Invar钢激光-MIG复合焊接熔池流场形态研究

发布时间：2017-03-29 19:00

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【摘要】：Invar钢模具在当前飞机复合材料结构热压成形过程中得以广泛应用,其国产化面临的主要问题是大厚度Invar钢焊接成型问题。本文基于一定的实验,结合数值模拟,研究Invar模具钢激光-MIG复合焊熔池流场形态。首先,开展5mm厚Invar钢激光-MIG复合焊接工艺研究,观察其焊接接头宏观形貌,发现激光-MIG复合焊缝整体呈现漏斗形状。通过设计19.05mm厚Invar钢三组激光-MIG复合焊实验,分析焊接接头不同区域的组织形态,中心到母材的金相是由细小等轴晶到柱状晶,再到比母材粗大的晶粒。研究焊缝形貌,初步摸索出稳定的焊接工艺,发现随着焊接激光功率或焊接电流的增加,焊缝硬度分布越均匀。其次,针对5mm厚Invar钢平板对接接头,研究Invar钢激光-MIG复合焊模拟过程中热源模型的构建,通过对比模拟和实验,发现高斯旋转体热源和双椭球热源模模拟结果只与焊缝局部区域有一定的吻合性。然而,采用高斯旋转体热源和双椭球热源组合成得新热源模型,模拟的熔池形态能很好地匹配实际焊接后的焊缝区域。最后,针对模具结构19.05mm厚Invar钢激光-MIG复合多层焊,采用有限元数值模拟的方法,基于本文设计的组合热源,开展焊接熔池流场仿真与流程形态分析研究。研究表明,熔池流场速度值较小,熔池流动性差,难以将产生的气体及时带动逸出,从而产生气孔;激光-MIG复合焊中流场速度越大所得的焊缝的硬度均匀性越好,且熔池流场的速度值大小对焊缝硬度值最大值影响较小。本文针对Invar模具钢激光-MIG多层复合焊接工艺,采用实验研究与仿真分析相结合的方式,开展了熔池流场形态、流场对组织影响的研究,初步探索了该种材料和工艺的热场流场机理,为Invar钢激光-MIG复合焊焊接工艺研究奠定了基础。
【关键词】：Invar钢 激光-MIG复合焊 熔池流场 数值模拟
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG457.11
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-14
• 第一章 绪论14-26
• 1.1 课题背景及意义14-15
• 1.2 Invar钢焊接国内外研究现状15-20
• 1.2.1 Invar钢简介16-17
• 1.2.2 Invar钢焊接工艺研究现状17-19
• 1.2.3 Invar钢焊接缺陷研究进展19-20
• 1.3 激光-MIG复合焊国内外研究现状20-23
• 1.3.1 激光-MIG复合焊简介20-21
• 1.3.2 激光-MIG复合焊研究现状21-23
• 1.4 焊接熔池流场模拟研究现状23-25
• 1.5 本课题主要研究内容25-26
• 第二章 激光-MIG复合焊接熔池流场数学模型建立26-38
• 2.1 激光-MIG复合焊熔池流场模拟中控制方程26-28
• 2.1.1 动量守恒方程26-27
• 2.1.2 质量守恒方程27
• 2.1.3 能量守恒方程27
• 2.1.4 边界条件27-28
• 2.2 激光-MIG复合焊熔池流场几何模型建立28-29
• 2.3 激光-MIG复合焊焊接热源模型29-34
• 2.3.1 常用焊接热源模型介绍29-31
• 2.3.2 本课题所使用热源模型31-33
• 2.3.3 激光-MIG复合焊焊接热源模型建立思路33-34
• 2.4 材料的热物理性能参数34-36
• 2.5 激光-MIG复合焊数值模拟设计思路36-37
• 2.6 本章小结37-38
• 第三章 Invar钢激光-MIG复合焊实验38-52
• 3.1 实验材料、实验方法及设备38-41
• 3.1.1 实验材料38
• 3.1.2 实验方法及设备38-41
• 3.2 激光电弧复合焊单层焊实验41-42
• 3.2.1 焊接工艺参数41
• 3.2.2 实验结果41-42
• 3.3 激光电弧复合焊多层焊工艺研究42-50
• 3.3.1 激光-MIG复合焊的影响因素42-43
• 3.3.2 Invar钢激光电弧复合焊接实验设计43-44
• 3.3.3 实验结果44-50
• 3.4 本章结论50-52
• 第四章 热源模型对熔池形态影响52-63
• 4.1 激光-MIG复合焊焊接工艺与模型52-53
• 4.1.1 焊接工艺参数52
• 4.1.2 几何模型及网格划分52-53
• 4.2 非组合热源模拟结果及实验验证53-56
• 4.2.1 采用非组合热源模型53
• 4.2.2 温度场模拟结果53-54
• 4.2.3 流场模拟初步结果54-55
• 4.2.4 实验验证55-56
• 4.3 组合热源模拟结果及实验验证56-61
• 4.3.1 采用组合热源模型56
• 4.3.2 温度场模拟结果56-58
• 4.3.3 熔池形貌模拟结果58-59
• 4.3.4 实验验证59
• 4.3.5 熔池流场形态结果分析59-61
• 4.4 本章结论61-63
• 第五章 Invar钢激光-MIG复合三层焊熔池流场形态研究63-73
• 5.1 Invar钢激光-MIG复合三层焊63-64
• 5.1.1 激光-电弧复合三层焊63-64
• 5.1.2 所使用焊接工艺64
• 5.2 Invar钢激光-MIG复合三层焊焊接模热源与模型64-65
• 5.2.1 所使用热源模型64
• 5.2.2 几何模型及网格划分64-65
• 5.3 熔池流场模拟结果分析65-72
• 5.3.1 熔池流场形态分析65-70
• 5.3.2 熔池流场速度值分析70-72
• 5.4 本章小结72-73
• 第六章 熔池流场形态对焊接组织和性能影响73-78
• 6.1 熔池流场形态对焊接组织影响73-74
• 6.2 熔池流场形态对焊接性能影响74-77
• 6.2.1 熔池流场形态对焊缝气孔74-75
• 6.2.2 熔池流场形态对焊缝硬度75-77
• 6.3 本章结论77-78
• 第七章 结论与展望78-80
• 7.1 结论78-79
• 7.2 展望79-80
• 参考文献80-85
• 致谢85-86
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文86

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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3 章令晖;李甲申;韩宇;王超;刘鹏;赵金涛;;复合材料成型模具研究进展[J];航天制造技术;2013年01期

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6 石s，

本文编号：275159