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活性焊接法及熔深增加机理的数值模拟研究

专 业: 材料加工工程
关键词: 活性焊接法 焊接熔深 活性焊剂 数值模拟
分类号: TG402
形 态: 共 109 页 约 71,395 个字 约 3.415 M内容
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内容摘要


对活性焊接法及其理论进行了系统的研究。

以低碳钢、不锈钢为对象,研究了多种单组元活性剂对焊缝成形、熔深及熔宽变化的影响。

利用正交实验法分别研制出低碳钢A-TIG焊的活性剂材料FC11和不锈钢A-TIG焊的活性剂材料FS12,可以使焊接熔深达到传统TIG焊的2倍以上;对于10mm以下的钢板对接无需开坡口,可实现单面焊双面成形。

使用活性剂后,焊接接头的综合性能符合低碳钢、不锈钢焊接性有关标准的要求;试验研究了焊接电流、弧长、焊接速度、涂层厚度和气体种类对焊接熔深的影响规律。

研究了活性剂涂敷量对焊缝成形的影响,弄清了A-TIG焊时氧元素的作用范围。

根据具体的焊接条件,当焊缝中氧含量达到某一临界值时如160ppm,焊缝熔深明显增加。

继续增加氧含量则熔深保持不变。

在分析活性剂增加焊接熔深机理的基础上,提出了活性电子束焊接法、活性激光焊接法。

使用活性剂可以使散焦电子束焊接熔深达到传统焊接的2倍以上。

使用活性剂后,聚焦电流和束流对电子束焊熔深增加有影响。

活性剂和表面活性元素硫对YAG激光焊的焊缝形状都有影响,在不同的焊接规范下都可显著增加熔深及焊缝深宽比。

建立了移动热源作用下TIG焊接的三维数学模型,采用PHOENICS软件对熔深增加机理进行了数值模拟。

结果表明,无活性剂时,没有氧元素的作用,熔池表面负的表面张力温度系数γ/T占主导地位,驱使表面液态金属从熔池中心流向边缘,熔池形状宽而浅。

有活性剂时,活性剂中的氧元素质量分数影响熔池中的流体流动方式,当氧元素的质量分数达到某一临界值时,熔池表面正的表面张力温度系数γ/T占主导地位,驱使表面液态金属从熔池边缘流向中心,形成的熔池形状深而窄。

表面张力温度系数由负变正是不锈钢A-TIG焊熔深增加的根本原因。

电弧收缩影响熔宽,对熔深增加影响较小。

弧压升高,熔池表面温度增加,但是熔深增加不明显。

熔池形状的数值模拟结果与试验结果吻合良好。

改进了测量A-TIG焊熔池流体流态的方法。

通过高熔点双薄钨板挡住熔池流动的方法进行试验,对比焊缝中钨板周围钨颗粒的分布,验证活性剂对熔池流体流动方向的影响。

结果表明,无活性剂时熔池流体流动的方向从熔池中心流向熔池边缘,有活性剂时熔池流体流动的方向从熔池边缘流向熔池中心,即活性剂改变了熔池的流体流动方向..……

全文目录


文摘
英文文摘
第一章 绪论
第二章 A-TIG焊活性剂材料研制及其焊接性
第三章 活性电子束焊接法
第四章 活性激光焊接法
第五章 A-TIG焊熔深增加机理的数值模拟研究
5.1引言
5.2数学模型
5.3模拟的实现
5.4模拟结果
5.5讨论
5.6小结
第六章 熔池流体流动形态测试
第七章 结论
参考文献

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中图分类: > TG402 > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 焊接、金属切割及金属粘接 > 焊接一般性问题 > 焊接传热过程

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