铜合金等离子弧焊接温度场的数值分析及试验研究

论文摘要

对温度场宽度有要求的铜合金的焊接一直是焊接的难点之一,本文以铜合金为例进行高导热合金的等离子弧焊接性能的试验研究。并分别进行铜合金的激光焊接、钨极氩弧(TIG)焊接,对比三种焊接方法的温度场宽度。等离子弧焊(PAW)是主要的高能密度焊接方法之一,本课题通过分析水电分离式等离子弧焊炬,连接等离子弧电源控制电路同时设计焊接夹具,并对铜合金的等离子弧焊接实验深入的研究了其焊接工艺。本论文采用有限元分析软件,对铜合金等离子弧焊接温度场进行了模拟研究。对铜合金等离子弧焊接温度场模拟的解析解和数值解热源模型进行了总结。采用过渡网格划分,并进行铜合金的激光焊、钨极氩弧焊的温度场模拟,来对比三种焊接方法的温度场宽度。通过以上理论和实际方面的分析研究,在得到高质量的焊接接头的同时满足课题中对焊接热场不宜过大的要求。充分发挥等离子弧焊接的优越性,更加充分实际的利用好等离子弧温度高能量密度大热场小的优点。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1-1 铜合金焊接温度场研究的背景和意义
• 1-1-1 铜合金焊接温度场研究的背景
• 1-1-2 铜及其合金焊接的常用工艺
• 1-2 等离子弧焊接的研究概况
• 1-2-1 等离子弧焊接的特点
• 1-2-2 等离子弧焊接的发展现状
• 1-3 有限元数值模拟在焊接工程分析中的应用
• 1-3-1 有限元法概述
• 1-3-2 有限元分析的基本过程
• 1-3-3 ANSYS 软件简介
• 1-4 课题的研究内容及意义
• 第二章 焊接过程有限元数值模拟基础
• 2-1 焊接过程有限元分析特点
• 2-2 等离子弧焊接的传热基础
• 2-2-1 热传导基本方程
• 2-2-2 空间域中的单元剖分和温度场离散
• 2-2-3 时间域的离散
• 2-3 等离子弧焊接的解析热源模型
• 2-3-1 Rosenthal移动热源模型
• 2-3-2 高斯函数分布热源
• 2-3-3 双椭球形热源分布函数
• 2-3-4 旋转高斯体热源模型
• 2-3-5 面体组合热源模型
• 2-3-6 现阶段等离子弧数值模拟研究存在的问题及发展方向
• 2-3-7 热源模型的选取
• 2-4 本章小结
• 第三章 实验材料及实验方法
• 3-1 铜及铜合金的焊接性
• 3-1-1 铜及铜合金的种类与性能简介
• 3-1-2 铜及其合金的焊接性分析
• 3-2 组合式水电分离等离子弧焊机的设计
• 3-2-1 组合式水电分离等离子弧焊炬的设计
• 3-2-2 等离子弧焊接电源的设计
• 3-2-3 等离子弧焊接夹具的设计
• 3-3 本章小结
• 第四章 等离子弧焊接温度场的数值模拟
• 4-1 等离子弧焊的有限元分析
• 4-2 铜合金等离子弧焊接有限元模拟过程
• 4-2-1 建立焊件实体模型
• 4-2-2 单元类型选择
• 4-2-3 网格划分
• 4-2-4 材料热物理性能
• 4-2-5 边界条件与载荷的施加
• 4-2-6 移动热源的加载
• 4-3 铜合金焊接温度场模拟结果
• 4-4 本章小结
• 第五章 高导热合金等离子弧焊接工艺实验
• 5-1 模拟结果的实验验证
• 5-2 不同焊接方法对焊缝成型的影响
• 5-3 不同焊接方法对焊缝缝的影响
• 5-4 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间所取得的相关科研成果