论文题目: 活性焊接法及熔深增加机理的数值模拟研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 材料加工工程
作者: 张瑞华
导师: 樊丁
关键词: 活性剂,活性电子束焊接,活性激光焊接,熔深增加,数值模拟,机理研究,表面张力温度系数,表面张力
文献来源: 兰州理工大学
发表年度: 2005
论文摘要: 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aγ/aT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aγ/aT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
论文目录:
摘要
Abstract
第一章 绪论
1．1 引言
1．2 A-TIG焊接法研究现状
1．2．1 活性剂研究现状
1．2．2 活性剂增加焊接熔深机理的研究现状
1．3 活性剂及活性元素对焊接熔池流体流动行为影响的数值模拟研究进展
1．4 本文的研究内容
第二章 A-TIG焊活性剂材料研制及其焊接性
2．1 低碳钢 A-TIG焊活性剂材料研制
2．1．1 试验方法
2．1．2 试验结果
2．1．3 最佳配方
2．2 低碳钢 A-TIG焊活性剂的焊接性
2．2．1 活性剂准备
2．2．2 焊接性试验及结果
2．2．3 影响熔深增加的因素
2．2．4 横焊时电流对熔深的影响
2．2．5 交流电流对熔深增加的影响
2．3 不锈钢 A-TIG焊活性剂材料研制
2．3．1 试验方法
2．3．2 试验结果
2．3．3 最佳配方
2．4 不锈钢 A-TIG焊活性剂的焊接性
2．4．1 活性剂准备
2．4．2 焊接性试验及结果
2．5 活性剂涂敷量对焊缝成形的影响
2．5．1 试验方法
2．5．2 试验结果
2．6 活性剂涂覆量对焊缝熔深的影响
2．7 小结
第三章 活性电子束焊接法
3．1 引言
3．2 试验方法
3．3 活性剂对焊缝成形的影响
3．3．1 单组元活性剂对焊缝成形的影响
3．3．2 多组元活性剂对焊缝成形的影响
3．3．3 焊接规范参数对焊缝成形的影响
3．4 活性剂增加电子束熔深的原因分析
3．5 小结
第四章 活性激光焊接法
4．1 引言
4．2 试验方法
4．2．1 激光参数
4．2．2 活性剂对焊缝形状的影响
4．2．3 活性剂对熔深和深宽比(H/W)的影响
4．2．4 激光激发的等离子体
4．2．5 近焊缝表面区氧含量的分布
4．3 讨论
4．4 小结
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
5．2．1 控制方程
5．2．2 源项及边界条件
5．3 模拟的实现
5．3．1 PHOENICS软件
5．3．2 模拟过程
5．4 模拟结果
5．4．1 无活性剂时TIG焊熔池的温度场和流场
5．4．2 有活性剂时TIG焊熔池的温度场和流场
5．5 讨论
5．6 小结
第六章 熔池流体流动形态测试
6．1 引言
6．2 试验原理
6．3 试验结果及分析
6．4 小结
第七章 结论
参考文献
攻读博士学位期间取得的成果
致谢
发布时间: 2006-08-10
参考文献
- [1].镁合金活性焊接研究[D]. 张兆栋.大连理工大学2007
- [2].铝合金活性TIG焊接法及其熔深增加机理的研究[D]. 黄勇.兰州理工大学2007
- [3].脉冲熔化极气体保护焊接熔深自适应区间模型控制[D]. 王志江.哈尔滨工业大学2010
相关论文
- [1].大型结构焊接变形数值模拟的研究与应用[D]. 蔡志鹏.清华大学2001
- [2].薄板结构焊接变形的预测与控制[D]. 侯志刚.华中科技大学2005
- [3].航空钛合金激光焊接全熔透稳定性及其焊接物理冶金研究[D]. 陈俐.华中科技大学2005
- [4].X80高强管线钢的焊接性及其模拟仿真[D]. 陈翠欣.天津大学2005
- [5].镁合金低功率激光—氩弧复合焊接技术的研究[D]. 宋刚.大连理工大学2006
标签：活性剂论文; 活性电子束焊接论文; 活性激光焊接论文; 熔深增加论文; 数值模拟论文; 机理研究论文; 表面张力温度系数论文; 表面张力论文;