旋轉(zhuǎn)電弧傳感器平板堆焊氣流場及電弧溫度場仿真.pdf

1、分類號：密級：UDC：學(xué)號：415914114036南昌大學(xué)專業(yè)學(xué)位研究生學(xué)位論文旋轉(zhuǎn)電弧傳感器旋轉(zhuǎn)電弧傳感器平板堆焊平板堆焊氣流場及氣流場及電弧電弧溫度場仿真溫度場仿真SimulationoftheGasFlowFieldArcTemperatureFieldoftheRotatingArcSensFlatSurfacing鐘慶飛培養(yǎng)單位（院、系）：機(jī)電工程學(xué)院指導(dǎo)教師姓名、職稱：毛志偉副教授專業(yè)學(xué)位種類：工程碩士專業(yè)領(lǐng)域名稱：機(jī)械工

2、程論文答辯日期：2016年月日答辯委員會主席：評閱人：2016年月日摘要摘要焊接過程中電弧和熔滴會影響保護(hù)氣的保護(hù)效果，保護(hù)效果對焊接質(zhì)量至關(guān)重要，關(guān)于旋轉(zhuǎn)電弧傳感器焊接保護(hù)效果的研究還未見報(bào)道。旋轉(zhuǎn)電弧因?yàn)榫哂行D(zhuǎn)特點(diǎn)，其形成過程比傳統(tǒng)電弧更復(fù)雜。常規(guī)實(shí)驗(yàn)方法對電弧產(chǎn)生機(jī)理研究存在一定局限性。本文在磁流體動力學(xué)、流體體積函數(shù)以及有限元理論的基礎(chǔ)上，建立了GMAW電弧、旋轉(zhuǎn)電弧及壓縮旋轉(zhuǎn)電弧的三維數(shù)學(xué)模型，提出電弧模型的基本假設(shè)，給出氬

3、氣和空氣的熱力學(xué)與輸運(yùn)性質(zhì)參數(shù)，確定合理的邊界條件。利用ANSYSCFX有限元軟件對電弧等離子體的物理特性進(jìn)行數(shù)值模擬分析，得到了在電弧和熔滴影響下保護(hù)氣的保護(hù)效果。論文首先結(jié)合MHD和VOF法對GMAW焊接過程中氣體流場進(jìn)行了研究，并著重研究了電弧及熔滴對氣流場的影響，獲得了其流場分布。研究結(jié)果表明，電弧產(chǎn)生的高溫高電磁力引起了強(qiáng)烈的湍流擴(kuò)散效應(yīng)，導(dǎo)致氣體速度大大提高并強(qiáng)烈向電弧中心聚集，相對于忽略電弧影響時(shí)，氬氣的保護(hù)范圍明顯減少；

4、相對于忽略熔滴影響時(shí)，熔滴導(dǎo)致電弧溫度下降且電弧形態(tài)也發(fā)生了改變，溫度降低直接使氣體的湍流擴(kuò)散效應(yīng)減弱，其保護(hù)效果得到明顯改善。其次對旋轉(zhuǎn)電弧焊接過程氣體流場進(jìn)行了研究，研究結(jié)果表明，在考慮電弧而忽略熔滴影響的情況下，旋轉(zhuǎn)電弧的形態(tài)及溫度分布類似于同等條件下的GMAW電弧，但在工件表面氬氣的分布規(guī)律不同，GMAW氬氣的分布基本是對稱的，而旋轉(zhuǎn)電弧左邊的保護(hù)效果遠(yuǎn)好于右邊，這是由于導(dǎo)電桿的偏心及焊絲旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致的；考慮熔滴影響時(shí)，旋轉(zhuǎn)電弧的溫

5、度比GMAW溫度低，這是由于焊絲旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致熔滴受到了一個(gè)離心力，使熔滴滴落加速，熱量被帶走的更快的緣故。最后對壓縮旋轉(zhuǎn)電弧焊接過程氣體流場進(jìn)行了研究，研究結(jié)果表明，考慮電弧影響時(shí)，電弧形態(tài)和普通旋轉(zhuǎn)電弧幾乎沒有差別，但溫度要比普通旋轉(zhuǎn)電弧高，壓縮的旋轉(zhuǎn)電弧保護(hù)氣體的保護(hù)效果略差于普通的旋轉(zhuǎn)電弧，這是由于溫度的增加，氣體湍流擴(kuò)散效應(yīng)更強(qiáng)的緣故。以上研究成果，可為旋轉(zhuǎn)電弧焊接工藝參數(shù)的選擇，噴嘴結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、熔池研究等提供理論參考。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞