本文關(guān)鍵詞：用于調(diào)控高速GMAW熔池后向液體流的外加電磁場數(shù)值分析

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【摘要】：當(dāng)GMAW焊接速度高于一定的臨界值時,會出現(xiàn)駝峰焊道成形缺陷。國內(nèi)外學(xué)者研究發(fā)現(xiàn),高速GMAW焊接時熔池內(nèi)動量很大的后向液體流是駝峰焊道形成的主要原因。因此,通過主動向熔池施加外部磁場,利用焊接電流與外加磁場作用產(chǎn)生指向熔池前方的附加電磁力,對熔池中后向液體流的動量和流態(tài)加以調(diào)控,從而抑制或消除駝峰焊道缺陷。為了探究外加磁場對高速GMAW焊接電弧行為和熔池流態(tài)的調(diào)控機(jī)理,本文對焊接過程中的外加磁場和附加電磁力開展數(shù)值模擬。首先,根據(jù)外加勵磁裝置的布置方式,建立了焊前工件上外加磁場的三維模型,計(jì)算了不同勵磁參數(shù)下工件上外加電磁場的分布,并給予實(shí)驗(yàn)測量值進(jìn)行驗(yàn)證。然后,針對焊接過程中工件材料(Q235b)的鐵磁性質(zhì),提出熱-磁耦合分析方法,實(shí)現(xiàn)熔池內(nèi)外加電磁場的數(shù)值計(jì)算。耦合場模擬結(jié)果表明：高速焊過程中,外加磁場主要以橫向磁場分布在熔池區(qū)和電弧區(qū)；在焊接工件上,電弧直接加熱的區(qū)域磁感應(yīng)強(qiáng)度較低,而熔池前緣以外工件區(qū)域的磁感應(yīng)強(qiáng)度較高。為此,對外加磁場的作用位置進(jìn)行調(diào)整,提出了選擇合適磁弧間距的方法,以保證在熔池適當(dāng)區(qū)域內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度滿足調(diào)控要求。根據(jù)GMAW電弧區(qū)圖像,建立了外加磁場作用下焊絲端頭的導(dǎo)電液流束的偏轉(zhuǎn)模型；結(jié)合外加磁場在電弧區(qū)的分布情況,計(jì)算了不同工藝條件下電弧和液流束偏離焊絲中心的位移以及偏轉(zhuǎn)角度。并通過數(shù)字圖像處理的方法得到焊絲端頭液流束偏轉(zhuǎn)的測量值,對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。對外加磁場作用下焊接熔池受力分析,分別給出了熔池中附加電磁力計(jì)算模型和哈特曼效應(yīng)計(jì)算模型。在綜合考慮熱-磁耦合和焊絲端頭液流束偏轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)上,計(jì)算了熔池中影響熔池流動的兩種電磁體積力的分布。數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明：熔池中附加電磁力的值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于哈特曼電磁力；在熔池流態(tài)調(diào)控的分析中,可以忽略哈特曼電磁力的影響,以縱向附加電磁力Fcx的調(diào)控為主。開展了磁控高速GMAW實(shí)驗(yàn)和下坡高速GMAW實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)中勵磁電流為8.7 A的勵磁條件下產(chǎn)生的附加電磁力與15°下坡焊實(shí)驗(yàn)中熔池液體金屬的重力分量,對熔池后向液體流的減緩作用相同,都可以抑制在2.37 m/min焊接速度下產(chǎn)生的駝峰焊道。但是,下坡焊是人為故意設(shè)置的焊接條件,實(shí)際焊接生產(chǎn)中不可能在任意情況下都有下坡焊的條件,而外加磁場卻是簡便易行的熔池流態(tài)調(diào)控手段,有寬廣的工藝適用性。
【關(guān)鍵詞】：高速GMAW 外加磁場 熱-磁耦合 附加電磁力 電弧偏轉(zhuǎn) 熔池后向液體流調(diào)控
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG444.72
【目錄】：

• 摘要11-13
• ABSTRACT13-15
• 第1章 前言15-31
• 1.1 選題意義15-16
• 1.2 研究現(xiàn)狀16-29
• 1.2.1 高速GMAW駝峰焊道的形成機(jī)理16-18
• 1.2.2 外加磁場調(diào)控焊接過程18-23
• 1.2.3 高速GMAW焊接過程數(shù)值模擬23-24
• 1.2.4 外加磁場調(diào)控焊接過程的數(shù)值模擬24-29
• 1.3 本文主要內(nèi)容29-31
• 第2章 焊前工件上的外加電磁場數(shù)值計(jì)算31-43
• 2.1 外加磁場調(diào)控的高速GMAW焊接實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)31-32
• 2.2 外加電磁場數(shù)值計(jì)算模型32-35
• 2.2.1 電磁場建模與網(wǎng)格劃分32-34
• 2.2.2 電磁場控制方程及邊界條件34-35
• 2.3 焊前工件上的外加磁場分布35-41
• 2.3.1 工件上的外加磁場計(jì)算結(jié)果36-38
• 2.3.2 勵磁參數(shù)對外加磁場分布的影響38-40
• 2.3.3 磁場測量結(jié)果與計(jì)算結(jié)果對比40-41
• 2.4 本章小結(jié)41-43
• 第3章 焊接過程中熱場-外加電磁場的耦合計(jì)算43-59
• 3.1 熱-磁耦合場計(jì)算方法43-45
• 3.2 高速GMAW焊接溫度場的計(jì)算模型45-48
• 3.2.1 網(wǎng)格劃分45-47
• 3.2.2 控制方程與邊界條件47-48
• 3.3 熱-磁耦合場計(jì)算結(jié)果48-50
• 3.4 熔池內(nèi)的外加磁場分布50-55
• 3.5 電弧區(qū)域的外加磁場分布55-58
• 3.5.1 電弧區(qū)域的外加磁場計(jì)算結(jié)果55-56
• 3.5.2 勵磁參數(shù)對電弧區(qū)域外加磁場分布的影響56-58
• 3.6 本章小結(jié)58-59
• 第4章 外加磁場對電弧與熔滴過渡行為的影響59-73
• 4.1 外加磁場造成的電弧偏轉(zhuǎn)59-61
• 4.2 焊絲端頭液流束的偏轉(zhuǎn)模型61-63
• 4.3 基于液流束圖像的特征參數(shù)提取63-66
• 4.4 液流束偏轉(zhuǎn)模型的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證66-69
• 4.5 勵磁參數(shù)對液流束偏轉(zhuǎn)的影響69-70
• 4.6 本章小結(jié)70-73
• 第5章 外加磁場對熔池流態(tài)的調(diào)控73-95
• 5.1 熔池電磁力的分析73-75
• 5.2 熔池內(nèi)附加電磁力的計(jì)算模型75-77
• 5.3 哈特曼效應(yīng)計(jì)算模型77-81
• 5.4 熔池內(nèi)附加電磁力計(jì)算結(jié)果分析81-89
• 5.4.1 熔池內(nèi)附加電磁力的分布81-85
• 5.4.2 磁弧間距對附加電磁力的影響85-87
• 5.4.3 勵磁電流對附加電磁力的調(diào)控87-89
• 5.5 外加磁場調(diào)控熔池流態(tài)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證89-93
• 5.5.1 高速GMAW焊接工藝實(shí)驗(yàn)89-91
• 5.5.2 下坡焊工藝實(shí)驗(yàn)91-93
• 5.6 本章小結(jié)93-95
• 第6章 結(jié)論和展望95-97
• 6.1 結(jié)論95
• 6.2 展望95-97
• 參考文獻(xiàn)97-103
• 致謝103-104
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文104-105
• 攻讀碩士學(xué)位期間參與的科研項(xiàng)目105-106
• 附件106

【共引文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前8條

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本文編號：710282