小电流脉冲GMA辅助大功率固体激光焊接过程数值分析
发布时间：2022-12-23 18:24
激光+脉冲 GMAW（Pulsed Gas Metal Arc Welding,GMAW-P）复合热源焊作为一种优质、高效焊接技术,综合了激光焊与GMAW-P工艺的各自优势,具有“1+1＞2”的能量协同效应,呈现出很大的工业应用潜力。相对于单种焊接方法,小电流脉冲GMA（Pulsed Gas Metal Arc）辅助大功率固体激光焊接工艺既可以充分发挥激光焊接的优势,又可以弥补激光焊接装配精度要求高、桥接能力差等不足,实现低热输入高效焊接,而小电流电弧与大功率激光的耦合无疑对焊接过程稳定性、焊接质量具有重要的影响。本文通过建立数值模拟模型,对小电流脉冲GMA辅助大功率固体激光焊接过程进行数值模拟和工艺实验验证。分析、阐明焊接熔池内热-力分布对熔融液态金属流动行为的影响。深入理解小电流脉冲GMA辅助大功率固体激光焊接过程的物理机制,指导并优化小电流脉冲GMA辅助大功率固体激光焊,实现优质高效、低热输入焊接,具有非常重要的学术理论意义和工程应用价值。通过小电流脉冲GMA辅助大功率固体激光焊接工艺实验,采集电弧形态图像和电弧电压、焊接电流数据;并以此为基础,优化脉冲电弧热源模型和激光热源模型...
【文章页数】：104 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 前言
1.1 选题意义
1.2 激光-电弧复合热源焊接的研究现状
1.2.1 激光-电弧复合热源焊接分类
1.2.2 激光深熔焊接热源模型及数值模拟
1.2.3 GMAW-P焊接热源模型及数值模拟
1.2.4 激光-GMAW复合焊接热源模型及数值模拟
1.3 本文的主要研究内容
第2章 小电流脉冲GMA辅助大功率固体激光焊接工艺实验
2.1 实验材料
2.2 焊接设备与方法
2.3 电信号采集与处理
2.4 电弧形态与熔池形态图像采集
2.4.1 脉冲电弧形态
2.4.2 熔池形态
2.5 本章小结
第3章 小电流脉冲GMA辅助大功率固体激光焊数学建模
3.1 简化与假设
3.2 几何模型
3.3 控制方程组
3.4 初始条件及边界条件
3.4.1 初始条件
3.4.2 边界条件
3.5 脉冲GMA-激光复合热源数学建模
3.5.1 脉冲GMA电弧热源模型
3.5.2 激光热源模型
3.6 焊接熔池受力模型
3.7 熔滴过渡
3.8 物性参数
3.9 VOF追踪界面上源项转化与加载
3.10 数值计算流程
3.11 本章小结
第4章 未熔透状态下焊接过程温度场与流场分析
4.1 实验验证
4.2 小电流脉冲GMA对熔池的作用特点
4.3 熔池温度场演变
4.4 熔池流场演变
4.5 三维温度场与流场对比
4.6 本章小结
第5章 小电流脉冲GMA辅助大功率固体激光熔透焊接过程数值分析
5.1 熔池三维温度场-流场
5.2 熔池上下表面温度场-流场
5.3 熔池纵截面温度场-流场
5.4 熔池横截面温度场-流场
5.5 本章小结
第6章 结论与展望
6.1 结论
6.2 展望
参考文献
致谢
在校期间获奖情况
学位论文评阅及答辩情况表
【参考文献】：
期刊论文
[1]激光-电弧复合焊工艺参数对焊缝形貌的影响[J]. 蔡源超,朱加雷,毕雪松,王凯,冯聪. 电焊机. 2018(01)
[2]激光-GMAW复合热源焊接熔池-小孔行为分析[J]. 张皓庭,武传松. 航空制造技术. 2016(19)
[3]激光深熔焊运动熔池瞬态形成过程数值模拟[J]. 吴冰,巩水利,庞盛永,段爱琴,陈立亮. 焊接学报. 2010(10)
[4]激光-电弧复合焊接技术的研究与应用[J]. 袁小川,赵虎,王平平. 焊接技术. 2010(05)
[5]5A02/Q235钢Nd∶YAG激光——脉冲MIG复合热源熔——钎连接[J]. 雷振,于宁,游爱清,林尚扬. 焊接学报. 2008(06)
[6]我国制造业焊接生产现状与发展战略研究[J]. 林尚扬,关桥. 机械工人(热加工). 2004(05)
[7]YAG激光与脉冲MIG复合焊接[J]. 樊丁,中田一博,牛尾诚夫. 焊接学报. 2002(05)
[8]脉冲TIG焊接熔池流场与热场动态过程的数值模拟[J]. 郑炜,武传松,吴林. 焊接学报. 1997(04)
[9]激光一同轴电弧复合焊接热源焊接[J]. 陈彦斌，徐庆鸿，苏彦东. 焊接学报. 1995(04)
[10]电弧强化激光焊[J]. 胡绳荪,张绍彬,赵家瑞. 焊接学报. 1993(03)
博士论文
[1]高速GTAW焊缝表面成形缺陷的形成机理及其抑制措施[D]. 孟祥萌.山东大学 2017
[2]高速GMAW焊缝咬边缺陷形成机理及其抑制措施的研究[D]. 宗然.山东大学 2017
[3]激光+GMAW-P复合热源焊焊缝成形的数值模拟[D]. 胥国祥.山东大学 2009
硕士论文
[1]激光—MIG电弧复合焊接基础研究及应用[D]. 王治宇.华中科技大学 2006
本文编号：3725205
【文章页数】：104 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 前言
1.1 选题意义
1.2 激光-电弧复合热源焊接的研究现状
1.2.1 激光-电弧复合热源焊接分类
1.2.2 激光深熔焊接热源模型及数值模拟
1.2.3 GMAW-P焊接热源模型及数值模拟
1.2.4 激光-GMAW复合焊接热源模型及数值模拟
1.3 本文的主要研究内容
第2章 小电流脉冲GMA辅助大功率固体激光焊接工艺实验
2.1 实验材料
2.2 焊接设备与方法
2.3 电信号采集与处理
2.4 电弧形态与熔池形态图像采集
2.4.1 脉冲电弧形态
2.4.2 熔池形态
2.5 本章小结
第3章 小电流脉冲GMA辅助大功率固体激光焊数学建模
3.1 简化与假设
3.2 几何模型
3.3 控制方程组
3.4 初始条件及边界条件
3.4.1 初始条件
3.4.2 边界条件
3.5 脉冲GMA-激光复合热源数学建模
3.5.1 脉冲GMA电弧热源模型
3.5.2 激光热源模型
3.6 焊接熔池受力模型
3.7 熔滴过渡
3.8 物性参数
3.9 VOF追踪界面上源项转化与加载
3.10 数值计算流程
3.11 本章小结
第4章 未熔透状态下焊接过程温度场与流场分析
4.1 实验验证
4.2 小电流脉冲GMA对熔池的作用特点
4.3 熔池温度场演变
4.4 熔池流场演变
4.5 三维温度场与流场对比
4.6 本章小结
第5章 小电流脉冲GMA辅助大功率固体激光熔透焊接过程数值分析
5.1 熔池三维温度场-流场
5.2 熔池上下表面温度场-流场
5.3 熔池纵截面温度场-流场
5.4 熔池横截面温度场-流场
5.5 本章小结
第6章 结论与展望
6.1 结论
6.2 展望
参考文献
致谢
在校期间获奖情况
学位论文评阅及答辩情况表
【参考文献】：
期刊论文
[1]激光-电弧复合焊工艺参数对焊缝形貌的影响[J]. 蔡源超,朱加雷,毕雪松,王凯,冯聪. 电焊机. 2018(01)
[2]激光-GMAW复合热源焊接熔池-小孔行为分析[J]. 张皓庭,武传松. 航空制造技术. 2016(19)
[3]激光深熔焊运动熔池瞬态形成过程数值模拟[J]. 吴冰,巩水利,庞盛永,段爱琴,陈立亮. 焊接学报. 2010(10)
[4]激光-电弧复合焊接技术的研究与应用[J]. 袁小川,赵虎,王平平. 焊接技术. 2010(05)
[5]5A02/Q235钢Nd∶YAG激光——脉冲MIG复合热源熔——钎连接[J]. 雷振,于宁,游爱清,林尚扬. 焊接学报. 2008(06)
[6]我国制造业焊接生产现状与发展战略研究[J]. 林尚扬,关桥. 机械工人(热加工). 2004(05)
[7]YAG激光与脉冲MIG复合焊接[J]. 樊丁,中田一博,牛尾诚夫. 焊接学报. 2002(05)
[8]脉冲TIG焊接熔池流场与热场动态过程的数值模拟[J]. 郑炜,武传松,吴林. 焊接学报. 1997(04)
[9]激光一同轴电弧复合焊接热源焊接[J]. 陈彦斌，徐庆鸿，苏彦东. 焊接学报. 1995(04)
[10]电弧强化激光焊[J]. 胡绳荪,张绍彬,赵家瑞. 焊接学报. 1993(03)
博士论文
[1]高速GTAW焊缝表面成形缺陷的形成机理及其抑制措施[D]. 孟祥萌.山东大学 2017
[2]高速GMAW焊缝咬边缺陷形成机理及其抑制措施的研究[D]. 宗然.山东大学 2017
[3]激光+GMAW-P复合热源焊焊缝成形的数值模拟[D]. 胥国祥.山东大学 2009
硕士论文
[1]激光—MIG电弧复合焊接基础研究及应用[D]. 王治宇.华中科技大学 2006
本文编号：3725205
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/boshibiyelunwen/3725205.html