316LN不锈钢窄间隙TIG焊电弧特性与熔池行为的数值模拟
发布时间：2021-04-04 13:33
316LN不锈钢是一种核电领域常用的结构材料,实现其厚壁产品的窄间隙焊接能够在提高效率的同时避免焊接变形大,焊缝耐腐蚀性差等问题。然而窄间隙焊接的可控参数众多,对侧壁、层间未熔合缺陷的敏感,且返修困难。为了保证焊接质量,焊接参数需要达到合理的配置。本课题对316LN窄间隙TIG焊接的电弧特性和熔池行为开展了数值模拟研究,旨在深入认识窄间隙TIG焊的基本物理过程,为焊接工艺的制定提供理论支撑。首先通过对平板对接和窄间隙坡口中的TIG电弧特性进行数值模拟,对比分析了窄间隙坡口对电弧特性的影响。在窄间隙坡口中,由于保护气体走向变化带来的压缩作用使电弧高温区面积扩大,等离子体与阳极壁面对流换热更加充分,电弧热效率得到了提高。等离子体轴向流动速度的加快使阳极表面电弧压力相比平板对接增加了50%以上。坡口底部形状引起电流线走向变化,使阳极表面的电流密度偏离高斯分布。再结合窄间隙TIG焊接过程的特点,考察了空间位置、阳极表面形状和焊接参数对电弧特性的影响,以深入认识窄间隙中的TIG电弧特性。发现电弧向侧壁移动时,电弧高温区向同侧移动且面积增大,低温区向反方向偏移,电弧的热效率有所降低。电弧等离子体在...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
填丝过程的简化模型
图 1-1 填丝过程的简化模型2013 年，韩国学者 Han S W 等人[10]建立了 TIG 焊焊接熔池的 3D 模型，对焊接过程中熔池流动的主要驱动力进行了研究。在计算过程中分别加载浮力，电弧压力，拖拽力，Marangoni 力等，讨论了各力对熔池形成和流动行为的影响。计算结果表明，在 TIG 焊中，Marangoni 力是主要驱动力，浮力影响最小。2013 年，韩国学者 Cho D W 等人[11]建立了 V 形坡口 TIG 焊和 MIG 焊熔池的 3D 数值分析模型，提出 V 形坡口中施焊与平板对接焊相比，由于电流线的流向发生改变，电弧在工件表面的电流密度分布不再是旋转对称，而是呈一空间对称椭圆面分布，进而改变了熔池内部电磁力的分布形式。在此假设下对熔池流场进行了计算，计算结果与实际焊接实验结果符合良好。图 1-2 为电磁力修正方法及修正前后的计算结果。a) b)
池的三维数值分析模型，通过叠加高斯曲线拟合了电弧在母材表面的电流密度分布和热流密度分布，忽略熔池的自由表面变形，研究结果发现外加纵向磁场降低了熔池内部的温度梯度，使熔池的体积扩大，使熔池尾部的方向发生偏转，同时使熔池内液态金属流速增大。2015 年，韩国学者 Cho D W 等人[14]建立了 V 形坡口 MIG 填充焊 3D 数值分析模型，研究了电弧处于非对称位置时的熔池流动规律。通过电弧光谱诊断法获得了焊接过程中坡口表面的温度分布，进而提出了偏置式的高斯热源模型。在此基础上计算的结果表明，在平焊，仰焊和立焊位置，熔池横截面为反时针漩涡流动，左侧因对流强烈熔合良好，而右侧容易出现未熔合的缺陷。2015 年，中南大学的 Liu J W 等人[15]建立了脉冲 TIG 焊熔池的 3D 数值分析模型，研究了脉冲焊时焊缝表面鱼鳞纹的形成规律。计算结果表明，周期性变化的电流使得熔池表面热输入，电弧压力以及熔池内部的电磁力周期性变化，进而造成了熔池液态金属的起伏，形成鱼鳞纹。当增大峰值电流时鱼鳞纹较深，延长峰值时间时鱼鳞纹较宽，增大脉冲频率时鱼鳞纹较浅。计算结果与实验所得到的焊缝成形符合良好。图 1-3 为鱼鳞纹形成过程的计算结果。
【参考文献】：
期刊论文
[1]活性元素氧对AA-TIG焊熔池传输行为影响的数值模拟[J]. 樊丁,黄自成,黄健康,王新鑫,郝珍妮,黄勇. 焊接学报. 2016(03)
[2]O元素分布模式与AA-TIG焊熔池形貌的数值模拟[J]. 樊丁,黄自成,黄健康,郝珍妮,王新鑫,黄勇. 焊接学报. 2016(02)
硕士论文
[1]外加纵向磁场作用下TIG焊熔池温度场和流动的数值模拟[D]. 王聪.重庆大学 2014
[2]热丝K-PAW焊接熔池—小孔热场与流场动态行为的数值分析[D]. 刘书高.江苏科技大学 2014
本文编号：3118127
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
填丝过程的简化模型
图 1-1 填丝过程的简化模型2013 年，韩国学者 Han S W 等人[10]建立了 TIG 焊焊接熔池的 3D 模型，对焊接过程中熔池流动的主要驱动力进行了研究。在计算过程中分别加载浮力，电弧压力，拖拽力，Marangoni 力等，讨论了各力对熔池形成和流动行为的影响。计算结果表明，在 TIG 焊中，Marangoni 力是主要驱动力，浮力影响最小。2013 年，韩国学者 Cho D W 等人[11]建立了 V 形坡口 TIG 焊和 MIG 焊熔池的 3D 数值分析模型，提出 V 形坡口中施焊与平板对接焊相比，由于电流线的流向发生改变，电弧在工件表面的电流密度分布不再是旋转对称，而是呈一空间对称椭圆面分布，进而改变了熔池内部电磁力的分布形式。在此假设下对熔池流场进行了计算，计算结果与实际焊接实验结果符合良好。图 1-2 为电磁力修正方法及修正前后的计算结果。a) b)
池的三维数值分析模型，通过叠加高斯曲线拟合了电弧在母材表面的电流密度分布和热流密度分布，忽略熔池的自由表面变形，研究结果发现外加纵向磁场降低了熔池内部的温度梯度，使熔池的体积扩大，使熔池尾部的方向发生偏转，同时使熔池内液态金属流速增大。2015 年，韩国学者 Cho D W 等人[14]建立了 V 形坡口 MIG 填充焊 3D 数值分析模型，研究了电弧处于非对称位置时的熔池流动规律。通过电弧光谱诊断法获得了焊接过程中坡口表面的温度分布，进而提出了偏置式的高斯热源模型。在此基础上计算的结果表明，在平焊，仰焊和立焊位置，熔池横截面为反时针漩涡流动，左侧因对流强烈熔合良好，而右侧容易出现未熔合的缺陷。2015 年，中南大学的 Liu J W 等人[15]建立了脉冲 TIG 焊熔池的 3D 数值分析模型，研究了脉冲焊时焊缝表面鱼鳞纹的形成规律。计算结果表明，周期性变化的电流使得熔池表面热输入，电弧压力以及熔池内部的电磁力周期性变化，进而造成了熔池液态金属的起伏，形成鱼鳞纹。当增大峰值电流时鱼鳞纹较深，延长峰值时间时鱼鳞纹较宽，增大脉冲频率时鱼鳞纹较浅。计算结果与实验所得到的焊缝成形符合良好。图 1-3 为鱼鳞纹形成过程的计算结果。
【参考文献】：
期刊论文
[1]活性元素氧对AA-TIG焊熔池传输行为影响的数值模拟[J]. 樊丁,黄自成,黄健康,王新鑫,郝珍妮,黄勇. 焊接学报. 2016(03)
[2]O元素分布模式与AA-TIG焊熔池形貌的数值模拟[J]. 樊丁,黄自成,黄健康,郝珍妮,王新鑫,黄勇. 焊接学报. 2016(02)
硕士论文
[1]外加纵向磁场作用下TIG焊熔池温度场和流动的数值模拟[D]. 王聪.重庆大学 2014
[2]热丝K-PAW焊接熔池—小孔热场与流场动态行为的数值分析[D]. 刘书高.江苏科技大学 2014
本文编号：3118127
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiagonggongyi/3118127.html
