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激光电弧复合焊接数值模拟

作　者: 王克亮
导　师: 张宏
学　校: 长春理工大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 激光电弧复合焊接数值模拟高强钢温度场工艺参数
分类号: TG456.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 244次
引　用: 2次
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内容摘要

焊接是一个涉及物理、传热、冶金和力学等学科的复杂过程。高强钢由于其良好的性能在造船等重型机械中得到广泛应用,但正因为其用途的特殊性,对其连接技术也提出了更高的要求。本文以7mm厚的高强钢为研究对象,结合数值计算的方法,并利用有限元分析理论,选用高斯分布的热源模型,解决了热源移动的模拟。通过确定物理参数的变化,解决相变潜热等问题。利用ANSYS模拟了整个焊接过程的温度场分布,模拟对比了不同激光功率、电弧电流、焊接速度下的的温度场分布,得到了相应的熔深和熔宽的大小,并通过试验一一进行验证,模拟结果和试验测得的数据吻合良好。试验证明:复合焊接能实现良好的桥接性,焊缝硬度高于母材,但低于单独的激光焊接,焊缝均匀性好。电弧的引入明显增加了焊接的熔深和熔宽。随着激光功率的增大,熔深增大,但超过一定值反而下降。电弧电流、焊接速度、激光离焦量、激光与电弧的距离都对焊缝的成型有重要影响,当这些参数达到合理的配置时,焊接质量最好。在激光功率2kw,相应电弧电流100A左右,焊接速度1m/min时,焊缝形貌美观,熔深大。在离焦量为-1mm,激光与电弧距离为2mm的条件下,熔池稳定,焊接效果好。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-6
目录  6-7
第一章绪论  7-18
  1.1 引言  7-8
  1.2 复合焊接技术及其应用  8-14
  1.3 数值模拟在焊接中的应用现状  14-16
  1.4 目前研究的方向和焦点  16-18
第二章试验设备与方案  18-21
  2.1 试验材料与规格  18
  2.2 试验设备  18-19
  2.3 试验方法  19-21
第三章温度场的解析解  21-32
  3.1 数值模拟方法  21-22
  3.2 焊接温度场分析理论  22-25
  3.3 复合焊接热源模型的解析解  25-30
  3.4 温度场解析模型的求解  30-32
第四章高强钢复合焊的有限元数值模拟过程  32-42
  4.1 引言  32-33
  4.2 材料热物理性能参数  33-34
  4.3 相变潜热  34-35
  4.4 边界条件  35-36
  4.5 有限元网格的划分  36-37
  4.6 温度场的计算结果  37-42
第五章激光电弧复合焊接工艺参数对焊接质量的影响  42-55
  5.1 焊缝区的宏观形貌  42
  5.2 激光电弧复合焊接试验结果讨论  42-48
  5.3 激光对电弧形态的影响  48-51
  5.4 复合焊接焊缝区的硬度检测  51-55
结论  55-56
致谢  56-57
参考文献  57-59
附录一  59-64

激光电弧复合焊接数值模拟

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