外加磁场下铝合金TIG焊焊接熔池模拟

发布时间：2017-07-26 12:36

  本文关键词：外加磁场下铝合金TIG焊焊接熔池模拟

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【摘要】：本文通过对焊接工艺过程研究，借助FLUENT软件，编辑用户子程序，研究了焊接熔池流场、温度场分布以及熔池形貌的影响因素。 首先建立移动TIG焊接熔池数学模型，研究焊接工艺参数对熔池内液态金属流动和熔池形貌的影响。结果表明其他工艺参数不变情况下，单一改变焊接电流，随着电流的增加，熔深、熔宽都增加，但熔深增加明显，并且模拟结果与实验所得熔池形貌变化趋势一致；单一改变焊接速度，随着焊接速度的增加，熔深熔宽都减小，最高温度降低，模拟结果与实验结果基本一致；焊接进行一段时间后温度场达到准稳态，且关于焊缝中心呈对称分布；焊接熔池内部传热以对流传热为主，，焊接熔池上层，液态金属由中心流向边缘，使熔深增加，熔池底层，液态金属由边缘流向中心使熔深增加。 为研究各驱动力对焊接熔池流场的影响，在TIG焊接熔池数学模型基础上，分别计算了浮力、电磁力、正负表面张力单独作用下，熔池流场和温度场的变化。结果表明浮力单独作用下，液态金属由热源中心流向边缘，熔宽增加，熔深减小；电磁力单独作用，液态金属由边缘流向中心，在中心处液态金属由表面流向底部使熔深增加，熔宽减小；正表面张力作用效果与电磁力作用效果相同，负表面张力下作用效果与电磁力作用效果相反，即形成外流，使熔深减小，熔宽增加；各作用力相互作用下，焊接熔池流场出现分层，表层受表面张力影响明显，底层受电磁力作用明显。故，表层驱动力作用程度由大到小分别为表面张力、电磁力、浮力，底层分别为电磁力、表面张力、浮力。 外加磁场使熔池表面液态金属产生旋转，呈发散状使熔宽增加，即外加磁场对焊接熔池起到搅拌作用；磁场强度0.01-0.02T，磁场频率1-2HZ范围内外加磁场搅拌效果最明显；随着磁场强度的增加熔深减小，熔宽增加，随着磁场频率的增加，熔宽先减小后增加，熔深先增加后减小。
【关键词】：熔池 流场 温度场 外加磁场 熔池形貌
【学位授予单位】：沈阳航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG444.74
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第一章 绪论11-23
• 1.1 课题来源及研究目的和意义11-12
• 1.2 电磁搅拌技术及焊接熔池模拟现状12-18
• 1.2.1 TIG 焊焊接熔池模拟现状12-16
• 1.2.2 电磁搅拌技术在焊接中的用16-18
• 1.3 焊接熔池驱动力研究18-19
• 1.4 焊接热源模型19-22
• 1.6 本文研究主要内容22-23
• 第二章 焊接熔池数值模拟23-43
• 2.1 焊接熔池数学模型23-33
• 2.1.1 模型假设23
• 2.1.2 控制方程23-24
• 2.1.3 源项及其处理方式24-28
• 2.1.4 熔池中驱使液态金属流动的体积力28-31
• 2.1.5 边界条件31-33
• 2.2 数值求解方法33-35
• 2.2.1 FLUENT 简介33-34
• 2.2.2 CFD 的一般求解过程34-35
• 2.3 焊接熔池数值求解方法35-41
• 2.3.1 焊接熔池计算模拟常用模型计算法35-36
• 2.3.2 FLUENT 实现焊接熔池模拟过程36-41
• 2.4 小结41-43
• 第三章 单独驱动力作用下焊接熔池数值模拟43-56
• 3.1 浮力驱动力作用下的温度场和流场43-45
• 3.2 电磁力驱动作用下的温度场和流场45-47
• 3.3 负表面张力系数下温度场和流场47-49
• 3.4 正表面张力温度梯度下温度场和流场49-51
• 3.5 各驱动力混合作用下温度场和流场分布51-53
• 3.6 各驱动力作用下的速度和熔池形貌分析53-55
• 3.7 小结55-56
• 第四章 焊接工艺参数对焊接熔池流场和温度场影响56-64
• 4.1 2A16 热物理性能和焊接参数56-57
• 4.2 焊接电流对熔池形貌的影响57-60
• 4.3 焊接速度对焊接熔池形貌的影响60-63
• 4.4 小结63-64
• 第五章 外加纵向磁场对焊接熔流场和温度场影响64-69
• 5.1 外加纵向磁场对焊接熔池流场和温度场影响64-66
• 5.2 外加磁场强度对焊接熔池流场和温度场的影响66-67
• 5.3 外加磁场频率对焊接熔池流场和温度场的影响67-68
• 5.4 小结68-69
• 结论69-71
• 参考文献71-74
• 致谢74-75
• 攻读硕士期间发表（含录用）的学术论文75

【参考文献】

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本文编号：576449