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铝合金穿孔型等离子弧焊接过程模拟

专 业: 材料加工工程
关键词: 铝合金 穿孔 等离子弧 数值模拟 热场
分类号: TG402
形 态: 共 72 页 约 47,160 个字 约 2.256 M内容
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内容摘要


穿孔型等离子弧焊接,由于等离子弧具有温度高、能量高度集中、穿透力强等特点,在不开坡口的情况下能实现厚板的单面焊双面成形,是一种很有前途的焊接工艺方法。

因此,对其焊接过程进行模拟具有重要的理论和实践指导的意义。

首先基于双区域近似电弧模型的简单理论,研究了转移型等离子弧焊接时在喷嘴出口处所产生的电弧特性,讨论了工艺参数对焊接等离子弧的影响,并与实验数据进行比较,比较结果表明,计算结果与实验测量值吻合良好。

根据流体力学理论和传热学机理,建立了运动等离子弧作用下穿孔焊接熔池流场和温度场的三维瞬态数值分析模型,并采用有限元法对模型进行离散化处理。

模型中,考虑了熔池内部液态金属的对流传热和熔池外部的固体导热、材料热物理性能参数随温度的变化、焊件表面通过对流和辐射向周围环境的散热以及熔化/凝固相变潜热对熔池流场与温度场的影响,焊接热源采用高斯分布函数,计算中对边界条件进行了处理。

根据穿孔熔池温度场与流场模型的特点,采用非均匀网格对单元进行划分,并采用分区异步长算法确定时间步长,利用ANSYS有限元软件对所建立的模型进行了求解。

通过实验测量焊缝几何尺寸与计算结果相比较,验证了本模型的计算结果和实..……

全文目录


摘要
主要符号表
第1章 绪论
1.1 穿孔型等离子弧焊的工艺特点与技术优势
1.2 穿孔型等离子弧焊接工艺
1.3 穿孔型等离子弧焊发展面临的主要问题及解决方法
1.4 最新研究发展动态
1.5 穿孔型等离子弧焊接过程模拟
1.6 本课题的主要研究内容
第2章 等离子焊接电弧的数学模型
2.1 引言
2.2 模型的建立
2.2.1 理论基础
2.2.2 基本方程
2.2.3 模型的求解
2.3 计算结果与讨论
2.3.1 喷嘴直径对等离子弧的影响
2.3.2 钨极内缩量对等离子弧的影响
2.3.3 离子气流速对等离子孤的影响
2.4 本章小结
第3章 穿孔熔池数学模型
3.1 引言
3.2 模型的建立
3.3 控制方程组及边界条件
3.3.1 控制方程组
3.3.2 初始条件
3.3.3 边界条件
3.4 焊接温度场的有限元化
3.5 本章小结
第4章 穿孔熔池数学模型的求解
4.1 引言
4.2 模型的数值处理
4.2.1 网格的划分
4.2.2 材料的热物理性能
4.2.3 热源
4.2.4 时间步长的选取
4.2.5 熔化/凝固相变潜热的处理
4.3 模型的初步校验
4.4 本章小结
第5章 穿孔熔池的模拟结果及实验验证
5.1 引言
5.2 穿孔熔池温度场的计算结果
5.2.1 穿孔熔池温度场的建立
5.2.2 焊接速度对温度场的影响
5.2.3 焊接电流对温度场的影响
5.3 模型的实验验证
5.4 本章小结
第6章 结论
6.1 结论
6.2 存在的问题
6.3 后续的研究工作
参考文献
附录A 穿孔熔池的形成过程

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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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