本文關(guān)鍵詞：高速GMAW駝峰形成及雙絲焊抑制機(jī)理研究

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【摘要】：熔化極氣體保護(hù)焊(GMAW)因具有設(shè)備成本低、工藝簡(jiǎn)單,易于自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代生產(chǎn)制造中。利用雙絲GMAW可以抑制單絲GMAW高速焊接過(guò)程中產(chǎn)生的駝峰焊道等缺陷,從而實(shí)現(xiàn)低成本高效電弧焊接。近些年來(lái),關(guān)于單絲GMAW駝峰焊道的形成機(jī)理、雙絲GMAW熔池流動(dòng)及焊縫成形的研究,已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展,但仍有許多問(wèn)題亟需解決,例如,高速GMAW和常速GMAW熔池流動(dòng)方式的差異還沒(méi)有得到系統(tǒng)地描述;表面張力、后向液體流對(duì)駝峰形成的影響還需要系統(tǒng)地研究;需要建立雙絲GMAW的三維數(shù)值模型,研究熔池內(nèi)液態(tài)金屬的流動(dòng)方式,闡述雙絲GMAW抑制駝峰焊道形成的機(jī)理。本文基于流體力學(xué)理論建立了單絲常速GMAW、高速GMAW、雙絲GMAW焊接熔池三維數(shù)值模型,模型考慮了熔池所受到的重力、電磁力、浮力、電弧壓力、表面張力、以及熔滴的動(dòng)態(tài)沖擊作用,在能量邊界條件中考慮了熔池的輻射、對(duì)流、以及蒸發(fā)作用�；贔LOW3D軟件模擬研究獲得了常速GMAW、高速GMAW、雙絲GMAW焊接熔池的溫度場(chǎng)、速度場(chǎng)等物理場(chǎng),基于高速攝影系統(tǒng)觀察了熔池形態(tài)。論文模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn),單絲常速、高速GMAW熔池流動(dòng)模式存在本質(zhì)區(qū)別,單絲常速GMAW熔池縱截面同時(shí)存在向內(nèi)和向外兩種流動(dòng)方式,形成良好的焊縫,但隨著焊接速度的提高,熔池縱截面僅存在向內(nèi)單一流動(dòng)方式,向外流動(dòng)方式消失,形成了駝峰。模擬和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,單絲高速焊接駝峰形成的機(jī)理是液態(tài)金屬在熔池尾部堆積形成“隆起”,同時(shí)高速時(shí)液體通道的拉長(zhǎng)、收縮、提前凝固,隔斷了熔池前部與尾部的液態(tài)金屬和能量的傳遞,形成了波峰和波谷不均勻的駝峰焊道。單絲高速焊時(shí),熔池縱截面向內(nèi)流動(dòng)方式以及較大的表面張力,促進(jìn)了“隆起”的產(chǎn)生和長(zhǎng)大形成波峰。同時(shí)焊接速度增大時(shí),熔池長(zhǎng)度變長(zhǎng),表面張力的法向力容易促使焊接方向液體通道的拘束、收縮。論文模擬揭示了熔池表面張力、熔滴沖擊力等因素對(duì)駝峰形成的影響規(guī)律,隨表面張力、熔滴沖擊力的增大,越容易形成駝峰焊道,同時(shí)通過(guò)保護(hù)氣體中加入活性氣體二氧化碳來(lái)降低表面張力,實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了活性氣體保護(hù)有利于抑制出現(xiàn)駝峰焊道。論文研究了雙絲GMAW溫度場(chǎng)和速度場(chǎng)等物理場(chǎng),闡述了雙絲焊抑制駝峰形成的機(jī)理,兩根絲之間的熔池存在電弧壓力和液滴沖擊力所引起的“推-拉”流動(dòng)方式,以及表面張力所引起的向外流動(dòng)方式。“推-拉”流動(dòng)方式抑制了大量液態(tài)金屬向熔池尾部流動(dòng),降低了后向液體流的動(dòng)量,液態(tài)金屬無(wú)法在熔池尾部堆積形成“隆起”。而向外流動(dòng)方式使熔池內(nèi)的液態(tài)金屬向兩邊鋪展開(kāi)來(lái),熔寬變大,熔池受到的表面張力法向分力相對(duì)均勻,焊縫穩(wěn)定,未出現(xiàn)液體通道的收縮、提前凝固現(xiàn)象,抑制了駝峰的形成。
【關(guān)鍵詞】：單絲常速GMAW 高速GMAW 雙絲GMAW 雙橢球熱源 熔池流動(dòng) 駝峰焊道 “推-拉”流動(dòng)方式
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG444.72
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 緒論9-28
• 1.1 研究背景及意義9-10
• 1.2 研究現(xiàn)狀10-26
• 1.2.1 常速GMAW熔池流動(dòng)的數(shù)值模擬10-11
• 1.2.2 高速GMAW焊接駝峰研究現(xiàn)狀11-18
• 1.2.3 高速焊接工藝研究現(xiàn)狀18-22
• 1.2.4 雙絲GMAW研究現(xiàn)狀及應(yīng)用22-26
• 1.3 課題主要研究?jī)?nèi)容及方法26-28
• 第二章 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和模擬軟件28-39
• 2.1 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)搭建28-33
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)所用焊機(jī)29
• 2.1.2 普萊克斯焊槍29-30
• 2.1.3 保護(hù)氣體供應(yīng)系統(tǒng)30-31
• 2.1.4 高速攝影系統(tǒng)31-33
• 2.2 焊接材料33-34
• 2.3 FLOW3D軟件34-37
• 2.3.1 FLOW3D軟件的應(yīng)用34-36
• 2.3.2 FLOW3D軟件包的組成36-37
• 2.4 本章小結(jié)37-39
• 第三章 單絲常速GMAW熔池流動(dòng)的數(shù)值模擬研究39-56
• 3.1 實(shí)驗(yàn)過(guò)程39-40
• 3.2 單絲常速GMAW熔池流動(dòng)的數(shù)學(xué)模型和數(shù)值模擬40-50
• 3.2.1 單絲常速GMAW 3D笛卡爾坐標(biāo)系下的控制方程40-49
• 3.2.2 邊界條件49-50
• 3.2.3 數(shù)值計(jì)算50
• 3.3 結(jié)果和討論50-54
• 3.3.1 單絲常速GMAW熔池的形成過(guò)程50-53
• 3.3.2 單絲常速GMAW熔池的穩(wěn)定性53-54
• 3.4 本章小結(jié)54-56
• 第四章 單絲高速GMAW熔池流動(dòng)的數(shù)值模擬研究56-69
• 4.1 實(shí)驗(yàn)過(guò)程56-57
• 4.2 單絲高速GMAW熔池流動(dòng)的數(shù)學(xué)模型和數(shù)值模擬57-60
• 4.2.1 單絲高速GMAW熔池自由表面受到的電弧壓力57-58
• 4.2.2 單絲高速GMAW熱源模型的選擇58-59
• 4.2.3 邊界條件59-60
• 4.2.4 數(shù)值計(jì)算60
• 4.3 結(jié)果與討論60-67
• 4.3.1 駝峰焊道的形成機(jī)理分析60-65
• 4.3.2 后向液體流在駝峰形成過(guò)程中的作用分析65-66
• 4.3.3 表面張力在駝峰形成過(guò)程中的作用分析66-67
• 4.4 本章小結(jié)67-69
• 第五章 雙絲GMAW熔池流動(dòng)的數(shù)值模擬研究69-81
• 5.1 實(shí)驗(yàn)過(guò)程69
• 5.2 雙絲GMAW熔池流動(dòng)的數(shù)學(xué)模型和數(shù)值模擬69-72
• 5.2.1 雙絲GMAW熔池自由表面受到的電弧壓力70
• 5.2.2 雙絲GMAW熔池液態(tài)金屬受到的體積力70-71
• 5.2.3 雙絲GMAW熱源模型的選擇71-72
• 5.3 結(jié)果和討論72-79
• 5.3.1雙絲GMAW熔池流動(dòng)的數(shù)值模擬與熔池觀察分析72-74
• 5.3.2雙絲GMAW抑制駝峰形成的機(jī)理分析74-79
• 5.4 本章小結(jié)79-81
• 第六章 結(jié)論81-83
• 參考文獻(xiàn)83-87
• 致謝87-88
• 攻讀碩士學(xué)位期間已發(fā)表或錄用的論文88-90

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 殷樹(shù)言,徐魯寧,丁京柱;熔化極氣體保護(hù)焊的高效化研究[J];焊接技術(shù);2000年S1期

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本文編號(hào)：736914