镁合金DE-GMAW熔滴过渡数值模拟
发布时间：2020-07-22 07:41
【摘要】：本文通过分析镁合金的焊接特性,熔滴受力以及熔滴过渡数值模拟理论,并结合磁流体动力学理论以及Navier-Stokes方程,利用UDF(User Define Function)二次开发程序对AZ31B镁合金DE-GMAW(Double Electrode Gas Metal Arc Welding)以及GMAW(Gas Metal Arc Welding)焊接熔滴过渡进行数值模拟。首先,本文利用ANSYS14.5软件的Geometry模块建立DE-GMAW熔滴过渡模型,借助流体分析模块Fluent,软件的外置接口UDF二次开发程序,在GMAW焊丝端部高斯电流密度分布的基础上,对DE-GMAW焊丝端部的电流密度分布进行修改,在保证主路电流230A条件下,分别模拟了旁路电流为0A、105A、180A时熔滴过渡的整个过程,并对不同旁路电流条件下的熔滴的尺寸以及过渡频率进行分析,计算了不同旁路电路下,熔滴内部压力场、熔滴内部温度场、熔滴表面的速度场、电流密度分布的分布状态。为了让模拟的数据为焊接试验提供一定的理论依据,本文模拟了旁路电流从0A增加至180A,每次增加5A,并将模拟后的结果通过origin8.0软件进行处理,模拟出来的结果显示,随着旁路电流的增减,熔滴过渡的时间、过渡频率、熔滴的尺寸都将发生变化。其次,为了对比DE-GMAW与传统GMAW两种焊接方法,本文模拟了旁路电流为0A时,主路为230A的镁合金DE-GMAW熔滴过渡,以及主路电流为230A的传统镁合金GMAW焊接熔滴过渡,最终的模拟结果显示,在230A焊接电流作用下,镁合金GMAW焊接熔滴过渡时间为8.3ms,熔滴尺寸为1.15mm,熔滴过渡类型为射滴过渡,熔滴的形状为球形;在同样的焊接电流下,镁合金DE-GMAW焊接熔滴过渡时间为13.6ms,熔滴的形状为椭球形,熔滴过渡类型可以近似为大滴过渡。传统的GMAW焊接熔滴过渡的速率更快,这与TIG焊枪的添加导致焊丝端部的流场分布不均有关。最后,为了验证模拟结果的准确性,利用CCD图像采集系统拍摄熔滴过渡图片,并利用图像处理技术获取在不同的时刻的熔滴尺寸,通过试验结果与图像处理的结果对比,计算偏差率,最终的模拟结果与试验图像处理结果基本吻合,该数值模拟方法在一定程度上可以为焊接试验提供一定的理论依据。
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG457.1
【图文】：
图 1.1 AZ31B 热物理性能参数与温度的关系 DE-GMAW焊接技术研究现状焊接是一个涉及到焊丝熔化与母材加热、熔滴内部电磁力分布、焊丝缝冷却、液态金属在熔池中的流动等复杂物理化学现象的传热传质的，各种焊接方法层出不穷，非熔化极的单旁路耦合熔化极惰性气体保uble Electrode Gas Metal Arc Welding DE-GMAW)作为一种新型的高质量、高性价比的高速焊接方法诞生于美国肯塔基大学，该焊接方法实质熔化极气体保护焊(Gas Metal Arc Welding GMAW 简称 MIG)焊接基础来，通过十字滑块机构将 MIG 与 TIG 焊枪组合在焊接小车上，由 G为主路，竖直安装在十字滑块上，与工件垂直，钨极惰性气体保护焊gstenArc Welding GTAW 简称 TIG)作为旁路来分流一部分主路电流，其如图 1.2 所示。该焊接方法分流主路电流来减小流经母材的电流，这可的熔化速率加快，又可以减少母材的热输入，该焊接方法可以减小焊力和焊后变形，使焊接质量得到有效的控制[14]。图 1.2 中通过焊丝的焊
图 1.2 DE-GMAW 焊接原理图 图 1.3 DE-GMAW 焊枪组合几何参数1.4熔滴过渡数值模拟理论发展现状GMAW 焊采用的是可熔化的焊丝做电极，焊接电流可以采用直流反接或者直流正接的接线形式，直流反接就是工件接负极，焊丝正极，直流正接则相反，焊丝在受到电流与电压的热作用下熔化并产生熔滴。目前，实现熔滴过渡的可控化是提高焊接过程稳定性和焊接质量的重要方针，各种氩弧焊或者复合氩弧焊的发展方向都是朝着自动化、智能化、可控化。为了实现可控的熔滴过渡形态，必须掌握传统的 GMAW 焊接熔滴过渡的形式以及作用机制，比如短路过渡的成因、滴状过渡、射滴过渡、射流过渡、旋转射流过渡等是如何形成的，以及每一种过渡形式适用的焊接材料、焊接场合等，而决定过渡形式的参数有很多，包括焊接电流、焊接电压、保护气体的成分、保护气体的流速、大气压强、焊接母材等。在寻找更加合理的焊接组合参数方面，焊接数值模拟是一种很好的手段，经过半个多世纪的研究与发展，就模拟熔滴过渡提出了以下几种理论[25]。
图 1.2 DE-GMAW 焊接原理图 图 1.3 DE-GMAW 焊枪组合几何参数1.4熔滴过渡数值模拟理论发展现状GMAW 焊采用的是可熔化的焊丝做电极，焊接电流可以采用直流反接或者直流正接的接线形式，直流反接就是工件接负极，焊丝正极，直流正接则相反，焊丝在受到电流与电压的热作用下熔化并产生熔滴。目前，实现熔滴过渡的可控化是提高焊接过程稳定性和焊接质量的重要方针，各种氩弧焊或者复合氩弧焊的发展方向都是朝着自动化、智能化、可控化。为了实现可控的熔滴过渡形态，必须掌握传统的 GMAW 焊接熔滴过渡的形式以及作用机制，比如短路过渡的成因、滴状过渡、射滴过渡、射流过渡、旋转射流过渡等是如何形成的，以及每一种过渡形式适用的焊接材料、焊接场合等，而决定过渡形式的参数有很多，包括焊接电流、焊接电压、保护气体的成分、保护气体的流速、大气压强、焊接母材等。在寻找更加合理的焊接组合参数方面，焊接数值模拟是一种很好的手段，经过半个多世纪的研究与发展，就模拟熔滴过渡提出了以下几种理论[25]。
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG457.1
【图文】：
图 1.1 AZ31B 热物理性能参数与温度的关系 DE-GMAW焊接技术研究现状焊接是一个涉及到焊丝熔化与母材加热、熔滴内部电磁力分布、焊丝缝冷却、液态金属在熔池中的流动等复杂物理化学现象的传热传质的，各种焊接方法层出不穷，非熔化极的单旁路耦合熔化极惰性气体保uble Electrode Gas Metal Arc Welding DE-GMAW)作为一种新型的高质量、高性价比的高速焊接方法诞生于美国肯塔基大学，该焊接方法实质熔化极气体保护焊(Gas Metal Arc Welding GMAW 简称 MIG)焊接基础来，通过十字滑块机构将 MIG 与 TIG 焊枪组合在焊接小车上，由 G为主路，竖直安装在十字滑块上，与工件垂直，钨极惰性气体保护焊gstenArc Welding GTAW 简称 TIG)作为旁路来分流一部分主路电流，其如图 1.2 所示。该焊接方法分流主路电流来减小流经母材的电流，这可的熔化速率加快，又可以减少母材的热输入，该焊接方法可以减小焊力和焊后变形，使焊接质量得到有效的控制[14]。图 1.2 中通过焊丝的焊
图 1.2 DE-GMAW 焊接原理图 图 1.3 DE-GMAW 焊枪组合几何参数1.4熔滴过渡数值模拟理论发展现状GMAW 焊采用的是可熔化的焊丝做电极，焊接电流可以采用直流反接或者直流正接的接线形式，直流反接就是工件接负极，焊丝正极，直流正接则相反，焊丝在受到电流与电压的热作用下熔化并产生熔滴。目前，实现熔滴过渡的可控化是提高焊接过程稳定性和焊接质量的重要方针，各种氩弧焊或者复合氩弧焊的发展方向都是朝着自动化、智能化、可控化。为了实现可控的熔滴过渡形态，必须掌握传统的 GMAW 焊接熔滴过渡的形式以及作用机制，比如短路过渡的成因、滴状过渡、射滴过渡、射流过渡、旋转射流过渡等是如何形成的，以及每一种过渡形式适用的焊接材料、焊接场合等，而决定过渡形式的参数有很多，包括焊接电流、焊接电压、保护气体的成分、保护气体的流速、大气压强、焊接母材等。在寻找更加合理的焊接组合参数方面，焊接数值模拟是一种很好的手段，经过半个多世纪的研究与发展，就模拟熔滴过渡提出了以下几种理论[25]。
图 1.2 DE-GMAW 焊接原理图 图 1.3 DE-GMAW 焊枪组合几何参数1.4熔滴过渡数值模拟理论发展现状GMAW 焊采用的是可熔化的焊丝做电极，焊接电流可以采用直流反接或者直流正接的接线形式，直流反接就是工件接负极，焊丝正极，直流正接则相反，焊丝在受到电流与电压的热作用下熔化并产生熔滴。目前，实现熔滴过渡的可控化是提高焊接过程稳定性和焊接质量的重要方针，各种氩弧焊或者复合氩弧焊的发展方向都是朝着自动化、智能化、可控化。为了实现可控的熔滴过渡形态，必须掌握传统的 GMAW 焊接熔滴过渡的形式以及作用机制，比如短路过渡的成因、滴状过渡、射滴过渡、射流过渡、旋转射流过渡等是如何形成的，以及每一种过渡形式适用的焊接材料、焊接场合等，而决定过渡形式的参数有很多，包括焊接电流、焊接电压、保护气体的成分、保护气体的流速、大气压强、焊接母材等。在寻找更加合理的焊接组合参数方面，焊接数值模拟是一种很好的手段，经过半个多世纪的研究与发展，就模拟熔滴过渡提出了以下几种理论[25]。
【参考文献】
相关期刊论文 前10条
1 樊丁;盛文文;黄健康;石s
本文编号：2765513
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