高压GMAW电弧收缩分析及数值模拟

发布时间：2022-08-04 15:03

　　水下干法焊接应用于涉水设备的安装和应急维修。在实际焊接过程中,由于水深引起的高压环境对于焊接过程产生很大的影响,降低焊接质量。在高压环境下焊接电弧发生收缩是水下干法焊接过程稳定性和焊接质量的直接影响因素,产生电弧收缩现象的影响因素众多,目前相关研究仍处于探索阶段。深入开展高压环境下焊接电弧收缩机理研究,对于如何提高水下高压环境下焊接质量具有明显的现实意义。通过数值模拟方法,开展不同压力环境下熔化极气体保护焊（GMAW）的焊接电弧温度场、磁感应强度、电场强度以及焊接电弧形态的数值模拟,结果表明:GMAW电弧温度场的最高温度随环境压力增加而减小;焊接电弧的磁感应强度与电场强度随环境压力的增加呈上升趋势。与此同时,随着环境压力增加,焊接电弧中心的高温区域发生收缩,其电弧形态从钟罩形渐变为纺锤形。针对影响高压GMAW电弧收缩的诸多因素,分析了阴极斑点、电弧力、粒子能量等方面对焊接电弧的作用。随着环境压力的不断增加,阴极斑点数量减少,导电通道聚集在局部区域内,阴极斑点的电子发射加剧;与此同时,在阴极斑点附近堆积更多的正离子,在阴极区域产生更强的电场,这也促进了阴极斑点处发射电子的能力,延长了阴极... 

【文章页数】：104 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 水下高压焊接研究现状
    1.3 高压焊接电弧研究现状
        1.3.1 高压焊接电弧特性研究现状
        1.3.2 高压焊接电弧数值模拟现状
    1.4 研究目的及内容
        1.4.1 研究目的
        1.4.2 研究内容
第二章 高压GMAW电弧数值模拟
    2.1 数值模拟研究方法确定
        2.1.1 克努森数判断
        2.1.2 热力学平衡状态判断
    2.2 GMAW电弧数值模拟模型
        2.2.1 数值模拟控制方程
        2.2.2 焊接电弧计算区域
        2.2.3 焊接电弧边界条件
        2.2.4 氩气物性参数
    2.3 GMAW电弧数值模拟结果及分析
        2.3.1 常压GMAW电弧数值模拟结果
        2.3.2 高压GMAW电弧数值模拟结果
        2.3.3 GMAW磁感应强度数值模拟结果
        2.3.4 GMAW电场强度数值模拟结果
        2.3.5 GMAW数值模拟结果分析
    2.4 本章小结
第三章 高压GMAW电弧收缩理论分析
    3.1 阴极斑点对电弧收缩的影响
        3.1.1 阴极斑点的形成与特点
        3.1.2 高压环境对阴极斑点的影响
    3.2 电弧力对电弧收缩的影响
        3.2.1 磁压缩效应
        3.2.2 自收缩效应
        3.2.3 等离子流力
    3.3 能量耗散对电弧收缩的影响
        3.3.1 焊接电弧内的粒子碰撞
        3.3.2 焊接电弧的辐射损失
    3.4 本章小结
第四章 高压GMAW电弧验证及分析
    4.1 高压GMAW焊接系统与试验方案
        4.1.1 高压试验舱及控制系统
        4.1.2 空气压缩系统
        4.1.3 焊接系统
        4.1.4 焊接电弧图像采集系统
        4.1.5 焊接熔池观测系统
        4.1.6 高压GMAW焊接电弧观测与熔池观测试验方案
        4.1.7 高压GMAW焊接操作步骤
    4.2 GMAW电弧与熔池观测结果及验证
        4.2.1 GMAW电弧观测结果
        4.2.2 GMAW熔池观测结果
        4.2.3 试验结果与数值模拟结果对比与分析
    4.3 GMAW电弧轴向收缩分析及数值模拟
        4.3.1 GMAW电弧轴向尺寸测量与收缩分析
        4.3.2 GMAW电弧轴向收缩数值模拟及分析
    4.4 本章小结
第五章 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
参考文献
附录
致谢
研究成果及发表的学术论文
作者及导师简介
专业学位硕士研究生学位论文答辩委员会决议书



本文编号：3669761