鋁合金EBW非穿透型匙孔的數(shù)值模擬.pdf

1、匙孔形態(tài)和熔池的流動(dòng)形態(tài)是電子束焊接焊縫質(zhì)量控制的關(guān)鍵，而表征焊縫成形質(zhì)量的特征區(qū)域的選取以及計(jì)算較為繁瑣.本文在電子束焊接匙孔壁面受力平衡研究基礎(chǔ)上,利用ANSYS軟件建立了電子束焊接過(guò)程溫度場(chǎng)、熔池流場(chǎng)、匙孔形態(tài)演變耦合分析的數(shù)值計(jì)算模型。匙孔形態(tài)以及與之密切聯(lián)系的金屬蒸發(fā)、熔池流動(dòng)的研究對(duì)于電子束焊接質(zhì)量控制有著重要意義。
　　匙孔壁面力學(xué)平衡條件研究表明,在電子束焊接過(guò)程中，匙孔壁面法向主要受金屬蒸氣反沖壓力、表面張力附加

2、壓力、流體靜壓力、熔池旋轉(zhuǎn)向心力的作用；匙孔動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，法向上受力平衡；金屬蒸氣反沖壓力和匙孔壁面表面張力是維持匙孔動(dòng)態(tài)平衡的主要作用力。本文根據(jù)流體力學(xué)、流體動(dòng)力學(xué)及傳熱學(xué)理論，建立了電子束作用下焊接熔池流場(chǎng)、溫度場(chǎng)的二維瞬態(tài)數(shù)值分析模型。該模型綜合考慮了熔池內(nèi)部液態(tài)金屬的對(duì)流傳熱和熔池外部的固體導(dǎo)熱、材料熱物理性能參數(shù)隨溫度的變化、焊件表面通過(guò)對(duì)流和輻射向周圍環(huán)境的散熱以及熔化/凝固相變潛熱等對(duì)熔池流場(chǎng)與溫度場(chǎng)的影響。利用ANSYS

3、有限元軟件對(duì)所建立的模型進(jìn)行了求解。計(jì)算了焊接熔池溫度場(chǎng)及其動(dòng)態(tài)變化過(guò)程;研究了電子束作用下焊接熔池流體流場(chǎng)、熔池內(nèi)金屬的流動(dòng)方式以及熔池流體運(yùn)動(dòng)速度的變化;分析了焊接工藝參數(shù)對(duì)匙孔的影響。
　　在該模型中，對(duì)匙孔縱向深入過(guò)程與橫向移動(dòng)過(guò)程進(jìn)行了模擬,采用匙孔自由界面跟蹤算法（引入VOF模型）實(shí)現(xiàn)對(duì)匙孔形態(tài)變化的跟蹤。結(jié)果表明，電子束焊接過(guò)程中驅(qū)動(dòng)液態(tài)金屬流動(dòng)有三方面作用機(jī)制。一是與金屬蒸發(fā)相關(guān)的金屬蒸氣反沖壓力的驅(qū)動(dòng)；二是與表面