TIG-MIG复合电弧-熔滴行为数值分析
发布时间：2021-04-12 01:50
TIG-MIG复合焊结合TIG焊和MIG焊两种焊接方法的优点,使其即使在纯氩气的保护下,也可获得变形小、质量高的焊接接头,符合现代制造业对焊接质量和效率的要求。复合焊过程中,TIG、MIG两电弧间存在强烈的交互作用,该作用对复合焊电弧行为、熔滴过渡、熔池热-力学平衡等具有重要影响。但是目前对于TIG-MIG复合焊电弧-熔滴的研究仍主要基于实验结果,即通过借助高速摄像和光谱分析定性或半定量的探究复合电弧-熔滴的热-力规律,而对于电弧-熔滴间耦合机制的研究较少。因此,本文采用模拟计算和工艺实验相结合的方法,研究TIG-MIG复合焊电弧-熔滴的热-力特性以及二者间的相互耦合作用,对比分析与单MIG焊电弧-熔滴行为的区别,揭示TIG-MIG复合焊电弧-熔滴的物理特性,指导优化焊接工艺,实现高效优质焊接,具有重要的科研意义和实用价值。本文基于TIG-MIG复合焊工艺实验平台,采用高速摄像机和激光背景光源获得电弧形态和熔滴过渡形态,为模拟计算提供验证数据。基于传热学、流体动力学、电磁学等理论基础建立了 TIG-MIG复合电弧-熔滴三维耦合瞬态模型,分析电弧空间的温度场、流场、电磁力、压力和电流密度...
【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】：96 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２不同丝极间距电弧形态变化??
第１章前言??显变化，热源密度、电弧压力也发生明显变化，如图１．３所示，当电极距离很近??时，两电弧融为一体，呈近似高斯分布。??Ｅｌｅｃｔｒｉｃ?一？ｖ?????／—?ＣａｒＫｃｉｉａｔｔｏｎ??ｃｕｒｒｅｎｌ?＇???、Ｉ?Ｕｒ?－ｖ?Ｕ?、?ｉ？－?－ｖ．??ｉ?？）（？）（？）??＾?Ｍａｇ＾??巧?Ｖｓ?Ｘ?、?巧?一??ｆｌｕｘ?ｄｅｎｓｉｔｙ??（ａ）?Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ?ｓｐａｃｉｎｇ?（ｂ）?Ｅｌｅｃｔｒｃｘｌｅ?ｓｐａｃｉｎｇ?（ｃ）?ＥｌｅｃｔｎｘＪｃ?ｓｐａｃｉｎｇ??６?ｍｍ?８?ｍｍ?丨?０?ｍｍ??图１．３不同丝极间距工件上电流密度分布图??金丸周平等人采用前置ＴＩＧ电弧的ＴＩＧ－ＭＩＧ复合电弧模型【２８］，研宄丝极间??距和焊枪夹角对焊缝熔深的影响。研宄发现，改变焊丝与钨极间距（〇－１６ｍｍ）对??熔深没有影响；改变ＴＩＧ／ＭＩＧ复合焊焊枪角度－１５°?／＋１５°?；?－３０°?／＋３０°?；?－４５°??／＋４５°?；?－６０°?／＋６０°，随着焊枪夹角增加，对焊道熔深也几乎没有影响。??Ｍｉｓｈｉｍａ?Ｈ等人对ＴＩＧ－ＭＩＧ复合焊进行数值模拟研宄１２９］，研究四种角度??（ＴＩＧ０°?／ＭＩＧ３００?，?ＴＩＧ０°?／ＭＩＧ４５°?，?ＴＩＧ０〇?／ＭＩＧ６００?，?ＴＩＧ３００?／ＭＩＧ３００?）??对电弧的影响，如图１．４所示。发现随着焊枪间角度的增大，两电极之间的高温??等离子体增多，增大电极间的电流通量，从而影响复合电弧形态。当电极之间的??角度为ＴＩＧ０°?／ＭＩＧ４５°，电弧挺度和电弧排斥力达到最佳。??■??ＨｈＨＨ??Ｗｍ??
第１章前言??显变化，热源密度、电弧压力也发生明显变化，如图１．３所示，当电极距离很近??时，两电弧融为一体，呈近似高斯分布。??Ｅｌｅｃｔｒｉｃ?一？ｖ?????／—?ＣａｒＫｃｉｉａｔｔｏｎ??ｃｕｒｒｅｎｌ?＇???、Ｉ?Ｕｒ?－ｖ?Ｕ?、?ｉ？－?－ｖ．??ｉ?？）（？）（？）??＾?Ｍａｇ＾??巧?Ｖｓ?Ｘ?、?巧?一??ｆｌｕｘ?ｄｅｎｓｉｔｙ??（ａ）?Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ?ｓｐａｃｉｎｇ?（ｂ）?Ｅｌｅｃｔｒｃｘｌｅ?ｓｐａｃｉｎｇ?（ｃ）?ＥｌｅｃｔｎｘＪｃ?ｓｐａｃｉｎｇ??６?ｍｍ?８?ｍｍ?丨?０?ｍｍ??图１．３不同丝极间距工件上电流密度分布图??金丸周平等人采用前置ＴＩＧ电弧的ＴＩＧ－ＭＩＧ复合电弧模型【２８］，研宄丝极间??距和焊枪夹角对焊缝熔深的影响。研宄发现，改变焊丝与钨极间距（〇－１６ｍｍ）对??熔深没有影响；改变ＴＩＧ／ＭＩＧ复合焊焊枪角度－１５°?／＋１５°?；?－３０°?／＋３０°?；?－４５°??／＋４５°?；?－６０°?／＋６０°，随着焊枪夹角增加，对焊道熔深也几乎没有影响。??Ｍｉｓｈｉｍａ?Ｈ等人对ＴＩＧ－ＭＩＧ复合焊进行数值模拟研宄１２９］，研究四种角度??（ＴＩＧ０°?／ＭＩＧ３００?，?ＴＩＧ０°?／ＭＩＧ４５°?，?ＴＩＧ０〇?／ＭＩＧ６００?，?ＴＩＧ３００?／ＭＩＧ３００?）??对电弧的影响，如图１．４所示。发现随着焊枪间角度的增大，两电极之间的高温??等离子体增多，增大电极间的电流通量，从而影响复合电弧形态。当电极之间的??角度为ＴＩＧ０°?／ＭＩＧ４５°，电弧挺度和电弧排斥力达到最佳。??■??ＨｈＨＨ??Ｗｍ??
【参考文献】：
期刊论文
[1]低电流TIG电弧辅助MIG高速焊咬边缺陷抑制机理及措施的研究[J]. 陈姬,魏建华,周倩,武传松. 机械工程学报. 2018(02)
[2]工艺参数对TIG-MIG复合电弧焊接过程的影响[J]. 毕学松,马瑞芳,孙潇. 焊接. 2017(07)
[3]基于VOF理论的低碳钢MIG焊接熔滴过渡数值模拟[J]. 徐冬,姜毅. 热加工工艺. 2017(03)
[4]TIG-MIG复合焊电弧间相互作用对焊接过程的影响[J]. 陈姬,宗然,武传松,陈茂爱. 机械工程学报. 2016(06)
[5]TIG-MIG复合焊电弧分析及计算模拟[J]. 娄建新,宫雪,张楠楠,张晶,李德元. 焊接技术. 2015(03)
[6]我国焊接生产现状与焊接技术的发展[J]. 胡乐峰. 企业技术开发. 2014(32)
[7]高速TIG-MIG复合焊焊缝驼峰及咬边消除机理[J]. 娄小飞,陈茂爱,武传松,叶克力. 焊接学报. 2014(08)
[8]等离子-MIG复合焊接熔滴过渡及电弧耦合特性研究[J]. 陈树君,王旭平,张亮,李洪飞,王龙. 焊接. 2014(02)
[9]双钨极耦合电弧数值模拟[J]. 王新鑫,樊丁,黄健康,黄勇. 物理学报. 2013(22)
[10]TIG-MIG复合焊电弧特性机理分析[J]. 杨涛,张生虎,高洪明,吴林,许可望,刘永贞. 焊接学报. 2012(07)
博士论文
[1]等离子弧—熔池—小孔形态的一体化数值分析[D]. 菅晓霞.山东大学 2015
[2]CO2激光+脉冲GMAW复合焊接等离子体行为及熔滴过渡控制研究[D]. 张旺.上海交通大学 2014
[3]YAG激光+脉冲双MIG电弧复合焊接热源耦合机理及工艺研究[D]. 顾小燕.天津大学 2013
硕士论文
[1]高速TIG-MIG复合焊熔池热力行为的数值分析[D]. 韩治坤.山东大学 2019
[2]外加复合磁场作用下的MIG电弧热力特性数值分析[D]. 江春丽.山东大学 2019
本文编号：3132371
【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】：96 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２不同丝极间距电弧形态变化??
第１章前言??显变化，热源密度、电弧压力也发生明显变化，如图１．３所示，当电极距离很近??时，两电弧融为一体，呈近似高斯分布。??Ｅｌｅｃｔｒｉｃ?一？ｖ?????／—?ＣａｒＫｃｉｉａｔｔｏｎ??ｃｕｒｒｅｎｌ?＇???、Ｉ?Ｕｒ?－ｖ?Ｕ?、?ｉ？－?－ｖ．??ｉ?？）（？）（？）??＾?Ｍａｇ＾??巧?Ｖｓ?Ｘ?、?巧?一??ｆｌｕｘ?ｄｅｎｓｉｔｙ??（ａ）?Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ?ｓｐａｃｉｎｇ?（ｂ）?Ｅｌｅｃｔｒｃｘｌｅ?ｓｐａｃｉｎｇ?（ｃ）?ＥｌｅｃｔｎｘＪｃ?ｓｐａｃｉｎｇ??６?ｍｍ?８?ｍｍ?丨?０?ｍｍ??图１．３不同丝极间距工件上电流密度分布图??金丸周平等人采用前置ＴＩＧ电弧的ＴＩＧ－ＭＩＧ复合电弧模型【２８］，研宄丝极间??距和焊枪夹角对焊缝熔深的影响。研宄发现，改变焊丝与钨极间距（〇－１６ｍｍ）对??熔深没有影响；改变ＴＩＧ／ＭＩＧ复合焊焊枪角度－１５°?／＋１５°?；?－３０°?／＋３０°?；?－４５°??／＋４５°?；?－６０°?／＋６０°，随着焊枪夹角增加，对焊道熔深也几乎没有影响。??Ｍｉｓｈｉｍａ?Ｈ等人对ＴＩＧ－ＭＩＧ复合焊进行数值模拟研宄１２９］，研究四种角度??（ＴＩＧ０°?／ＭＩＧ３００?，?ＴＩＧ０°?／ＭＩＧ４５°?，?ＴＩＧ０〇?／ＭＩＧ６００?，?ＴＩＧ３００?／ＭＩＧ３００?）??对电弧的影响，如图１．４所示。发现随着焊枪间角度的增大，两电极之间的高温??等离子体增多，增大电极间的电流通量，从而影响复合电弧形态。当电极之间的??角度为ＴＩＧ０°?／ＭＩＧ４５°，电弧挺度和电弧排斥力达到最佳。??■??ＨｈＨＨ??Ｗｍ??
第１章前言??显变化，热源密度、电弧压力也发生明显变化，如图１．３所示，当电极距离很近??时，两电弧融为一体，呈近似高斯分布。??Ｅｌｅｃｔｒｉｃ?一？ｖ?????／—?ＣａｒＫｃｉｉａｔｔｏｎ??ｃｕｒｒｅｎｌ?＇???、Ｉ?Ｕｒ?－ｖ?Ｕ?、?ｉ？－?－ｖ．??ｉ?？）（？）（？）??＾?Ｍａｇ＾??巧?Ｖｓ?Ｘ?、?巧?一??ｆｌｕｘ?ｄｅｎｓｉｔｙ??（ａ）?Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ?ｓｐａｃｉｎｇ?（ｂ）?Ｅｌｅｃｔｒｃｘｌｅ?ｓｐａｃｉｎｇ?（ｃ）?ＥｌｅｃｔｎｘＪｃ?ｓｐａｃｉｎｇ??６?ｍｍ?８?ｍｍ?丨?０?ｍｍ??图１．３不同丝极间距工件上电流密度分布图??金丸周平等人采用前置ＴＩＧ电弧的ＴＩＧ－ＭＩＧ复合电弧模型【２８］，研宄丝极间??距和焊枪夹角对焊缝熔深的影响。研宄发现，改变焊丝与钨极间距（〇－１６ｍｍ）对??熔深没有影响；改变ＴＩＧ／ＭＩＧ复合焊焊枪角度－１５°?／＋１５°?；?－３０°?／＋３０°?；?－４５°??／＋４５°?；?－６０°?／＋６０°，随着焊枪夹角增加，对焊道熔深也几乎没有影响。??Ｍｉｓｈｉｍａ?Ｈ等人对ＴＩＧ－ＭＩＧ复合焊进行数值模拟研宄１２９］，研究四种角度??（ＴＩＧ０°?／ＭＩＧ３００?，?ＴＩＧ０°?／ＭＩＧ４５°?，?ＴＩＧ０〇?／ＭＩＧ６００?，?ＴＩＧ３００?／ＭＩＧ３００?）??对电弧的影响，如图１．４所示。发现随着焊枪间角度的增大，两电极之间的高温??等离子体增多，增大电极间的电流通量，从而影响复合电弧形态。当电极之间的??角度为ＴＩＧ０°?／ＭＩＧ４５°，电弧挺度和电弧排斥力达到最佳。??■??ＨｈＨＨ??Ｗｍ??
【参考文献】：
期刊论文
[1]低电流TIG电弧辅助MIG高速焊咬边缺陷抑制机理及措施的研究[J]. 陈姬,魏建华,周倩,武传松. 机械工程学报. 2018(02)
[2]工艺参数对TIG-MIG复合电弧焊接过程的影响[J]. 毕学松,马瑞芳,孙潇. 焊接. 2017(07)
[3]基于VOF理论的低碳钢MIG焊接熔滴过渡数值模拟[J]. 徐冬,姜毅. 热加工工艺. 2017(03)
[4]TIG-MIG复合焊电弧间相互作用对焊接过程的影响[J]. 陈姬,宗然,武传松,陈茂爱. 机械工程学报. 2016(06)
[5]TIG-MIG复合焊电弧分析及计算模拟[J]. 娄建新,宫雪,张楠楠,张晶,李德元. 焊接技术. 2015(03)
[6]我国焊接生产现状与焊接技术的发展[J]. 胡乐峰. 企业技术开发. 2014(32)
[7]高速TIG-MIG复合焊焊缝驼峰及咬边消除机理[J]. 娄小飞,陈茂爱,武传松,叶克力. 焊接学报. 2014(08)
[8]等离子-MIG复合焊接熔滴过渡及电弧耦合特性研究[J]. 陈树君,王旭平,张亮,李洪飞,王龙. 焊接. 2014(02)
[9]双钨极耦合电弧数值模拟[J]. 王新鑫,樊丁,黄健康,黄勇. 物理学报. 2013(22)
[10]TIG-MIG复合焊电弧特性机理分析[J]. 杨涛,张生虎,高洪明,吴林,许可望,刘永贞. 焊接学报. 2012(07)
博士论文
[1]等离子弧—熔池—小孔形态的一体化数值分析[D]. 菅晓霞.山东大学 2015
[2]CO2激光+脉冲GMAW复合焊接等离子体行为及熔滴过渡控制研究[D]. 张旺.上海交通大学 2014
[3]YAG激光+脉冲双MIG电弧复合焊接热源耦合机理及工艺研究[D]. 顾小燕.天津大学 2013
硕士论文
[1]高速TIG-MIG复合焊熔池热力行为的数值分析[D]. 韩治坤.山东大学 2019
[2]外加复合磁场作用下的MIG电弧热力特性数值分析[D]. 江春丽.山东大学 2019
本文编号：3132371
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