列置双TIG电弧高速焊接熔池传热与流动行为数值分析
发布时间：2020-12-25 22:58
钨极惰性气体保护焊（Tungsten inert gas,TIG）因其过程稳定、质量高、成本低等优点而广泛应用于现代制造业中,如薄壁不锈钢工业管的TIG焊接生产。为实现薄壁不锈钢工业管的低成本高速焊接生产,2015年开发出了绿色高效列置双TIG电弧高速焊接工艺,并成功应用于不锈钢工业管的焊接生产,但辅助TIG电弧的热-力联合调控机制及其缺陷抑制机理尚缺乏定量分析。因此,基于列置双TIG电弧高速焊接工艺特点,通过研究其熔池液态金属传热传质行为,定量揭示列置双TIG电弧高速焊接过程中辅助TIG电弧对熔池的热-力联合调控机制、阐明焊接过程中缺陷抑制机理具有重要的理论与工程意义。根据高速TIG焊熔池表面变形以及电弧热力分布会随着熔池表面变形而变化的物理特点,考虑了两钨极参数不同所造成的区别,分别建立了随熔池表面变形自适应变化的主/辅TIG电弧热、力分布模型,准确描述焊接过程中前后两TIG电弧的热、力分布,利用焊缝成形和HAZ温度验证了所建模型的准确性和可靠性。以此为基础,数值计算并分析了高速TIG焊接熔池液态金属的传热传质行为。为研究列置双TIG电弧高速焊接过程中的焊缝表面成形缺陷抑制机理,对...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：110 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２熔池液态金属流动??
缺陷，因此在其??１９６８年被Ｂｒａｄｓｔｒｅｄ２６］首次报道以来，各国学者从不同角度对其形成原因及机理??进行了大量研究并得到了丰硕成果。学者们通过对熔池热过程及动态流动行为的??直接观察，建立在一定简化假设基础上的解析模型以及综合考虑熔池传热传质行??为的数值分析模型以揭示驼峰焊道缺陷的形成原因与机理。??Ｎｇｕｙｅｎ等人利用视觉检测的方法获得了?ＭＩＧ焊接过程中驼峰焊道缺陷产??生前后的演变过程，试验结果表明熔池中液态金属剧烈的后向流动是导致驼峰焊??道缺陷产生的主导因素，如图１－３所示。Ｃｈｏ等人［２８］利用视觉检测及数值模拟的??方法对ＭＩＧ焊接过程中驼峰焊道缺陷形成过程中温度场与流场的分析，发现在??低硫含量条件下，Ｍａｒａｎｇｏｎｉ力在驼峰焊道缺陷的形成过程中并非起到主导作用，??而表面张力引起的液态金属薄层的产生及其提前凝固起到重要作用，利用数值模??拟得到的温度场及流场如图１４所示。???Ｉ—??图１－３?ＭＩＧ焊驼峰焊道形成过程中熔池行为［２７］??４??
山东大学硕士学位论文??丄?ｄｉｌｌ?Ｂ－＾ｉ｜－??■ＢｔａｄＨ?＇?■?Ｊ??屋?Ｌ?一—二；１??＾?”通丨Ｃ—??ｊＶ、?〇－?：－??＾?繫通?ｉｉｉｉｉ＾ｊｉ＾ｉ?ｉｒｉｉｉｉｉ??图１４?ＭＩＧ焊驼峰焊道形成过程中温度场及流场分布Ｍｌ??Ｐａｔｏｎ等人１２９１提出，在ＴＩＧ焊接熔池尾部产生的液态金属堆积的静压力与电??弧压力应该保持相对平衡。电弧压力小于静压力时，电弧下方的液态金属层厚度??大，有利于保证良好的焊缝成形；电弧压力大于静压力时，电弧下方的液态金属??层厚度小，由于其热容较小容易产生提前凝固从而诱发驼峰焊道缺陷的形成。??Ｍｅｎｄｅｚ等人利用量纲分析的方法研究了?ＴＩＧ焊接过程中凹陷区的形成及尺寸??与不同作用力之间的相互影响并实现了对熔池中较重要特征参数的有效预估。计??算结果表明，电弧剪切力是造成焊接过程中熔池凹陷区产生的主要驱动力，而其??余作用力产生的影响相对较校此外，在电弧剪切力作用下，熔池内部液态金属??薄层厚度约为５０?Ｍｍ，液态金属的后向流速达到１?ｍ／ｓ。极薄的液态金属层由于??相对较小的热容会迅速凝固，阻碍尾部液态金属的向前回流导致驼峰焊道的形成。??Ｍｅｎｇ等人１＾１通过三维数值分析模型的建立并综合考虑焊接过程中随熔池??表面变形自适应变化的电弧热、电弧压力、电弧剪切力以及电磁力等电弧热－力??的相互耦合作用，实现了对驼峰焊道缺陷的准确模拟并提出一组无量纲参数组ｔｔ６??以预测驼峰焊道缺陷产生的临界条件，如图１－５所示。大量液态金属沿侧壁通道??向后流动，熔池侧壁通道以及熔池尾部液态金属在脱离电弧加热后迅速凝固，阻??碍熔池液态金属的流动，凹陷区长度增大，诱发
【参考文献】：
期刊论文
[1]电弧能量匹配对前后列置双TIG高速焊接焊缝组织与性能的影响[J]. 秦国梁,冯超,江海红,姜自立,耿培皓. 焊接学报. 2019(11)
[2]304不锈钢薄板列置双TIG高速焊缝组织与性能[J]. 江海红,秦国梁,冯超,陈永,王世路. 焊接学报. 2019(01)
[3]外界因素对焊接咬边问题的影响规律[J]. 吉玲,左敦稳,邓永芳,王珉. 材料热处理学报. 2015(03)
[4]薄壁不锈钢管列置双TIG电弧高速焊接工艺[J]. 秦国梁,孟祥萌,付邦龙,杨成营,肖国栋. 机械工程学报. 2015(12)
[5]不锈钢薄板的焊接技术探讨[J]. 潘鑫. 热喷涂技术. 2011(04)
[6]外加横向磁场对高速TIG焊缝成形的影响[J]. 常云龙,杨殿臣,魏来,路林. 焊接学报. 2011(03)
[7]热丝TIG焊方法最新研究进展[J]. 赵福海,华学明,叶欣,吴毅雄. 热加工工艺. 2011(03)
[8]基于FLUENT的TIG焊瞬态熔池三维形态的数值模拟[J]. 袁尤智,刘南生,汪岩峰. 焊接学报. 2009(12)
[9]电弧辅助活性TIG焊接法[J]. 樊丁,林涛,黄勇,牛书锋. 焊接学报. 2008(12)
[10]双钨极氩弧焊焊缝成形的数值模拟[J]. 张广军,赵琳琳,冷雪松. 焊接学报. 2008(08)
博士论文
[1]高速GTAW焊缝表面成形缺陷的形成机理及其抑制措施[D]. 孟祥萌.山东大学 2017
[2]高速GMAW焊缝咬边缺陷形成机理及其抑制措施的研究[D]. 宗然.山东大学 2017
本文编号：2938542
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：110 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２熔池液态金属流动??
缺陷，因此在其??１９６８年被Ｂｒａｄｓｔｒｅｄ２６］首次报道以来，各国学者从不同角度对其形成原因及机理??进行了大量研究并得到了丰硕成果。学者们通过对熔池热过程及动态流动行为的??直接观察，建立在一定简化假设基础上的解析模型以及综合考虑熔池传热传质行??为的数值分析模型以揭示驼峰焊道缺陷的形成原因与机理。??Ｎｇｕｙｅｎ等人利用视觉检测的方法获得了?ＭＩＧ焊接过程中驼峰焊道缺陷产??生前后的演变过程，试验结果表明熔池中液态金属剧烈的后向流动是导致驼峰焊??道缺陷产生的主导因素，如图１－３所示。Ｃｈｏ等人［２８］利用视觉检测及数值模拟的??方法对ＭＩＧ焊接过程中驼峰焊道缺陷形成过程中温度场与流场的分析，发现在??低硫含量条件下，Ｍａｒａｎｇｏｎｉ力在驼峰焊道缺陷的形成过程中并非起到主导作用，??而表面张力引起的液态金属薄层的产生及其提前凝固起到重要作用，利用数值模??拟得到的温度场及流场如图１４所示。???Ｉ—??图１－３?ＭＩＧ焊驼峰焊道形成过程中熔池行为［２７］??４??
山东大学硕士学位论文??丄?ｄｉｌｌ?Ｂ－＾ｉ｜－??■ＢｔａｄＨ?＇?■?Ｊ??屋?Ｌ?一—二；１??＾?”通丨Ｃ—??ｊＶ、?〇－?：－??＾?繫通?ｉｉｉｉｉ＾ｊｉ＾ｉ?ｉｒｉｉｉｉｉ??图１４?ＭＩＧ焊驼峰焊道形成过程中温度场及流场分布Ｍｌ??Ｐａｔｏｎ等人１２９１提出，在ＴＩＧ焊接熔池尾部产生的液态金属堆积的静压力与电??弧压力应该保持相对平衡。电弧压力小于静压力时，电弧下方的液态金属层厚度??大，有利于保证良好的焊缝成形；电弧压力大于静压力时，电弧下方的液态金属??层厚度小，由于其热容较小容易产生提前凝固从而诱发驼峰焊道缺陷的形成。??Ｍｅｎｄｅｚ等人利用量纲分析的方法研究了?ＴＩＧ焊接过程中凹陷区的形成及尺寸??与不同作用力之间的相互影响并实现了对熔池中较重要特征参数的有效预估。计??算结果表明，电弧剪切力是造成焊接过程中熔池凹陷区产生的主要驱动力，而其??余作用力产生的影响相对较校此外，在电弧剪切力作用下，熔池内部液态金属??薄层厚度约为５０?Ｍｍ，液态金属的后向流速达到１?ｍ／ｓ。极薄的液态金属层由于??相对较小的热容会迅速凝固，阻碍尾部液态金属的向前回流导致驼峰焊道的形成。??Ｍｅｎｇ等人１＾１通过三维数值分析模型的建立并综合考虑焊接过程中随熔池??表面变形自适应变化的电弧热、电弧压力、电弧剪切力以及电磁力等电弧热－力??的相互耦合作用，实现了对驼峰焊道缺陷的准确模拟并提出一组无量纲参数组ｔｔ６??以预测驼峰焊道缺陷产生的临界条件，如图１－５所示。大量液态金属沿侧壁通道??向后流动，熔池侧壁通道以及熔池尾部液态金属在脱离电弧加热后迅速凝固，阻??碍熔池液态金属的流动，凹陷区长度增大，诱发
【参考文献】：
期刊论文
[1]电弧能量匹配对前后列置双TIG高速焊接焊缝组织与性能的影响[J]. 秦国梁,冯超,江海红,姜自立,耿培皓. 焊接学报. 2019(11)
[2]304不锈钢薄板列置双TIG高速焊缝组织与性能[J]. 江海红,秦国梁,冯超,陈永,王世路. 焊接学报. 2019(01)
[3]外界因素对焊接咬边问题的影响规律[J]. 吉玲,左敦稳,邓永芳,王珉. 材料热处理学报. 2015(03)
[4]薄壁不锈钢管列置双TIG电弧高速焊接工艺[J]. 秦国梁,孟祥萌,付邦龙,杨成营,肖国栋. 机械工程学报. 2015(12)
[5]不锈钢薄板的焊接技术探讨[J]. 潘鑫. 热喷涂技术. 2011(04)
[6]外加横向磁场对高速TIG焊缝成形的影响[J]. 常云龙,杨殿臣,魏来,路林. 焊接学报. 2011(03)
[7]热丝TIG焊方法最新研究进展[J]. 赵福海,华学明,叶欣,吴毅雄. 热加工工艺. 2011(03)
[8]基于FLUENT的TIG焊瞬态熔池三维形态的数值模拟[J]. 袁尤智,刘南生,汪岩峰. 焊接学报. 2009(12)
[9]电弧辅助活性TIG焊接法[J]. 樊丁,林涛,黄勇,牛书锋. 焊接学报. 2008(12)
[10]双钨极氩弧焊焊缝成形的数值模拟[J]. 张广军,赵琳琳,冷雪松. 焊接学报. 2008(08)
博士论文
[1]高速GTAW焊缝表面成形缺陷的形成机理及其抑制措施[D]. 孟祥萌.山东大学 2017
[2]高速GMAW焊缝咬边缺陷形成机理及其抑制措施的研究[D]. 宗然.山东大学 2017
本文编号：2938542
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