鋁合金-鋼脈沖MIG電弧熔-釬焊熔池流場數(shù)值分析.pdf

1、鋁合金/鋼的復合結構綜合了鋁合金密度低、耐腐蝕性好和鋼價格低廉的優(yōu)點，具有廣闊的應用前景。由于鋁合金和鋼的熱物理性質(zhì)差異巨大，熔-釬焊接是目前二者最有效的焊接工藝之一。鋁合金/鋼熔-釬焊接過程中鋁合金熔化與填充金屬混合形成熔焊接頭，同時二者在鋼板表面鋪展與不熔化的鋼母材形成釬焊接頭。液態(tài)鋁合金在鋼板表面潤濕鋪展的過程中，兩者之間發(fā)生合金元素擴散，可能生成脆性Fe-Al金屬間化合物，降低接頭的性能。因此，熔池金屬的動態(tài)行為和釬焊界面熱過程

2、直接決定了焊接過程的穩(wěn)定性以及焊縫最終成形、力學性能。通過數(shù)值分析方法定量分析熔-釬焊接過程中熔池的溫度場和流場具有重要的理論意義與工程應用價值。
　　基于采集的脈沖MIG焊接電流和電弧電壓的實測值，計算得到了焊接功率的脈沖波形，并對焊接電流和焊接功率的脈沖特性進行方波擬合。除焊接電流峰值不隨送絲速度的增加而變化外，焊接電流的基值、占空比、頻率和焊接功率的基值、峰值、峰值占比都隨送絲速度的增加而增加。基于對電弧周期性變化和熔滴過渡

3、圖像信息的采集，分析了鋁合金/鋼搭接MIG電弧熔-釬焊接過程電弧形態(tài)特點及熔滴過渡過程。由于鋁合金和鋼物理性質(zhì)的差異、搭接接頭和焊槍傾角的影響，電弧呈鋁側窄鋼側寬、沿焊接方向前長后短的分布特點。通過熔滴過渡連續(xù)性圖像確定了熔滴過渡的時間。
　　基于脈沖MIG電弧熔-釬焊接工藝特點，建立了適用于鋁合金/鋼搭接MIG電弧熔-釬焊接工藝的四橢圓電弧模型和熔滴模型。綜合考慮焊接過程中的電弧熱、熔滴熱、電弧壓力、熔滴沖擊力、表面張力、電磁力

4、、重力、浮力等作用以及焊接過程中電弧、熔滴對熔池的熱-力作用，建立了鋁合金/鋼脈沖MIG電弧熔-釬焊接數(shù)理模型。模擬的熔-釬焊的熔合線走向、釬焊焊縫寬度、熔焊焊縫潤濕角以及釬焊焊縫鋪展角與實驗結果都吻合較好，說明所建熔-釬焊模型是合理的，能夠用來分析熔池的熱過程和液態(tài)鋁合金在鋼板表面的鋪展行為。
　　由于鋁合金和鋼熱物理性質(zhì)的差異，鋁合金/鋼脈沖MIG電弧熔-釬焊接溫度場分布左右不對稱，鋁合金側高溫范圍比鋼側大，溫度梯度比鋼板側的

5、溫度梯度小。加熱過程中，對應焊接過程中的基值電流-峰值電流-熔滴沖擊的周期性作用，熔池溫度場經(jīng)歷了穩(wěn)定-緩升-陡升陡降-穩(wěn)定的熱循環(huán)過程。熔池中的液態(tài)金屬主要來源于熔化的填充材料，占總熔池金屬的60％以上。冷卻過程中，熔-釬焊熔池從熔合線和釬焊界面邊緣逐漸向熔池內(nèi)部凝固。
　　在脈沖電弧和熔滴過渡周期性作用下，熔焊熔池和釬焊熔池的流場都經(jīng)歷了穩(wěn)定-緩慢擴張-迅速擴張-熔池震蕩-穩(wěn)定的過程。冷卻過程中，熔焊熔池有一個逆時針渦流，釬焊