熔滴過渡進行高速攝像,分析發(fā)現(xiàn)熔滴過渡方式為搭橋過渡,并得到了熔滴過渡頻率以及熔滴的尺寸等。通過深入分析建立了加入熱絲之后的熱力耦合模型,通過計算模擬得到了熔滴過渡對小孔和熔池的影響,最后通過實驗驗證了計算模型的正確性。在建立熱-力耦合模型的基礎上,通過對熱絲穿孔型等離子弧焊小孔動態(tài)過程演變的研究,獲得了填充熱絲對焊接熔池及小孔的影響規(guī)律,為推廣穿孔型等離子弧焊接在工程實踐中的應用打下良好基礎,并對其工程生產(chǎn)具有較強的理論指導意義。
【關鍵詞】：熱力耦合模型 小孔 熔池 流場
【學位授予單位】：江蘇科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG456.2
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-13
• 第1章 緒論13-21
• 1.1 課題研究背景與意義13-14
• 1.2 穿孔型等離子弧焊接工藝特點14-16
• 1.3 熱絲穿孔型等離子弧焊工藝16-17
• 1.4 穿孔型等離子弧焊接數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀17-19
• 1.4.1 溫度場計算模型17
• 1.4.2 基于小孔尺寸的數(shù)學模型17-18
• 1.4.3 其他深熔焊的研究18-19
• 1.5 熔滴過渡的數(shù)值模擬19-20
• 1.6 VOF界面追蹤模型20
• 1.7 目前存在的問題及本文研究內容20-21
• 第2章 穿孔型等離子弧焊接實驗21-33
• 2.1 實驗設備及材料21-22
• 2.2 工件背面小孔圖像采集系統(tǒng)22-23
• 2.3 小孔尺寸標定23-24
• 2.4 小孔邊界提取24-30
• 2.4.1 不同電流焊接時小孔邊界25-26
• 2.4.2 隨焊接時間變化的小孔演變過程26-30
• 2.5 低于臨界電流的小孔演變過程30-31
• 2.6 本章小結31-33
• 第3章 穿孔型等離子弧焊接熱-力耦合模型33-57
• 3.1 物理模型33
• 3.2 VOF模型33-34
• 3.3 控制方程組34-36
• 3.4 初始條件與邊界條件36-37
• 3.5 表面張力37-38
• 3.6 浮力38
• 3.7 熱源模型38-39
• 3.8 網(wǎng)格劃分39-40
• 3.9 不同焊接電流條件的小孔演變過程40-54
• 3.9.1 電流為 120A時的小孔尺寸與熔池流場40-45
• 3.9.2 電流為 130A時的小孔尺寸與熔池流場45-49
• 3.9.3 電流為 140A時的小孔尺寸與熔池流場49-54
• 3.10 實驗驗證54-55
• 3.11 本章小結55-57
• 第4章 K-PAW熱-力耦合模型優(yōu)化57-65
• 4.1 熱-力耦合模型優(yōu)化57-59
• 4.1.1 熱源模型能量分配的修正57-58
• 4.1.2 電弧壓力的修正58-59
• 4.2 電流 140A時優(yōu)化模型穿孔過程59-63
• 4.2.1 不同優(yōu)化系數(shù)下的穿孔時間60-62
• 4.2.2 最優(yōu)參數(shù)下不同深度的小孔尺寸62-63
• 4.3 本章小結63-65
• 第5章 熱絲穿孔型等離子弧焊接實驗65-75
• 5.1 焊接不同時刻穿孔深度65-72
• 5.1.1 送絲速度 0.5m·min-1 不同時刻穿孔深度66-70
• 5.1.2 送絲速度 1.0m·min-1 不同時刻穿孔深度70-72
• 5.2 不同送絲速度條件下的熔滴過渡72-74
• 5.2.1 送絲速度為 0.5m·min-1 的熔滴過渡72-73
• 5.2.2 送絲速度為 1.0m·min-1 的熔滴過渡73-74
• 5.3 本章小結74-75
• 第6章 熔滴與小孔熱-力耦合模型75-83
• 6.1 物理模型75
• 6.2 熱絲計算模型75-78
• 6.2.1 焊絲加熱模型76-77
• 6.2.2 熔滴受力模型77-78
• 6.3 不同送絲速度的小孔演變過程78-82
• 6.4 本章小結82-83
• 結論83-84
• 參考文獻84-88
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文88-89
• 致謝89-90
• 附錄 190-91
• 附錄 291

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 張濤;武傳松;;穿孔等離子弧焊接熱場和流場的數(shù)值模擬[J];焊接學報;2011年07期

2 胥國祥;武傳松;秦國梁;王旭友;林尚揚;;激光+GMAW復合熱源焊焊縫成形的數(shù)值模擬 Ⅲ．電弧脈沖作用的處理與熱源模型的改進[J];金屬學報;2009年01期

3 張濤;武傳松;陳茂愛;;穿孔等離子弧焊接熔池流動和傳熱過程的數(shù)值模擬[J];金屬學報;2012年09期

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 殷鳳良;等離子弧焊接過程的數(shù)值模擬[D];天津大學;2007年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 劉達樊;CO_2激光-MIG復合熱源焊接熔滴過渡的行為分析[D];哈爾濱工業(yè)大學;2006年

2 鄭偉;等離子弧熱—力作用隨穿孔過程的實時調整[D];山東大學;2013年

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本文編號：666876