薄板角结构激光-MIG复合焊的数值模拟与实验研究
发布时间：2022-11-10 18:38
由于先进高效的焊接技术在国内推广不足,我国汽车制造领域的相关焊接技术受到了极大地限制。目前,高效焊接技术主要应用在中厚板对接和重叠结构的连接中,在薄板角结构中的应用非常有限。激光-MIG复合焊技术是将激光焊和MIG焊两种焊接技术组合形成的一种高效的焊接技术。该技术用于1.5 mm厚的车用spcc钢板焊接时,不仅焊接效率高,而且缺陷少,能够改善焊接接头的微观组织与力学性能。在此基础上,本文通过模拟软件Fluent对1.5 mm厚薄板角结构spcc（steel plate cold common）钢板激光-MIG复合焊过程中的温度场分布和熔池熔体流动特征进行了数值模拟。同时,进行了复合焊接实验研究,从焊接工艺参数的角度研究了薄板角结构激光-MIG复合焊的焊缝成型规律,并分析了焊接接头的微观组织与力学性能。模拟分析了薄板角结构spcc钢板在激光-MIG复合焊过程中熔池温度场和流场的分布规律。沿熔池深度方向,离熔池上表面距离越远,温度越低,温度梯度最大值出现在熔池边缘,并且在熔池冷却阶段会出现轻微“温度回弹”现象。在Marangoni流影响下,熔体从熔池中心流向熔池边缘,且熔池内熔体最大流速出...
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 高效焊接技术概况
1.2.1 激光焊接技术
1.2.2 电弧焊技术
1.2.3 激光填丝焊技术
1.2.4 激光-电弧复合焊
1.2.5 激光-电弧复合焊国内外研究现状
1.3 薄板角焊接头焊接
1.3.1 薄板角焊结构的焊接方法
1.3.2 薄板角焊结构研究现状
1.4 本文主要研究意义与内容
第二章 实验条件与方案
2.1 激光-MIG复合焊接设备
2.2 实验材料
2.3 焊接工艺实验过程
2.4 焊接接头微观组织和性能测试
2.4.1 焊缝微观组织和形貌
2.4.2 显微硬度
第三章 薄板角结构激光-MIG复合焊接熔池温度场和流场的建模
3.1 引言
3.2 焊接有限元分析方法
3.2.1 Fluent软件简介
3.2.2 激光-MIG复合焊熔池流场模拟中控制方程
3.2.2.1 能量守恒方程
3.2.2.2 质量守恒方程
3.2.2.3 动量守恒方程
3.2.3 热源模型
3.2.4 初始条件和边界条件
3.2.5 动量方程源项
3.2.6 固液糊状区的处理
3.2.7 确定时间步长
3.3 激光-MIG复合焊数值模拟设计思路
3.4 本章小结
第四章 薄板角结构激光-MIG复合焊熔池温度场分布和熔池形态研究
4.1 引言
4.2 物理模型及有限元模型
4.2.1 物理模型
4.2.2 有限元模型的建立
4.2.3 条件假设
4.2.4 材料物理参数的设定
4.3 熔池温度场数值模拟分析
4.3.1 激光-MIG焊温度场分布特征
4.3.2 不同工艺参数对熔池温度场的影响
4.3.2.1 坡口角度对熔池温度场分布的影响
4.3.2.2 激光功率对熔池温度场分布的影响
4.3.2.3 焊接速度对熔池温度场分布的影响
4.3.3 温度梯度分布特征
4.3.4 温度热循环曲线
4.3.5 模拟结果与实验数据对比
4.4 熔池流场数值模拟分析
4.4.1 不同界面的流场分布特征
4.4.2 不同工艺参数对熔池流动的影响
4.4.2.1 坡口角度对熔池流场的影响
4.4.2.2 激光功率对熔池流场的影响
4.4.2.3 焊接速度对熔池流场的影响
4.5 本章小结
第五章 薄板角结构激光-MIG复合焊的实验研究
5.1 引言
5.2 焊接实验方案设计
5.3 工艺参数对角焊缝质量的影响规律
5.3.1 坡口角度对焊缝成型的影响
5.3.2 激光功率对焊缝成型的影响
5.3.3 焊接电流对焊缝成型的影响
5.3.4 焊接速度对焊缝成型的影响
5.4 焊缝接头横截面的形貌和熔池几何尺寸
5.5 焊接接头微观组织与性能分析
5.5.1 微观组织分析
5.5.2 不同激光功率下焊缝的微观组织
5.5.3 不同扫描速度下焊缝的微观组织
5.5.4 焊缝区微观组织透射电子显微分析
5.5.5 焊接接头显微硬度分析
5.5.6 坡口角度对焊缝残余应力分布的影响
5.6 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果
【参考文献】：
博士论文
[1]激光填丝焊的焊丝熔入行为及工艺研究[D]. 余阳春.华中科技大学 2010
硕士论文
[1]激光熔覆TiB颗粒增强钛合金的数值模拟与实验研究[D]. 方翠.江苏大学 2018
[2]汽车行业镀锌板碳钢焊丝MAG焊接工艺研究[D]. 何艳兵.华南理工大学 2017
[3]SUS304不锈钢激光-MIG复合焊接工艺及机理研究[D]. 杨千里.江苏科技大学 2017
[4]激光微熔纳米SiC颗粒增强Al基复合层数值模拟与实验研究[D]. 夏传达.江苏大学 2017
[5]哈氏合金薄板激光填丝焊接基础工艺实验研究[D]. 吴冬冬.大连理工大学 2017
[6]Invar合金激光-MIG复合焊接熔池与小孔动态行为研究[D]. 张琪.南京航空航天大学 2017
[7]激光填粉焊接熔池流动数值模拟[D]. 胡雪.哈尔滨工业大学 2016
[8]某滚装船薄板结构变形研究[D]. 闫永思.集美大学 2016
[9]铝/钢异种金属CMT焊熔池温度场及流场的研究[D]. 姚鹤.江苏科技大学 2016
[10]钛合金T形结构激光-电弧复合焊接工艺研究[D]. 张永操.大连理工大学 2016
本文编号：3705101
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 高效焊接技术概况
1.2.1 激光焊接技术
1.2.2 电弧焊技术
1.2.3 激光填丝焊技术
1.2.4 激光-电弧复合焊
1.2.5 激光-电弧复合焊国内外研究现状
1.3 薄板角焊接头焊接
1.3.1 薄板角焊结构的焊接方法
1.3.2 薄板角焊结构研究现状
1.4 本文主要研究意义与内容
第二章 实验条件与方案
2.1 激光-MIG复合焊接设备
2.2 实验材料
2.3 焊接工艺实验过程
2.4 焊接接头微观组织和性能测试
2.4.1 焊缝微观组织和形貌
2.4.2 显微硬度
第三章 薄板角结构激光-MIG复合焊接熔池温度场和流场的建模
3.1 引言
3.2 焊接有限元分析方法
3.2.1 Fluent软件简介
3.2.2 激光-MIG复合焊熔池流场模拟中控制方程
3.2.2.1 能量守恒方程
3.2.2.2 质量守恒方程
3.2.2.3 动量守恒方程
3.2.3 热源模型
3.2.4 初始条件和边界条件
3.2.5 动量方程源项
3.2.6 固液糊状区的处理
3.2.7 确定时间步长
3.3 激光-MIG复合焊数值模拟设计思路
3.4 本章小结
第四章 薄板角结构激光-MIG复合焊熔池温度场分布和熔池形态研究
4.1 引言
4.2 物理模型及有限元模型
4.2.1 物理模型
4.2.2 有限元模型的建立
4.2.3 条件假设
4.2.4 材料物理参数的设定
4.3 熔池温度场数值模拟分析
4.3.1 激光-MIG焊温度场分布特征
4.3.2 不同工艺参数对熔池温度场的影响
4.3.2.1 坡口角度对熔池温度场分布的影响
4.3.2.2 激光功率对熔池温度场分布的影响
4.3.2.3 焊接速度对熔池温度场分布的影响
4.3.3 温度梯度分布特征
4.3.4 温度热循环曲线
4.3.5 模拟结果与实验数据对比
4.4 熔池流场数值模拟分析
4.4.1 不同界面的流场分布特征
4.4.2 不同工艺参数对熔池流动的影响
4.4.2.1 坡口角度对熔池流场的影响
4.4.2.2 激光功率对熔池流场的影响
4.4.2.3 焊接速度对熔池流场的影响
4.5 本章小结
第五章 薄板角结构激光-MIG复合焊的实验研究
5.1 引言
5.2 焊接实验方案设计
5.3 工艺参数对角焊缝质量的影响规律
5.3.1 坡口角度对焊缝成型的影响
5.3.2 激光功率对焊缝成型的影响
5.3.3 焊接电流对焊缝成型的影响
5.3.4 焊接速度对焊缝成型的影响
5.4 焊缝接头横截面的形貌和熔池几何尺寸
5.5 焊接接头微观组织与性能分析
5.5.1 微观组织分析
5.5.2 不同激光功率下焊缝的微观组织
5.5.3 不同扫描速度下焊缝的微观组织
5.5.4 焊缝区微观组织透射电子显微分析
5.5.5 焊接接头显微硬度分析
5.5.6 坡口角度对焊缝残余应力分布的影响
5.6 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果
【参考文献】：
博士论文
[1]激光填丝焊的焊丝熔入行为及工艺研究[D]. 余阳春.华中科技大学 2010
硕士论文
[1]激光熔覆TiB颗粒增强钛合金的数值模拟与实验研究[D]. 方翠.江苏大学 2018
[2]汽车行业镀锌板碳钢焊丝MAG焊接工艺研究[D]. 何艳兵.华南理工大学 2017
[3]SUS304不锈钢激光-MIG复合焊接工艺及机理研究[D]. 杨千里.江苏科技大学 2017
[4]激光微熔纳米SiC颗粒增强Al基复合层数值模拟与实验研究[D]. 夏传达.江苏大学 2017
[5]哈氏合金薄板激光填丝焊接基础工艺实验研究[D]. 吴冬冬.大连理工大学 2017
[6]Invar合金激光-MIG复合焊接熔池与小孔动态行为研究[D]. 张琪.南京航空航天大学 2017
[7]激光填粉焊接熔池流动数值模拟[D]. 胡雪.哈尔滨工业大学 2016
[8]某滚装船薄板结构变形研究[D]. 闫永思.集美大学 2016
[9]铝/钢异种金属CMT焊熔池温度场及流场的研究[D]. 姚鹤.江苏科技大学 2016
[10]钛合金T形结构激光-电弧复合焊接工艺研究[D]. 张永操.大连理工大学 2016
本文编号：3705101
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