铝合金/钢脉冲MIG电弧熔—钎焊熔池流场数值分析
发布时间：2020-12-26 08:41
铝合金／钢的复合结构综合了铝合金密度低、耐腐蚀性好和钢价格低廉的优点,具有广阔的应用前景。由于铝合金和钢的热物理性质差异巨大,熔-钎焊接是目前二者最有效的焊接工艺之一。铝合金/钢熔-钎焊接过程中铝合金熔化与填充金属混合形成熔焊接头,同时二者在钢板表面铺展与不熔化的钢母材形成钎焊接头。液态铝合金在钢板表面润湿铺展的过程中,两者之间发生合金元素扩散,可能生成脆性Fe-Al金属间化合物,降低接头的性能。因此,熔池金属的动态行为和钎焊界面热过程直接决定了焊接过程的稳定性以及焊缝最终成形、力学性能。通过数值分析方法定量分析熔-钎焊接过程中熔池的温度场和流场具有重要的理论意义与工程应用价值。基于采集的脉冲MIG焊接电流和电弧电压的实测值,计算得到了焊接功率的脉冲波形,并对焊接电流和焊接功率的脉冲特性进行方波拟合。除焊接电流峰值不随送丝速度的增加而变化外,焊接电流的基值、占空比、频率和焊接功率的基值、峰值、峰值占比都随送丝速度的增加而增加。基于对电弧周期性变化和熔滴过渡图像信息的采集,分析了铝合金/钢搭接MIG电弧熔-钎焊接过程电弧形态特点及熔滴过渡过程。由于铝合金和钢物理性质的差异、搭接接头和焊枪...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：98 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 课题研究目的及意义
1.2 铝合金/钢MIG熔-钎焊接工艺研究现状
1.3 熔-钎焊接数值模拟研究现状
1.3.1 温度场
1.3.2 应力场
1.3.3 流场
1.4 熔池的动态铺展研究现状
1.4.1 液体铺展理论
1.4.2 液态金属铺展工艺实验
1.4.3 熔滴铺展数值分析
1.5 本课题的研究内容
第2章 铝合金/钢脉冲MIG电弧熔钎焊工艺实验
2.1 焊接方法
2.2 电信号采集
2.3 电弧形态与熔滴过渡图像
2.3.1 脉冲电弧形态
2.3.2 熔滴过渡
2.4 本章小结
第3章 铝合金/钢脉冲MIG熔-钎焊数学模型
3.1 铝合金/钢脉冲MIG电弧熔-钎焊接的特点
3.2 模型的简化
3.3 几何模型的建立
3.4 控制方程组
3.4.1 质量守恒方程
3.4.2 动量守恒方程
3.4.3 能量守恒方程
3.4.4 VOF方程
3.5 初始条件及边界条件
3.5.1 模型的初始条件
3.5.2 工件的边界条件
3.6 热-力作用
3.6.1 电弧和熔滴热源能量分配
3.6.2 电弧模型
3.6.3 熔滴模型
3.6.4 其它力模型
3.7 材料的热物理性能
3.8 数值模型的计算
3.8.1 VOF模型
3.8.2 压力隐式算子分裂算法
3.9 本章小结
第4章 铝合金/钢脉冲MIG熔-钎焊数值分析结果
4.0 模型的实验验证与误差分析
4.1 熔-钎焊接温度场
4.1.1 加热过程熔池温度场
4.1.2 冷却过程熔池温度场
4.2 熔-钎焊接流场
4.2.1 加热过程熔池流场
4.2.2 冷却过程熔池流场
4.2.3 熔池的动态铺展
4.3 本章小结
第5章 结论与展望
5.1 结论
5.2 展望
参考文献
致谢
学位论文评阅及答辩情况表
【参考文献】：
期刊论文
[1]铝/钢TIG熔钎焊温度场和流场数值模拟[J]. 宋洋,张旭超,郝晓虎,董红刚. 焊接. 2014(07)
[2]铝合金/镀锌钢板Nd:YAG激光+MIG电弧复合热源熔-钎焊接头的组织与性能（英文）[J]. 秦国梁,苏玉虎,王术军. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2014(04)
[3]铝合金/镀锌钢板脉冲MIG电弧熔-钎焊接头组织与性能[J]. 秦国梁,苏玉虎,王术军. 金属学报. 2012(08)
[4]轻量化技术在整车上的应用[J]. 沈亚辉. 上海汽车. 2012(07)
[5]接触角滞后现象的理论分析[J]. 王晓东,彭晓峰,闵敬春. 工程热物理学报. 2002(01)
博士论文
[1]激光+GMAW-P复合热源焊焊缝成形的数值模拟[D]. 胥国祥.山东大学 2009
[2]铝/镀锌钢板CMT熔—钎焊机理研究[D]. 张洪涛.哈尔滨工业大学 2008
[3]镀锌钢板激光填丝钎焊工艺与热过程数值模拟[D]. 封小松.哈尔滨工业大学 2007
硕士论文
[1]激光+GMAW复合热源焊接熔池与小孔动态行为的数值模拟[D]. 张皓庭.山东大学 2015
[2]TIG-MIG复合焊电弧形态及熔滴过渡行为研究[D]. 娄小飞.山东大学 2014
[3]纯钛与AZ31B镁合金平板搭接TIG熔钎焊的数值模拟研究[D]. 冯可.重庆大学 2014
[4]镀锌层对铝钢电弧熔钎焊润湿铺展性及界面行为作用机理研究[D]. 时中星.江苏科技大学 2014
[5]铝合金/黄铜异种金属TIG熔钎焊温度场和流场的数值模拟[D]. 张旭超.大连理工大学 2013
[6]铝/钢异种金属冷金属过渡技术温度场应力场数值模拟[D]. 余斯亮.兰州理工大学 2013
[7]铝合金/镀锌钢板熔—钎焊能量因素的研究[D]. 苏玉虎.山东大学 2012
[8]铝合金—镀锌钢激光熔钎焊数值模拟及工艺参数优化[D]. 吴平.湖南大学 2012
本文编号：2939387
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：98 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 课题研究目的及意义
1.2 铝合金/钢MIG熔-钎焊接工艺研究现状
1.3 熔-钎焊接数值模拟研究现状
1.3.1 温度场
1.3.2 应力场
1.3.3 流场
1.4 熔池的动态铺展研究现状
1.4.1 液体铺展理论
1.4.2 液态金属铺展工艺实验
1.4.3 熔滴铺展数值分析
1.5 本课题的研究内容
第2章 铝合金/钢脉冲MIG电弧熔钎焊工艺实验
2.1 焊接方法
2.2 电信号采集
2.3 电弧形态与熔滴过渡图像
2.3.1 脉冲电弧形态
2.3.2 熔滴过渡
2.4 本章小结
第3章 铝合金/钢脉冲MIG熔-钎焊数学模型
3.1 铝合金/钢脉冲MIG电弧熔-钎焊接的特点
3.2 模型的简化
3.3 几何模型的建立
3.4 控制方程组
3.4.1 质量守恒方程
3.4.2 动量守恒方程
3.4.3 能量守恒方程
3.4.4 VOF方程
3.5 初始条件及边界条件
3.5.1 模型的初始条件
3.5.2 工件的边界条件
3.6 热-力作用
3.6.1 电弧和熔滴热源能量分配
3.6.2 电弧模型
3.6.3 熔滴模型
3.6.4 其它力模型
3.7 材料的热物理性能
3.8 数值模型的计算
3.8.1 VOF模型
3.8.2 压力隐式算子分裂算法
3.9 本章小结
第4章 铝合金/钢脉冲MIG熔-钎焊数值分析结果
4.0 模型的实验验证与误差分析
4.1 熔-钎焊接温度场
4.1.1 加热过程熔池温度场
4.1.2 冷却过程熔池温度场
4.2 熔-钎焊接流场
4.2.1 加热过程熔池流场
4.2.2 冷却过程熔池流场
4.2.3 熔池的动态铺展
4.3 本章小结
第5章 结论与展望
5.1 结论
5.2 展望
参考文献
致谢
学位论文评阅及答辩情况表
【参考文献】：
期刊论文
[1]铝/钢TIG熔钎焊温度场和流场数值模拟[J]. 宋洋,张旭超,郝晓虎,董红刚. 焊接. 2014(07)
[2]铝合金/镀锌钢板Nd:YAG激光+MIG电弧复合热源熔-钎焊接头的组织与性能（英文）[J]. 秦国梁,苏玉虎,王术军. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2014(04)
[3]铝合金/镀锌钢板脉冲MIG电弧熔-钎焊接头组织与性能[J]. 秦国梁,苏玉虎,王术军. 金属学报. 2012(08)
[4]轻量化技术在整车上的应用[J]. 沈亚辉. 上海汽车. 2012(07)
[5]接触角滞后现象的理论分析[J]. 王晓东,彭晓峰,闵敬春. 工程热物理学报. 2002(01)
博士论文
[1]激光+GMAW-P复合热源焊焊缝成形的数值模拟[D]. 胥国祥.山东大学 2009
[2]铝/镀锌钢板CMT熔—钎焊机理研究[D]. 张洪涛.哈尔滨工业大学 2008
[3]镀锌钢板激光填丝钎焊工艺与热过程数值模拟[D]. 封小松.哈尔滨工业大学 2007
硕士论文
[1]激光+GMAW复合热源焊接熔池与小孔动态行为的数值模拟[D]. 张皓庭.山东大学 2015
[2]TIG-MIG复合焊电弧形态及熔滴过渡行为研究[D]. 娄小飞.山东大学 2014
[3]纯钛与AZ31B镁合金平板搭接TIG熔钎焊的数值模拟研究[D]. 冯可.重庆大学 2014
[4]镀锌层对铝钢电弧熔钎焊润湿铺展性及界面行为作用机理研究[D]. 时中星.江苏科技大学 2014
[5]铝合金/黄铜异种金属TIG熔钎焊温度场和流场的数值模拟[D]. 张旭超.大连理工大学 2013
[6]铝/钢异种金属冷金属过渡技术温度场应力场数值模拟[D]. 余斯亮.兰州理工大学 2013
[7]铝合金/镀锌钢板熔—钎焊能量因素的研究[D]. 苏玉虎.山东大学 2012
[8]铝合金—镀锌钢激光熔钎焊数值模拟及工艺参数优化[D]. 吴平.湖南大学 2012
本文编号：2939387
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