發(fā)布時間：2017-07-07 08:19

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

  更多相關(guān)文章： 超薄板 微束等離子弧焊接 數(shù)值模擬 熔池 溫度場 流場

【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。采用實驗的方法需要花費大量的金錢時間人力。隨著科學技術(shù)的發(fā)展,使用計算機軟件對焊接熔池進行數(shù)值分析得到了廣泛的普及。本文將通過利用ANSYS FLUENT軟件對超薄板微束等離子弧的焊接過程進行數(shù)值分析。根據(jù)微束等離子弧超薄板焊接的工藝特點,結(jié)合流體力學和傳熱學原理,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、熔池內(nèi)部液態(tài)金屬質(zhì)點的熱傳遞、熔池與外部環(huán)境的對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ANSYS FLUENT軟件進行二次開發(fā),通過編寫用戶自定義函數(shù)(UDF)將求解方程導入到程序中,然后采用有限體積法對控制方程組進行離散,SIMPLE算法進行求解,從而實現(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間特別短,本文首先建立了非移動微束等離子弧超薄板焊接的瞬態(tài)模型,設(shè)置較小的時間步長,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作用。其次,分析了移動微束等離子弧超薄板的熔池動態(tài)過程,通過設(shè)定合理的焊接時間,可以看到焊接過程中,焊接溫度場是隨著電弧的移動而不斷變化的。隨著電弧的移動,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)時刻下,對熔池中液態(tài)質(zhì)點的推動作用。最后對脈沖微束等離子弧超薄板焊接進行計算,得到了脈沖電流作用下的熔池溫度場、流場。然后對脈沖參數(shù),主要為占空比、基脈比以及脈沖頻率,進行改變,得到了不同脈沖參數(shù)下熔池溫度場、流場的變化,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行了一定量的微束等離子弧焊接工藝試驗。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,將實驗值與計算值進行對比分析。
【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 流場
【學位授予單位】：上海工程技術(shù)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG456.2
【目錄】：

• 摘要6-8
• 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 非移動微束等離子弧超薄板焊接熔池的數(shù)學模型研究20-30
• 2.1.1 計算模型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 非移動微束等離子弧超薄板焊接熔池的數(shù)值模擬計算與討論30-38
• 2.2.1 溫度場的分析討論30-33
• 2.2.2 流場的分析討論33-35
• 2.2.3 各作用力對流場的影響35-38
• 2.3 本章小結(jié)38-40
• 第三章 移動微束等離子弧超薄板焊接熔池動態(tài)過程的研究40-66
• 3.1 移動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的分析討論41-43
• 3.2 非穩(wěn)態(tài)熔池的溫度場和流場的計算分析43-53
• 3.2.1 溫度場的分析討論43-44
• 3.2.2 流場的分析討論44-47
• 3.2.3 超薄板厚度方向上的溫度場和流場47-53
• 3.3 穩(wěn)態(tài)超薄板焊接熔池的溫度場和流場的研究53-63
• 3.3.1 溫度場的分析討論53-54
• 3.3.2 流場的分析討論54-56
• 3.3.3 超薄板厚度方向上的溫度場和流場56-63
• 3.4 工藝試驗及驗證63-64
• 3.4.1 工藝條件63-64
• 3.4.2 實驗結(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、流場的結(jié)果分析66-71
• 4.1.1 超薄板溫度場結(jié)果分析67-69
• 4.1.2 實驗結(jié)果及分析69-70
• 4.1.3 超薄板流場結(jié)果分析70-71
• 4.2 改變脈沖參數(shù)對超薄板熔池溫度場和流場的影響71-82
• 4.2.1 提高占空比對超薄板熔池溫度場和流場的影響71-75
• 4.2.2 提高基脈比對超薄板熔池溫度場和流場的影響75-79
• 4.2.3 提高脈沖頻率對超薄板熔池溫度場和流場的影響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88-92
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術(shù)論文及取得的相關(guān)科研成果92-93
• 致謝93-94

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 謝忠英;;等離子弧焊接和微束等離子弧焊接的應(yīng)用[J];赤峰學院學報(自然科學版);2005年06期

2 陳家權(quán),肖順湖,楊新彥,吳剛;焊接過程數(shù)值模擬熱源模型的研究進展[J];裝備制造技術(shù);2005年03期

3 馬立,胡繩蓀,殷鳳良,宋東風;等離子弧焊接過程數(shù)值模擬的現(xiàn)狀及發(fā)展[J];焊接;2005年08期

4 周遠遠,于治水;焊接熔池數(shù)值模擬的研究現(xiàn)狀[J];華東船舶工業(yè)學院學報(自然科學版);2003年02期

5 關(guān)橋,彭文秀,劉紀達,邵亦陳,何萬玲;焊接熱源有效利用率的測試計算法[J];焊接學報;1982年01期

6 武傳松,陳定華,吳林;TIG焊接熔池中的流體流動及傳熱過程的數(shù)值模擬[J];焊接學報;1988年04期

7 吳言高,李午申,鄒宏軍,馮靈芝;焊接數(shù)值模擬技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀[J];焊接學報;2002年03期

8 董紅剛,高洪明,吳林;固定電弧等離子弧焊接熱傳導的數(shù)值計算[J];焊接學報;2002年04期

9 李強,錢百年,李殿中;焊接熔池的傳熱與流體流動模擬進展[J];焊接學報;2002年04期

10 雷玉成,鄭惠錦,程曉農(nóng);鋁合金等離子弧立焊穿孔熔池的計算機模擬[J];焊接學報;2003年01期

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前5條

1 張濤;PAW焊接熔池—小孔流場與熱場動態(tài)行為的數(shù)值分析[D];山東大學;2011年

2 趙玉珍;焊接熔池的流體動力學行為及凝固組織模擬[D];北京工業(yè)大學;2004年

3 趙朋成;全熔透TIG焊接熔池形態(tài)瞬時行為的數(shù)值模擬[D];山東大學;2003年

4 胡慶賢;穿孔等離子弧焊接溫度場的有限元分析[D];山東大學;2007年

5 楊志斌;鋁合金機身壁板結(jié)構(gòu)雙側(cè)激光焊接特征及熔池行為研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2013年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 王懷剛;三維瞬態(tài)小孔等離子弧焊接溫度場的數(shù)值模擬[D];山東大學;2005年

2 馬立;等離子弧焊接熔池流場與溫度場三維數(shù)值模擬[D];天津大學;2006年

3 鄭惠錦;鋁合金穿孔型等離子弧焊接過程模擬[D];江蘇大學;2002年

，

本文編號：529452