A304不锈钢激光焊接熔池温度场和流场数值模拟研究

发布时间：2020-01-24 03:37

【摘要】：能源的过度消耗和资源的浪费严重制约经济的发展,焊接过程是高能耗、高资源消耗的过程,有效的减少焊接过程中的能源和资源浪费具有十分重要的意义。数值模拟过程是进行虚拟的物理、化学实验,得到实验结果的过程。它不仅可以大大缩短实验周期,显著降低生产成本,提高生产效率,而且可以实现多次重复模拟,从而有效的减少能源和资源的浪费。激光焊接和压力容器裂纹补焊过程都存在高能耗问题。利用数值模拟可以有效的降低焊接过程中能量消耗,减少焊接试验次数,达到低成本、高收益的目的。本文以A304不锈钢的激光焊接过程和压力容器非线性裂纹补焊过程为研究对象,运用焊接试验与数值模拟相结合的方法,探究激光焊接过程和压力容器非线性裂纹补焊过程中温度场、流场和熔池受力的规律,揭示焊接路径对熔池流动和温度场的影响。阐述了A304不锈钢激光焊接过程焊速、功率和热源对温度场影响的分布规律。利用计算流体动力学软件对A304不锈钢激光焊接过程温度场的分布规律和熔池形状进行了数值模拟。研究探讨A304不锈钢激光焊接过程中焊接速度、激光功率、热源对温度场和熔池形状的影响。焊接速度和激光功率对温度场的影响存在大小转变点,旋转高斯曲面体热源模型用于模拟激光焊接过程,具有较高的准确性,模拟熔池与试验焊缝形貌一致。揭示了A304不锈钢激光焊接过程表面张力和浮力对熔池流场的影响规律。利用计算流体动力学软件对A304不锈钢激光焊接过程熔池流场进行了数值模拟。研究探讨A304不锈钢激光焊接过程中表面张力和浮力对熔池流动的影响。浮力和表面张力激光焊接过程中的主要驱动力,表面张力的驱动作用大于浮力,焊接熔池是在两种驱动力的共同作用下形成的,得到了与激光焊接熔池一致的 钉头‖形状。阐明了A304不锈钢压力容器非线性裂纹补焊过程温度场的对称性、周期性及表面张力对熔池流场的影响。利用计算流体动力学软件对A304不锈钢压力容器非线性裂纹补焊过程温度场和熔池流场进行了数值模拟。研究探讨压力容器非线性裂纹补焊过程中温度场和熔池形状的周期性、对称性规律,焊接路径对熔池温度场的影响,正、负表面张力对熔池流动的影响。研究发现,A304不锈钢压力容器非线性裂纹补焊过程温度场和熔池形状存在周期性、轴对称性、中心对称性,焊接路径能够改变熔深和熔宽,从而改变熔池形状,正、负表面张力对熔深、熔宽尺寸的影响不同步。
【图文】：

图 1.1 激光深熔焊接过程原理示意图[3]Fig.1.1 Schematic diagram of laser welding焊接具有高能、高精、高速、高认可度，值得：焊接速度快、能量密度高、热影响区和变形

图 1.2 数值模拟的计算流程Fig1.2 Calculation process of numerical simulation4 激光焊接数值模拟的国内外研究现状
【学位授予单位】：天津理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG456.7

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本文编号：2572524