预留对接间隙TIG焊接熔池流场的数值模拟

发布时间：2021-01-03 18:54

　　TIG焊是现代制造业中,尤其是在锅炉、压力容器和承压管道等重要构件的制造中,应用最为广泛的焊接技术之一,是单面焊双面成形中打底焊最重要的焊接方法。而在实际生产中,打底焊通常为预留间隙的对接焊,间隙对于保证熔透和背面良好成形起到至关重要的作用。因此,利用数值模拟的方法研究预留间隙的对接焊过程可以实现整个焊接过程的定量分析,了解焊接热过程以及熔池流场的动态行为,对于深入理解间隙对熔池的传热与传质作用,进而了解间隙对焊接过程及焊接质量的影响具有重要的意义。建立了预留对接间隙的TIG焊熔池三维瞬态传质传热数值分析模型。通过引入电弧热流和电弧压力的控制函数,建立了预留对接间隙的TIG焊过程中随熔池自由表面变形自适应变化的电弧热和电弧压力模型,简化了对接间隙和熔池表面变形对电弧热流和电弧压力分布的复杂影响,考虑了少量电弧穿过间隙后,总热输入的守恒和总电弧压力的守恒。采用ICEM CFD软件划分计算网格,利用ANSYS FLUENT软件进行模拟计算。通过VOF方法追踪熔池界面,采用PISO算法进行求解。分别模拟计算了无预留间隙和预留间隙为0.4mm、0.6mm、0.8mm的焊接过程,以及预留间隙为0... 

【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】：82 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１．１高斯分布的热源示意图（如为电弧作用范围）ｌ１３】??

随着后来的学者［５３］研究发现，对称体热源所计算的温度场与实际并不相符，??而是电弧中心前面温度上升迅速，电弧中心后面温度梯度较小。在此研宄基础上，??提出了双椭球热源分布模型，由两个四分之一椭球组成。如图１．２为双椭球热源??模型示意图。??４??

；：ｒｖ＾ｒ??ｎ??图１．３?ＰＡＷ热源分布示意图１５５］??如图１．３所示为计算等离子弧焊接瞬态温度场的热源模型。随着焊接的进行??形成等离子小孔，等离子体通过小孔穿透工件，因此可以将小孔作为体积热源，??从而间接考虑了电弧力和熔池流场的作用，模拟分析了小孔等离子弧焊接从起弧??到准稳态的瞬时过程，并通过实验验证了计算出的焊缝横断面形状，并且达到准??稳态的时间也与实验结果一致。??１．２．３焊接熔池流动数值模拟现状??Ｓ．ＫＯＵｌＷ建立了三维的ＴＩＧ焊熔池流动及传质传热模型，忽略了熔池的表??面变形，计算了?３．２ｍｍ厚的６０６１铝板焊接过程中的温度场和流场。对其计算结??果分析得出，熔池中液态金属在电磁力的作用下，流动方向向下，熔池表面的电??弧热传递到熔池底部，熔深更大；而表面张力和浮力则对液态金属向下流动起阻??碍作用

【参考文献】：
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硕士论文
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本文编号：2955316