焊接熔池相變傳熱特性及流體動力學(xué)分析.pdf

1、焊接過程是一個涉及到傳熱傳質(zhì)、金屬的熔化與凝固的復(fù)雜過程，焊接熱源的能量分布以及焊接熔池中的流體流動及其傳熱過程對焊接質(zhì)量有著極為重要的影響。采用科學(xué)的方法建立焊接熔池和焊接電弧的數(shù)學(xué)模型，定量地分析焊接熔池中流場與溫度場，描述焊接熔池中的相變傳熱及流體流動特性，分析焊接熱源的形態(tài)及能量分布，對實現(xiàn)焊接過程的自動化控制有重要的實際和理論意義。本文以焊接工藝為研究背景，以Fluent軟件為計算平臺，在總結(jié)前人的成果基礎(chǔ)上，分析了金屬相變傳

2、熱過程以及流體流動特性對焊接熔池形成的影響。對材料熱物性參數(shù)的溫度依賴性、熔化潛熱以及工件表面換熱系數(shù)等參數(shù)的影響進(jìn)行了理論分析以及數(shù)值模擬分析。 (1)用高斯熱源模型建立了運動電弧熱源模型，分析了焊接工藝參數(shù)對溫度場的影響，計算結(jié)果表明，隨著焊接電流的增大或焊接速度的減小，熔池體積增加，熔寬和熔深都增大。隨著焊接速度的提高，熔池近熔合線區(qū)溫度梯度增大，熔池深寬比減小。 (2)焊縫和熱影響區(qū)金屬組織的變化，除了金屬本身的

3、冶金因素之外，還決定于焊接熱循環(huán)。某點所經(jīng)歷的加熱速度、加熱的最高溫度、高溫停間和隨后的冷卻速度都決定著該點的組織和性能。隨著焊接速度的提高，熔池近熔合線區(qū)溫度梯度增大，熱影響區(qū)也隨之變小。 (3)分析了在熔池形成過程中，熔池內(nèi)金屬熔體的流動情況對熔池發(fā)展的影響；并在熔池形成過程中考慮了慣性力、熱浮力、表面張力等因素的影響。在焊接熱源作用下，在熱源中心附近其熔體的表面溫度最高，偏離熔池中心區(qū)域越遠(yuǎn)，熔體的表面溫度越低。這樣由于熔