焊接熔池相變傳熱特性及流體動(dòng)力學(xué)分析.pdf

1、焊接過(guò)程是一個(gè)涉及到傳熱傳質(zhì)、金屬的熔化與凝固的復(fù)雜過(guò)程，焊接熱源的能量分布以及焊接熔池中的流體流動(dòng)及其傳熱過(guò)程對(duì)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(chǎng)與溫度場(chǎng)，描述焊接熔池中的相變傳熱及流體流動(dòng)特性，分析焊接熱源的形態(tài)及能量分布，對(duì)實(shí)現(xiàn)焊接過(guò)程的自動(dòng)化控制有重要的實(shí)際和理論意義。本文以焊接工藝為研究背景，以Fluent軟件為計(jì)算平臺(tái)，在總結(jié)前人的成果基礎(chǔ)上，分析了金屬相變傳

2、熱過(guò)程以及流體流動(dòng)特性對(duì)焊接熔池形成的影響。對(duì)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(yùn)動(dòng)電弧熱源模型，分析了焊接工藝參數(shù)對(duì)溫度場(chǎng)的影響，計(jì)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(diǎn)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(diǎn)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(guò)程中，熔池內(nèi)金屬熔體的流動(dòng)情況對(duì)熔池發(fā)展的影響；并在熔池形成過(guò)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