T型接头激光+GMAW复合焊电弧特性数值分析

发布时间：2021-03-04 14:02

　　激光+GMAW复合焊是综合了激光焊和电弧焊的双重优点,具有高焊速、大熔深、高稳定性、低变形和低缺陷率等特点,且易实现自动化焊接,是实现大型复杂结构件优质、高效焊接的理想选择之一。复合焊过程中,激光与电弧存在强烈的交互作用,该协同效应对高速复合焊稳定性、熔池热力学行为等具有关键影响。但目前对于电弧与激光耦合机理的研究主要集中于平板堆焊等简单接头,且多为借助于高速摄像和光谱分析的定性或半定量实验研究,涉及复杂接头的研究极少。因此,本文采用数值模拟和实验检测相结合的方法,对角接头激光+GMAW复合热源焊电弧的特性进行研究,并与单GMAW焊电弧行为进行对比分析,对于深入理解复杂接头复合焊热源物理特性、优化焊接工艺提供理论支持和数据基础,具有重要的学术意义及工程实用价值。本文在不同条件下进行角接头GMAW焊和激光+GMAW复合热源焊工艺试验,利用高速摄像技术对电弧动态行为进行实时检测。综合考虑复合焊工艺特点、接头几何特征,依据传热学、流体动力学、电磁学等机理,建立了角接头GMAW焊和激光+GMAW复合热源焊电弧的三维非对称数值分析模型。基于FLUENT软件,对不同条件下GMAW焊和复合焊电弧动态... 

【文章来源】：江苏科技大学江苏省

【文章页数】：103 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 GMAW电弧数值分析研究现状
    1.3 激光+GMAW复合焊电弧数值分析研究现状
    1.4 研究目的及研究内容
第2章 实验方法及设备
    2.1 焊接材料
    2.2 实验设备
        2.2.1 焊机系统
        2.2.2 激光系统
        2.2.3 高速摄像系统
    2.3 实验方案
    2.4 本章小结
第3章 GMAW及激光+GMAW复合焊电弧数值分析模型
    3.1 GMAW电弧数值分析模型
        3.1.1 基本假设
        3.1.2 控制方程
        3.1.3 计算区域及网格划分
        3.1.4 边界条件
    3.2 激光+GMAW复合焊数值分析模型
        3.2.1 激光与电弧相互作用
        3.2.2 金属蒸汽的数值模型
        3.2.3 控制方程
        3.2.4 电弧对激光的吸收
        3.2.5 计算区域及网格划分
        3.2.6 边界条件
        3.2.7 激光致等离子体参数
    3.3 物性参数
    3.4 FLUENT软件介绍
        3.4.1 FLUENT软件概述
    3.5 求解方法
    3.6 本章小结
第4章 GMAW电弧等离子体数值分析
    4.1 电源极性对GMAW电弧特性的影响
        4.1.1 电源极性对GMAW电弧温度分布的影响
        4.1.2 电源极性对GMAW电弧速度分布的影响
        4.1.3 电源极性对GMAW电弧压力分布的影响
        4.1.4 电源极性对GMAW电弧电势分布的影响
    4.2 焊接电流对GMAW电弧特性的影响
        4.2.1 焊接电流对GMAW电弧温度分布的影响
        4.2.2 焊接电流对GMAW电弧速度分布的影响
        4.2.3 焊接电流对GMAW电弧压力分布的影响
        4.2.4 焊接电流对GMAW电弧电势分布的影响
    4.3 接头角度对GMAW电弧特性的影响
        4.3.1 接头角度对GMAW电弧温度分布的影响
        4.3.2 接头角度对GMAW电弧速度分布的影响
        4.3.3 接头角度对GMAW电弧压力分布的影响
        4.3.4 接头角度对GMAW电弧电势分布的影响
    4.4 模型验证
    4.5 本章小结
第5章 考虑激光致蒸汽羽流的激光+GMAW复合焊电弧等离子体数值分析
    5.1 GMAW电弧与激光+GMAW复合焊电弧对比
    5.2 激光功率对激光+GMAW复合焊电弧特性的影响
        5.2.1 激光功率对激光+GMAW复合焊电弧温度分布的影响
        5.2.2 激光功率对激光+GMAW复合焊电弧速度分布的影响
        5.2.3 激光功率对激光+GMAW复合焊电弧压力分布的影响
        5.2.4 激光功率对激光+GMAW复合焊电弧电势分布的影响
    5.3 光丝间距对激光+GMAW复合焊电弧特性的影响
        5.3.1 光丝间距对激光+GMAW复合焊电弧温度分布的影响
        5.3.2 光丝间距对激光+GMAW复合焊电弧速度分布的影响
        5.3.3 光丝间距对激光+GMAW复合焊电弧压力分布的影响
        5.3.4 光丝间距对激光+GMAW复合焊电弧电势分布的影响
    5.4 模型验证
    5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士期间发表的学术论文
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]激光-电弧复合焊接技术国内研究现状及典型应用[J]. 雷振,徐良,徐富家,杨海锋,王旭友.  焊接. 2018(12)
[2]我国工业焊接技术的现状及发展前景分析[J]. 王通,刘强.  南方农机. 2018(21)
[3]《中国制造2025》与先进焊接工艺及装备发展[J]. 陈健,苏金花,张毅梅.  焊接. 2016(03)
[4]激光-电弧复合热源及等离子体模拟研究现状[J]. 丁玲芳,张英乔,刘盛耀.  电焊机. 2016(03)
[5]考虑金属蒸汽的钨极惰性气体保护焊电弧与熔池交互作用三维数值分析[J]. 樊丁,黄自成,黄健康,王新鑫,黄勇.  物理学报. 2015(10)
[6]基于光偏振原理的高速摄像光学系统[J]. 谭秀文,华学明,李梦醒,叶欣,王飞.  上海交通大学学报. 2011(01)
[7]基于光谱的激光—MAG复合焊耦合机理分析[J]. 李志勇,王威,王旭友,李桓.  机械工程学报. 2010(08)
[8]FRONIUS数字化焊机TPS4000工艺及性能研究[J]. 李志刚,朱锦洪,石红信,丁书娜.  电焊机. 2009(03)
[9]激光-电弧复合焊接的研究进展[J]. 肖荣诗,吴世凯.  中国激光. 2008(11)
[10]激光—电弧复合焊接咬边缺陷分析及抑制方法[J]. 高明,曾晓雁,胡乾午,严军.  焊接学报. 2008(06)

博士论文
[1]CO2激光+脉冲GMAW复合焊接等离子体行为及熔滴过渡控制研究[D]. 张旺.上海交通大学 2014
[2]激光—电弧相互作用及激光-TIG复合焊接新工艺研究[D]. 吴世凯.北京工业大学 2010
[3]激光深溶焊接小孔效应的理论和试验研究[D]. 金湘中.湖南大学 2002

硕士论文
[1]GMAW电弧等离子体电流密度及温度场分布测量[D]. 孙鼎昌.哈尔滨工业大学 2017
[2]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



本文编号：3063341