磁场和活性剂作用下电弧行为的研究

发布时间：2017-08-01 11:03

  本文关键词：磁场和活性剂作用下电弧行为的研究

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【摘要】：镁合金因为其质量小、强度高、散热好等优点，一直在汽车制造行业被大量地应用，与此同时，在电脑、移动电话、相机和播放机等电子产品行业也被广泛地发展和应用。A-TIG焊和TIG焊对比，A-TIG焊不仅具备TIG焊的特征，而且还能够使熔池的深度加大、净化焊道，从而改善焊接质量，因此A-TIG焊自从问世至今，一直备受人们的重视。焊接涉及到物理冶金、固态相变、熔池金属的熔化和结晶等过程。熔池中液态金属的流动形态、电弧的热量分布与熔池金属的传质传热过程均影响着焊缝质量的好坏。 本文经过理论分析，化简了TIG焊电弧的实际几何模型，成功地建立了焊接电弧的简化模型，采用载荷传递的方法分析了焊接电弧的温度场、电场和磁场对电弧形态产生的影响，模拟出焊接电弧的形态、温度分布、电势分布、磁场电流密度和磁感应强度分布，对提升焊接生产过程中的机械化有着十分重要而深远的意义。本课题选择了两种氧化物活性剂（TiO2、Cr2O3），焊接前，在镁合金母材表面分别涂敷这两种单一的氧化物活性剂，然后进行磁控A-TIG焊接，采用高速摄像技术对磁控A-TIG焊焊接电弧形态进行拍摄和记录，得到了涂覆单一活性剂的电弧形状，并分析了电弧形状的改变机理。 实验结果表明：通过数值模拟分析了A-TIG焊电弧温度场的分布结果，模拟出来的电弧形态和真实的电弧形态大致吻合，，焊接电弧外形均表现出“钟罩”型。采用高速摄像机拍摄和记录磁控A-TIG焊AZ91镁合金电弧形态，当无活性剂无磁场作用时，焊接电弧呈现出锥形。当有活性剂作用时，电弧呈现出收缩状态，且TiO2使电弧收缩的效果最为明显，Cr2O3次之。最后通过理论分析认为电弧收缩理论和“阳极斑点”理论是氧化物活性剂使焊缝熔池深度加大的主要原因。当在焊接过程中施加磁场时，弧柱呈收缩状态且沿顺时针旋转。在不改变焊接规范情况下，随着磁场强度的加强，弧柱的收缩状态也跟着加强。根据磁场的理论公式，可推导出在外加磁场作用下，电弧的旋转半径与磁感应强度成反比。
【关键词】：镁合金 活性剂 磁场 电弧形态 ANSYS模拟
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG444.74
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目录7-9
• 第1章 绪论9-19
• 1.1 引言9-10
• 1.2 镁合金的特性10-11
• 1.3 国内外对磁控 A-TIG 焊焊接电弧形态的研究11-14
• 1.3.1 国内外对磁场作用下电弧形态的研究11-12
• 1.3.2 国内外对活性剂作用下电弧形态的研究12-14
• 1.4 国内外对焊接电弧数值模拟的研究14-15
• 1.4.1 国外对焊接电弧数值模拟的研究14-15
• 1.4.2 国内对焊接电弧数值模拟的研究15
• 1.5 A-TIG 焊熔深增加机理15-17
• 1.6 研究内容及目的17-19
• 第2章 磁控 A-TIG 焊电弧几何模型19-27
• 2.1 有限元的数值模拟技术19-20
• 2.2 ANSYS 概述20-21
• 2.3 基本假设21
• 2.4 控制方程21-23
• 2.5 ANSYS 建立模型23-24
• 2.6 计算区域与边界条件24-27
• 第3章 磁控 A-TIG 焊电弧的模拟结果分析27-39
• 3.1 电弧的温度场模拟结果及分析27-29
• 3.2 电弧的电场模拟结果及分析29-31
• 3.3 电弧的磁场模拟结果及分析31-33
• 3.4 三维电弧的模拟结果及分析33-39
• 第4章 磁控 A-TIG 焊电弧试验及分析39-55
• 4.1 实验材料、实验设备及方法39-44
• 4.1.1 实验材料的选择39
• 4.1.2 活性剂的选择39-40
• 4.1.3 实验设备及方法的选择40-44
• 4.2 磁控 A-TIG 焊电弧形态及分析44-51
• 4.2.1 A-TIG 焊电弧形态活性剂最佳涂敷量44-47
• 4.2.2 A-TIG 焊电弧形态47-49
• 4.2.3 磁控 TIG 焊电弧形态49-51
• 4.3 磁控 A-TIG 焊电弧收缩机理51-53
• 4.4 实验验证53-55
• 第5章 结论55-56
• 参考文献56-60
• 附录 A 不同涂敷量时 AZ91D 镁合金焊缝的实验数据60-62
• 在学研究成果62-63
• 致谢63

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：603891