CMT焊接温度场数值模拟及工艺参数研究

发布时间：2017-10-03 03:38

  本文关键词：CMT焊接温度场数值模拟及工艺参数研究

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【摘要】：CMT(Cold Metal Transfer,冷金属过渡技术)是奥地利福尼斯Fronius公司在无飞溅引弧技术以及微连接技术基础之上研发的一种新型熔化极气体保护焊接方法。其冷热交替加热的特点可以焊接薄至0.3mm的超薄板。CMT焊接工艺的诞生打破了薄板焊接的禁区。本文首先以有限元理论、焊接传热理论为核心,介绍了一般热源模型的分类及特点,使用12.1版本ANSYS有限元分析软件,建立了CMT焊接有限元模型。选择高斯分布热源模型作为本文数值模拟热源模型,针对CMT焊接“冷-热-冷”交替的特点对热源模型进行处理:使用APDL二次开发语言,在热源加载的每个时间进度中规定一定时间内的热载荷为零,经过大量模拟与实验数据的对比,确定每一个时间进度t中,间歇期为0.3t时能够得到较为精确的结果。然后对CMT焊接三维瞬态温度场和熔池进行研究,分析了随时间变化温度场的分布规律及熔池形状的变化。并根据CMT一元化专家系统的特点,选择焊接电流和焊接速度作为数值模拟的焊接参数,研究了不同参数对CMT焊接温度场的分布和熔池形状的影响。采用正交试验法进行试验,选择焊接电流、焊接速度、焊丝干伸长、喷嘴高度和气体流量五个焊接参数作为影响因素,确定了五因素三水平正交表,通过正交试验结果对数值模拟结果进行对比,结果表明,数值模拟能够比较准确地描述CMT温度场分布情况,并得到较为精确的焊缝尺寸。最后采用stata12.0统计软件,以正交试验得到的数据作为样本,以五个焊接参数作为自变量,焊缝尺寸熔深、熔宽和余高作为因变量,对焊缝尺寸进行多元线性回归,结果表明,逐步回归模型有较好的预测精度,最终得到焊缝的熔深、熔宽和余高的多元线性回归方程,建立了CMT焊缝几何形状数学模型。对于提高焊缝几何形状预测的准确性,具有重要的意义。
【关键词】：CMT 冷金属过渡技术 数值模拟 线性回归
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG444.72
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第一章 绪论9-19
• 1.1 课题背景与选题意义9-10
• 1.1.1 课题背景9-10
• 1.1.2 选题意义10
• 1.2 CMT冷金属过渡技术简介及其主要特点10-12
• 1.3 CMT冷金属过渡焊接系统的组成12-13
• 1.4 CMT冷金属过渡技术焊接工艺国内外研究现状13-15
• 1.4.1 焊前工艺研究13-14
• 1.4.2 焊接工艺优化14-15
• 1.5 数值模拟研究现状15-16
• 1.5.1 焊接温度场研究现状15-16
• 1.5.2 CMT数值模拟研究现状16
• 1.6 线性回归意义及研究现状16-18
• 1.7 本文研究内容18-19
• 第二章 基于ANSYS焊接温度场有限元数值模拟19-29
• 2.1 有限元理论概述19
• 2.2 焊接传热理论19-22
• 2.2.1 传热学理论概述19-20
• 2.2.2 焊接传热的微分控制方程20-21
• 2.2.3 非线性热传导的有限元分析21-22
• 2.3 焊接热源模型22-25
• 2.4 ANSYS软件简介及其计算的基本流程25-26
• 2.4.1 ANSYS简介25
• 2.4.2 ANSYS计算流程25-26
• 2.5 APDL编程语言26-28
• 2.6 本章小结28-29
• 第三章 CMT冷金属过渡温度场数值模拟29-55
• 3.1 CMT温度场的数值模拟29-33
• 3.1.1 CMT焊接热源模型的选择29
• 3.1.2 CMT焊接热源模型的处理29-31
• 3.1.3 CMT焊接有限元模型的建立31-32
• 3.1.4 CMT焊接模型网格划分32-33
• 3.1.5 焊接热源加载计算33
• 3.2 CMT焊接温度场分布特点33-53
• 3.2.1 三维焊接温度场瞬态分析33-39
• 3.2.2 焊接熔池瞬态变化39-43
• 3.2.3 焊接工艺参数对焊缝成形的影响研究43-53
• 3.3 本章小结53-55
• 第四章 CMT焊接工艺试验验证55-64
• 4.1 试验设备55
• 4.2 正交试验法工艺试验55-61
• 4.2.1 正交试验法概述56
• 4.2.2 正交试验的基本原理56-58
• 4.2.3 研究因子及其工作范围58
• 4.2.4 对每个因子zj水平进行编码58-59
• 4.2.5 正交表的选择59-61
• 4.3 试验结果61-63
• 4.3.1 焊缝成形61
• 4.3.2 试件制作以及尺寸的测量结果61-63
• 4.4 结果分析63
• 4.5 本章小结63-64
• 第五章 线性回归数学建模64-70
• 5.1 Stata软件介绍64
• 5.2 数学模型的建立64-69
• 5.3 本章小结69-70
• 第六章 结论与展望70-72
• 6.1 结论70-71
• 6.2 展望71-72
• 致谢72-73
• 参考文献73-75
• 攻读学位期间的研究成果75

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 林尚扬;我国焊接生产现状与焊接技术的发展[J];船舶工程;2005年S1期

2 周方明;宋辉;;活性剂CMT焊接的研究[J];电焊机;2013年03期

3 蒋友寰;;埋弧焊规范参数优化计算[J];焊接技术;1992年04期

4 孙俊生;GMAW焊缝几何尺寸的预测和控制[J];焊接技术;1998年03期

5 蔡洪能，，唐慕尧;TIG焊接温度场的有限元分析[J];机械工程学报;1996年02期

本文编号：962993