窄间隙双丝非共熔池GMAW熔池行为研究

发布时间：2017-10-15 11:33

  本文关键词：窄间隙双丝非共熔池GMAW熔池行为研究

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【摘要】：窄间隙双丝GMAW焊接方法因为具有较高的焊接效率、较大的焊接厚度范围、较好的成形特点,在生产实践中得到了广泛的应用。在实际焊接过程中虽然可以根据焊缝成形、焊缝横截面及纵截面的金相照片以及高速摄像系统对焊接过程中熔池内部金属流动进行分析,但是这只研究了熔池表面金属流动特点。想要对焊接过程中熔池内金属流动以及成形机理做出连续分析,需要依靠数值模拟的方法才能实现。本文通过Flow-3D软件,对窄间隙双丝GMAW共熔池和非共熔池焊接过程中不同参数对于熔池行为的影响进行了研究。首先,利用连续性方程、动量方程、能量方程,建立了焊接过程数值模型。将热源模型分成热量模型、质量模型和动量模型三部分。通过对比不同热量分布模型,选择并说明了双椭球热源的合理性,通过热源偏转使模拟与实际焊接过程相吻合。着重考察了电弧压力和电磁力对熔池行为的影响。将模拟结果和实际焊缝成形特点进行对比,验证了模型合理性并进行模型优化。其次,通过试验方法,在窄间隙双丝GMAW焊接参数区间范围内,分析了随脉冲峰值电压、焊接速度、送丝速度的不同焊缝成形的变化规律,说明了熔敷厚度、熔深、焊缝对称性等几何尺寸的变化趋势。发现了在焊接过程中出现的咬边、夹气、夹渣、侧壁未熔合等焊接缺陷,结合焊接参数的变化对焊接缺陷的产生做出宏观解释。再次,利用建立好的窄间隙双丝GMAW焊接模型对共熔池和非共熔池条件下不同焊接参数对熔池行为的影响进行了模拟研究。通过金属流场分析了不同空间位置处液态金属流动规律和趋势,得出了不同参数下对金属流动影响的主要因素。通过纵截面和横截面金属流动情况,说明了焊接缺陷产生的微观原因。最终,通过试验结果和模拟结果对共熔池和非共熔池进行了比对,从焊缝成形质量、焊接参数调节区间、焊接过程稳定性、焊接缺陷的产生等角度综合分析了两种模式的优缺点以及适用范围,说明了窄间隙双丝非共熔池GMAW焊接的优越性。
【关键词】：Flow-3D 热源模型 非共熔池 流场
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG444.72
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-19
• 1.1 课题研究背景和意义8-9
• 1.2.国内外研究现状9-17
• 1.2.1 窄间隙焊接方法的研究进展9-12
• 1.2.2 双丝GMAW温度场和流场对焊缝成形影响的研究进展12-17
• 1.3 主要研究内容17-19
• 第2章 试验设备与方法19-23
• 2.1 试验设备19-20
• 2.1.1 窄间隙双丝GMAW焊枪的选择19
• 2.1.2 窄间隙双丝GMAW全位置焊接系统19-20
• 2.1.3 电流电压信号采集系统、高速摄像系统20
• 2.2 试验材料20-21
• 2.3 试验方法21-23
• 2.3.1 焊接方法21
• 2.3.2 焊缝形貌测量与熔池行为研究方法21-23
• 第3章 窄间隙双丝GMAW焊接数值模拟23-40
• 3.1 窄间隙双丝GMAW焊接数学建模23-28
• 3.1.1 材料形状及网格尺寸24
• 3.1.2 窄间隙双丝GMAW焊接模拟控制方程24-26
• 3.1.3 边界条件26-27
• 3.1.4 窄间隙双丝GMAW电磁力数学表达模型27-28
• 3.2 数值模拟软件Flow-3D28-29
• 3.3 窄间隙双丝GMAW焊接热源模型29-34
• 3.3.1 热量模型30-33
• 3.3.2 质量模型33-34
• 3.3.3 动量模型34
• 3.4 窄间隙双丝GMAW不同空间位置焊缝成形特点34-36
• 3.4.1 窄间隙双丝GMAW非共熔池焊缝成形特点34-35
• 3.4.2 窄间隙双丝GMAW共熔池焊缝成形特点35-36
• 3.5 窄间隙双丝GMAW非共熔池焊接模型验证36-39
• 3.5.1 平焊位置模拟结果与试验验证36-37
• 3.5.2 立焊位置模拟结果与试验验证37-38
• 3.5.3 仰焊位置模拟结果与试验验证38-39
• 3.6 本章小结39-40
• 第4章 窄间隙双丝共熔池GMAW熔池行为研究40-52
• 4.1 窄间隙双丝GMAW共熔池试验参数选择40-44
• 4.2 平焊位置处焊接参数变化对熔池行为的影响44-47
• 4.2.1 峰值电压对熔池行为的影响44-46
• 4.2.2 焊接速度对于熔池行为的影响46-47
• 4.3 立焊位置处焊接参数变化对熔池行为的影响47-50
• 4.3.1 峰值电压对熔池行为的影响47-48
• 4.3.2 焊接速度对熔池行为的影响48-50
• 4.4 窄间隙双丝GMAW共熔池焊接工艺特点及应用范围50
• 4.5 本章小结50-52
• 第5章 窄间隙双丝非共熔池GMAW熔池行为的研究52-68
• 5.1 窄间隙双丝非共熔池GMAW参数对焊缝成形的影响52-55
• 5.1.1 送丝速度对焊缝成形的影响52-53
• 5.1.2 焊接速度对于焊缝成形的影响53-54
• 5.1.3 峰值电压对焊缝成形的影响54-55
• 5.2 窄间隙双丝非共熔池GMAW焊接模拟结果55-66
• 5.2.1 平焊位置熔池行为模拟结果55-60
• 5.2.2 立焊位置熔池行为模拟结果60-65
• 5.2.3 仰焊位置熔池行为模拟结果65-66
• 5.3 窄间隙双丝GMAW非共熔池与共熔池焊接比较66
• 5.4 本章小结66-68
• 结论68-69
• 参考文献69-73
• 致谢73

【参考文献】

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本文编号：1036894