鋁合金-鋼脈沖MIG電弧熔-釬焊熔池流場(chǎng)數(shù)值分析.pdf

1、鋁合金/鋼的復(fù)合結(jié)構(gòu)綜合了鋁合金密度低、耐腐蝕性好和鋼價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)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(guò)程中鋁合金熔化與填充金屬混合形成熔焊接頭，同時(shí)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(rùn)濕鋪展的過(guò)程中，兩者之間發(fā)生合金元素?cái)U(kuò)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(dòng)態(tài)行為和釬焊界面熱過(guò)程

2、直接決定了焊接過(guò)程的穩(wěn)定性以及焊縫最終成形、力學(xué)性能。通過(guò)數(shù)值分析方法定量分析熔-釬焊接過(guò)程中熔池的溫度場(chǎng)和流場(chǎng)具有重要的理論意義與工程應(yīng)用價(jià)值。
　　基于采集的脈沖MIG焊接電流和電弧電壓的實(shí)測(cè)值，計(jì)算得到了焊接功率的脈沖波形，并對(duì)焊接電流和焊接功率的脈沖特性進(jìn)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?；趯?duì)電弧周期性變化和熔滴過(guò)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(guò)程電弧形態(tài)特點(diǎn)及熔滴過(guò)渡過(guò)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(cè)窄鋼側(cè)寬、沿焊接方向前長(zhǎng)后短的分布特點(diǎn)。通過(guò)熔滴過(guò)渡連續(xù)性圖像確定了熔滴過(guò)渡的時(shí)間。
　　基于脈沖MIG電弧熔-釬焊接工藝特點(diǎn)，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(guò)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(guò)程中電弧、熔滴對(duì)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(rùn)濕角以及釬焊焊縫鋪展角與實(shí)驗(yàn)結(jié)果都吻合較好，說(shuō)明所建熔-釬焊模型是合理的，能夠用來(lái)分析熔池的熱過(guò)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(chǎng)分布左右不對(duì)稱，鋁合金側(cè)高溫范圍比鋼側(cè)大，溫度梯度比鋼板側(cè)的

5、溫度梯度小。加熱過(guò)程中，對(duì)應(yīng)焊接過(guò)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(chǎng)經(jīng)歷了穩(wěn)定-緩升-陡升陡降-穩(wěn)定的熱循環(huán)過(guò)程。熔池中的液態(tài)金屬主要來(lái)源于熔化的填充材料，占總?cè)鄢亟饘俚?0％以上。冷卻過(guò)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(guò)渡周期性作用下，熔焊熔池和釬焊熔池的流場(chǎng)都經(jīng)歷了穩(wěn)定-緩慢擴(kuò)張-迅速擴(kuò)張-熔池震蕩-穩(wěn)定的過(guò)程。冷卻過(guò)程中，熔焊熔池有一個(gè)逆時(shí)針渦流，釬焊