Invar合金激光-MIG复合焊接过程多相耦合流场行为研究
发布时间：2021-10-05 17:54
国产大飞机的加速研发,使得耦合先进激光热源和电弧热源的激光-MIG复合焊在相应大尺寸、大厚度的Invar合金模具焊接领域逐渐得到应用。复合焊待优化的工艺参数众多,且熔池和匙孔动态行为严重影响焊缝成型质量。因此,本文通过模拟与实验相结合的方法,研究了以Invar合金为对象的激光-MIG复合焊接过程温度场分布、流体流动状态及熔池和匙孔的动态演变过程,为优化激光-MIG复合焊工艺参数和理解其复杂的物理现象奠定基础。首先,开展了19.05mm厚度Invar合金三层三道复合焊接实验,对接头宏观形貌、微观组织及力学性能进行综合分析,得到了厚板Invar合金复合焊接的最佳工艺参数。根据最佳参数设计了7mm厚度Invar合金单道平板复合焊实验,用以验证相应参数下流场模型仿真结果的准确性。其次,基于激光、MIG电弧和熔滴相互耦合的特点,在质量、动量、能量守恒方程基础上建立了合理的复合焊接数学模型。用UDF附加源项的方法处理了能量输入、热和动量边界条件、相变引起的潜热吸收和释放等问题。采用了渗透率一定的Darcy多孔介质模型计算固-液界面,并采用了多相流模型的VOF方程追踪熔池自由界面,在此界面上完成金属...
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：104 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Fe-Ni合金热膨胀系数等温线
表 1.1 Invar 钢化学成分含量（重量百分比，%）P S Si Mn Ni≤ 0.02 ≤ 0.02 ≤ 0.3 ≤ 0.6 35.0~3表 1.2 Invar 合金主要性能参数屈服点(MPa) 延伸率(%) 断面收缩(%) 硬度(HV) 280-420 30-45 50-70 104-150 高 Ni 含量使其热导率低，流体流动性差，焊接过程容易产生较少量的硫、磷杂质，极易形成熔点分别为 645℃、880℃的 P 共晶的熔点。这类低熔点共晶将以薄膜状形式存在于晶界度上减小了焊缝组织的抗拉强度。在熔池凝固后期可能生成被连续的液相隔离，在拉应力作用下容易发生开裂产生焊接
Invar 合金激光-MIG 复合焊接熔池与小孔动态行为研究流动性差，减弱了电弧搅拌对气孔的溢出作用。若采用焊接气孔产生倾向更大。图 1.4 为 EDS 取点位置示意图，各点焊缝气孔倾向，在焊前应对 Invar 合金工件坡口进行严格清用不含 H、O 的惰性气体，并严格控制流量以起到充分隔
【参考文献】：
期刊论文
[1]激光-GMAW复合热源焊接熔池-小孔行为分析[J]. 张皓庭,武传松. 航空制造技术. 2016(19)
[2]厚板低碳钢窄间隙激光-MIG复合焊接工艺研究[J]. 刘永翔. 应用激光. 2016(03)
[3]激光-电弧复合焊接技术的研究现状[J]. 姜亦帅,杨尚磊,王妍,杨智华. 焊接技术. 2016(03)
[4]厚板16MnDR窄间隙激光-MIG复合焊接工艺研究[J]. 张熊,黎硕,米高阳,王春明,胡席远,王雪芳,张月来. 中国激光. 2016(01)
[5]激光+GMAW复合热源焊熔池流体流动的数值分析[J]. 胥国祥,张卫卫,刘朋,杜宝帅. 金属学报. 2015(06)
[6]因瓦合金4J36等离子焊接工艺及接头性能[J]. 王希靖,柴廷玺,赵青山,王江,王奇. 焊接学报. 2014(04)
[7]焊接残余应力对Invar钢疲劳寿命影响分析[J]. 赵东升,吴国强,刘玉君,刘文,纪卓尚. 焊接学报. 2013(04)
[8]连续激光焊接Fe-Ni合金工艺参数对焊缝形貌的影响[J]. 吴东江,张天武,马广义,刘士博,范聪,金洙吉. 中国激光. 2013(03)
[9]激光-MIG电弧的复合作用及对熔滴过渡的影响[J]. 韦辉亮,李桓,王旭友,王威,高莹. 焊接学报. 2011(11)
[10]激光深熔焊接过程传输现象的数值模拟[J]. 汪任凭,雷永平,史耀武. 稀有金属材料与工程. 2011(S2)
博士论文
[1]铝合金机身壁板结构双侧激光焊接特征及熔池行为研究[D]. 杨志斌.哈尔滨工业大学 2013
[2]激光深熔焊接过程传输现象的数值模拟[D]. 汪任凭.北京工业大学 2011
[3]基于“三明治”新方法的激光深熔焊接小孔效应的模拟研究[D]. 张屹.湖南大学 2005
硕士论文
[1]激光+GMAW复合热源焊焊缝缺陷机理研究[D]. 张卫卫.江苏科技大学 2015
[2]民机复材结构用Invar钢模具焊接工艺优化研究[D]. 张家铭.哈尔滨工业大学 2013
[3]S355J2W耐候钢激光-MAG复合焊接头组织与性能研究[D]. 高丹丹.吉林大学 2013
[4]殷钢厚板材料激光焊接技术实验研究[D]. 尹波.大连理工大学 2009
[5]VOF运动界面重构的流体体积分数保持法[D]. 陈萍萍.河海大学 2007
本文编号：3420243
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：104 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Fe-Ni合金热膨胀系数等温线
表 1.1 Invar 钢化学成分含量（重量百分比，%）P S Si Mn Ni≤ 0.02 ≤ 0.02 ≤ 0.3 ≤ 0.6 35.0~3表 1.2 Invar 合金主要性能参数屈服点(MPa) 延伸率(%) 断面收缩(%) 硬度(HV) 280-420 30-45 50-70 104-150 高 Ni 含量使其热导率低，流体流动性差，焊接过程容易产生较少量的硫、磷杂质，极易形成熔点分别为 645℃、880℃的 P 共晶的熔点。这类低熔点共晶将以薄膜状形式存在于晶界度上减小了焊缝组织的抗拉强度。在熔池凝固后期可能生成被连续的液相隔离，在拉应力作用下容易发生开裂产生焊接
Invar 合金激光-MIG 复合焊接熔池与小孔动态行为研究流动性差，减弱了电弧搅拌对气孔的溢出作用。若采用焊接气孔产生倾向更大。图 1.4 为 EDS 取点位置示意图，各点焊缝气孔倾向，在焊前应对 Invar 合金工件坡口进行严格清用不含 H、O 的惰性气体，并严格控制流量以起到充分隔
【参考文献】：
期刊论文
[1]激光-GMAW复合热源焊接熔池-小孔行为分析[J]. 张皓庭,武传松. 航空制造技术. 2016(19)
[2]厚板低碳钢窄间隙激光-MIG复合焊接工艺研究[J]. 刘永翔. 应用激光. 2016(03)
[3]激光-电弧复合焊接技术的研究现状[J]. 姜亦帅,杨尚磊,王妍,杨智华. 焊接技术. 2016(03)
[4]厚板16MnDR窄间隙激光-MIG复合焊接工艺研究[J]. 张熊,黎硕,米高阳,王春明,胡席远,王雪芳,张月来. 中国激光. 2016(01)
[5]激光+GMAW复合热源焊熔池流体流动的数值分析[J]. 胥国祥,张卫卫,刘朋,杜宝帅. 金属学报. 2015(06)
[6]因瓦合金4J36等离子焊接工艺及接头性能[J]. 王希靖,柴廷玺,赵青山,王江,王奇. 焊接学报. 2014(04)
[7]焊接残余应力对Invar钢疲劳寿命影响分析[J]. 赵东升,吴国强,刘玉君,刘文,纪卓尚. 焊接学报. 2013(04)
[8]连续激光焊接Fe-Ni合金工艺参数对焊缝形貌的影响[J]. 吴东江,张天武,马广义,刘士博,范聪,金洙吉. 中国激光. 2013(03)
[9]激光-MIG电弧的复合作用及对熔滴过渡的影响[J]. 韦辉亮,李桓,王旭友,王威,高莹. 焊接学报. 2011(11)
[10]激光深熔焊接过程传输现象的数值模拟[J]. 汪任凭,雷永平,史耀武. 稀有金属材料与工程. 2011(S2)
博士论文
[1]铝合金机身壁板结构双侧激光焊接特征及熔池行为研究[D]. 杨志斌.哈尔滨工业大学 2013
[2]激光深熔焊接过程传输现象的数值模拟[D]. 汪任凭.北京工业大学 2011
[3]基于“三明治”新方法的激光深熔焊接小孔效应的模拟研究[D]. 张屹.湖南大学 2005
硕士论文
[1]激光+GMAW复合热源焊焊缝缺陷机理研究[D]. 张卫卫.江苏科技大学 2015
[2]民机复材结构用Invar钢模具焊接工艺优化研究[D]. 张家铭.哈尔滨工业大学 2013
[3]S355J2W耐候钢激光-MAG复合焊接头组织与性能研究[D]. 高丹丹.吉林大学 2013
[4]殷钢厚板材料激光焊接技术实验研究[D]. 尹波.大连理工大学 2009
[5]VOF运动界面重构的流体体积分数保持法[D]. 陈萍萍.河海大学 2007
本文编号：3420243
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