磁场作用下短路电弧熔滴过渡的数值模拟

发布时间：2017-08-16 13:14

  本文关键词：磁场作用下短路电弧熔滴过渡的数值模拟

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【摘要】：目前针对控制短路过渡CO2焊飞溅，改善焊缝成形的研究主要集中于小电流下的薄板焊接，而在中等焊接电流下，，焊丝直径变大，会出现电弧偏吹等不良现象。因此，本文将外加纵向磁场引入到焊接电弧工作区域，研究磁场作用对于短路过渡CO2焊的电弧形态、熔滴过渡和焊缝成形的影响，从而解决磁场对于在中等焊接电流下CO2焊的控制作用。 本课题采用数值模拟、数值计算与实验数据相结合的方法，首先利用数值仿真来模拟纵向磁场作用下电弧形态、熔滴过渡以及焊缝成形的变化，直观观察纵向磁场对CO2焊的影响；接下来通过高速摄像实验拍摄并计算电弧形态的锥角、半径等参数，熔滴过渡形态参数，采用平面堆焊获得磁场作用下焊缝熔深熔宽，利用实验得到数据研究磁场作用下电弧形态，熔滴过渡和焊缝成形的变化规律；最后采用数值建模的方法，推导计算公式，量化外加磁场对于CO2焊的影响，分析熔滴短路过渡过程中分别在燃弧期、短路初期和短路末期的受力形式，从根本上解释电弧形态，熔滴形态和焊缝成形在磁场作用下变化的原因。 通过实验和数值分析的结果显示：在低频磁场作用下，最佳磁场参数为2A60Hz时，电弧形态呈扩张的钟罩型，熔滴过渡频率较无磁场有所增加，焊缝熔宽增加，熔深减小；在高频磁场作用下，最佳磁场参数为2A2000Hz时，电弧径向被压缩，熔滴过渡频率也增加，但焊缝熔宽减小，熔深增加。同时，在短路过渡燃弧期与短路初期，低频磁场对熔滴的电磁收缩力减小，促进熔滴向熔池的铺展以及短路过渡，减小短路瞬时飞溅；在短路末期，高频磁场压缩短路液桥，促进了金属液桥的拉断，减小了熔滴的短路时间，提高熔滴过渡频率，减小了“电爆炸”飞溅，改善了焊缝成形。
【关键词】：纵向磁场 高速摄像 短路过渡 受力分析
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG444.73
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 课题研究背景及意义9-11
• 1.2 磁控焊接技术的国内外研究现状11-13
• 1.2.1 磁场作用焊接电弧的研究11
• 1.2.2 磁场作用熔滴过渡的研究11-12
• 1.2.3 磁场作用焊缝成形的研究12-13
• 1.3 焊接数值模拟的研究13-16
• 1.3.1 焊接数值模拟的研究现状13-15
• 1.3.2 焊接数值建模的理论研究15-16
• 1.4 课题研究的内容及实验方法16-17
• 第2章 磁场作用下短路过渡 CO_2焊的数值模拟分析17-35
• 2.1 外加磁场分布的数值模拟17-19
• 2.1.1 电磁场控制方程组17
• 2.1.2 磁场分布计算模型及网格划分17-18
• 2.1.3 模拟结果分析18-19
• 2.2 外加磁场作用下短路过渡电弧形态的数值模拟19-25
• 2.2.1 磁场作用下电弧的控制方程19-20
• 2.2.2 计算模型及边界条件20-21
• 2.2.3 模拟结果分析21-25
• 2.3 外加磁场作用下焊缝成形的数值模拟25-35
• 2.3.1 焊接热控制方程组25-26
• 2.3.2 模型建模及模拟流程26-29
• 2.3.3 相应热源函数的二次开发29-32
• 2.3.4 模拟结果分析32-35
• 第3章 实验装置及方法35-41
• 3.1 实验装置及实验材料35-37
• 3.2 外加磁场作用下短路过渡 CO_2焊电弧形态实验37-39
• 3.3 外加磁场作用下短路过渡 CO_2焊熔滴过渡实验39-40
• 3.4 外加磁场作用下短路过渡 CO_2焊焊缝成形实验40-41
• 第4章 外加磁场作用下短路过渡 CO_2焊实验结果与分析41-60
• 4.1 外加磁场作用对短路过渡 CO_2焊电弧形态的影响41-45
• 4.2 外加磁场作用对短路过渡 CO_2焊熔滴过渡的影响45-56
• 4.2.1 外加磁场作用对短路过渡 CO_2焊熔滴过渡频率的影响45-48
• 4.2.2 外加磁场作用对短路过渡 CO_2焊熔滴过渡形态的影响48-56
• 4.3 外加磁场作用对短路过渡 CO_2焊焊缝成形的影响56-60
• 第5章 外加磁场对短路过渡 CO_2焊作用的机理分析60-76
• 5.1 外加磁场对短路过渡 CO_2焊电弧形态的作用机理60-62
• 5.1.1 外加磁场对短路过渡 CO_2焊电弧扩张作用的机理分析60-61
• 5.1.2 外加磁场对短路过渡 CO_2焊电弧压缩作用的机理分析61-62
• 5.2 外加磁场对 CO_2焊熔滴过渡的力学分析62-74
• 5.2.1 燃弧期球状熔滴阶段熔滴的受力分析63-66
• 5.2.2 短路初期液桥受力分析66-70
• 5.2.3 短路末期液桥受力分析70-74
• 5.3 外加磁场对短路过渡 CO_2焊焊缝成形的作用机理74-76
• 第6章 结论76-77
• 参考文献77-81
• 在学研究成果81-82
• 致谢82

【参考文献】

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本文编号：683476