超薄板微束等离子弧焊散热条件的研究

发布时间：2017-09-01 15:22

  本文关键词：超薄板微束等离子弧焊散热条件的研究

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【摘要】：薄板焊接,尤其是超薄板焊接时,面临的最主要的问题就是烧穿和变形。厚度小于0.2 mm的金属薄板在电子行业、医疗器械、航空航天、精密仪表以及日常生活用品领域的应用越来越广泛。因此,超薄超细件制品的精密焊接技术就得到越来越多的重视,得到广泛的研究。在超薄板微束等离子弧焊接过程中,对焊接的热输入要求非常的严格,焊接过程难以控制。超薄板焊接成形质量的好坏除了与焊接热输入量有关外,还与焊接过程的散热条件有关。由于焊接过程中的散热情况复杂性,许多理论还未研究清楚,通过大量实验方法则会大大提高科研成本,需要花费大量的金钱、时间和人力物力。随着现代科学技术的发展,采用有限元方法对焊接过程的数值模拟进行分析得到了广泛的研究和应用。本文详细论述了微束等离子弧焊技术研究现状和薄板焊接中存在的特殊问题的原因及解决方案等。在研究中,通过数值分析的方法,对超薄板微束等离子弧焊焊接过程中散热条件进行分析研究,并对超薄板微束等离子弧焊焊接工艺进行优化处理。本文首先根据0.1 mm超薄板微束等离子弧焊接实际工装情况,建立了带有装配夹具的超薄板焊接瞬态数值分析模型。电弧热源模型采用经修正的高斯热源分布模型,夹具与焊板的接触位置建立面面接触对。在超薄板微束等离子弧焊时,带有压板和垫板的焊接夹具散热作用对焊件上的温度分布有较大的影响。采用夹具-焊板组合模型分析焊件上的温度分布是适宜的,有限元理论分析结果和试验结果有较好的吻合。其次研究了散热条件对超薄板焊接温度场和应力场的影响。研究表明,不同散热条件下焊接各个阶段的热循环曲线和温度分布云图不同,夹具散热对超薄板焊接加热和冷却过程均有影响,可以明显降低焊缝及近焊缝区峰值温度以及高温停留时间,这对超薄板焊接接头性能以及焊缝成形质量的影响意义重大;有夹具散热焊接和无散热条件的超薄焊接工件的应力和变形有较大区别,当有夹具散热时,超薄板的残余应力和塑性变形量减小,变形区间较窄,相同位置的值较小,散热可有效减小焊接变形。然后根据超薄板焊接散热模型,分析不同参数对超薄板焊接散热的影响。研究表明,当其他焊接参数不变的情况下,增大接触压力,可以提高焊接过程散热能力,当接触压强增大到0.7 MPa以上时,对超薄板焊接散热的影响作用减小;当接触压力不变,改变压力分布位置即夹具约束距离时,夹具约束距离越近,夹具对超薄板焊接散热能力越强,在装配位置允许的情况下,压板间距越近越好。最后根据焊接装配参数和工艺参数对焊接过程中散热的影响,对0.1 mm厚度的N6镍薄板进行微束等离子弧焊试验,并进行工艺优化。研究结果表明:在超薄N6板微束等离子弧焊直流焊情况下,焊接电流3.5 A,焊接速度5 mm/s时焊缝成形质量优良。
【关键词】：超薄板 微束等离子弧焊 有限元模拟 散热条件 工艺优化
【学位授予单位】：上海工程技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG456.2
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-13
• 第一章 绪论13-24
• 1.1 选题意义13-14
• 1.2 微束等离子弧焊焊接技术的研究现状14-16
• 1.3 薄板焊接特殊问题的研究现状16-20
• 1.3.1 薄板焊接烧穿问题的研究进展16-17
• 1.3.2 薄板焊接的变形问题的研究进展17-20
• 1.4 薄板焊接焊缝质量控制的研究现状20-21
• 1.5 超薄板焊接散热条件的研究现状21-22
• 1.6 主要研究内容与创新点22-24
• 1.6.1 主要研究内容22-23
• 1.6.2 创新点23-24
• 第二章 基于散热效应拘束下的超薄板焊接模型建立24-38
• 2.1 超薄板焊接的散热过程和影响机制24-29
• 2.1.1 超薄板焊接散热过程25-27
• 2.1.2 超薄板焊接散热条件的影响因素27-29
• 2.2 散热条件对超薄板焊接的应力变形影响机理29
• 2.3 基于散热条件的超薄板焊接几何模型和网格划分29-34
• 2.3.1 超薄板微束等离子弧焊接几何模型30-32
• 2.3.2 超薄板微束等离子弧焊接网格划分32-34
• 2.4 超薄板焊接温度场和应力场数学模型34-36
• 2.4.1 基于散热条件的薄板焊接温度场数学模型和定解条件34-35
• 2.4.2 超薄板焊接热弹塑性应力场数学模型35-36
• 2.5 微束等离子弧焊电弧热源模型36-37
• 2.6 本章小结37-38
• 第三章 散热条件对超薄板焊接的温度和应力过程的研究38-67
• 3.1 拘束条件下超薄板焊接散热效应分析38-41
• 3.1.1 超薄板焊接散热效应产生的理论分析38-39
• 3.1.2 超薄板焊接夹具散热系数的研究39-41
• 3.2 散热条件对超薄板焊接起弧阶段的影响分析41-50
• 3.2.1 起弧阶段焊接热循环对比分析41-44
• 3.2.2 起弧阶段温度分布云图44-50
• 3.3 散热条件对超薄板焊接收弧阶段的影响分析50-56
• 3.3.1 收弧阶段焊接热循环对比分析50-52
• 3.3.2 收弧阶段温度分布云图52-56
• 3.4 散热条件对整体焊接情况影响分析56-62
• 3.4.1 平行于焊接方向上各个节点温度随时间变化过程56-59
• 3.4.2 垂直于焊接方向上各个节点温度随时间变化曲线59-60
• 3.4.3 焊缝中点位置温度分布云图60-62
• 3.5 散热条件对超薄板焊接应力和变形的影响62-64
• 3.6 散热条件下的薄板熔池轮廓的焊接成形实验验证64-65
• 3.7 本章小结65-67
• 第四章 超薄板微束等离子弧焊散热条件参数对温度场影响67-92
• 4.1 压力大小对超薄板焊接温度场的影响67-74
• 4.1.1 压力大小对起弧阶段的影响67-69
• 4.1.2 压力大小对收弧阶段的影响69-71
• 4.1.3 压力大小对平行于焊缝方向温度场的影响71-73
• 4.1.4 压力大小对垂直于焊缝方向散热的影响73-74
• 4.2 压力位置对超薄板焊接温度场的影响74-82
• 4.2.1 压力位置对起弧阶段的影响75-77
• 4.2.2 压力位置对收弧阶段的影响77-79
• 4.2.3 压力位置对平行于焊缝方向温度场的影响79-81
• 4.2.4 压力位置对垂直于焊缝方向散热的影响81-82
• 4.3 超薄不锈钢板焊接实验82-84
• 4.4 超薄N6镍板焊接试焊84-90
• 4.4.1 夹具的材料和尺寸对超薄板焊接散热分析84-86
• 4.4.2 夹具约束距离对超薄板散热问题的工艺研究86-87
• 4.4.3 基于散热条件的超薄N6镍板工艺优化87-90
• 4.5 本章小结90-92
• 第五章 总结与展望92-94
• 参考文献94-99
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及取得的相关科研成果99-100
• 致谢100-101

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本文编号：772861