GMAW雙絲焊和激光+GMAW雙絲焊焊接過程數(shù)值分析.pdf

1、熔化極氣體保護焊（GMAW）具有優(yōu)質(zhì)高效、生產(chǎn)成本低、自動化程度高等優(yōu)點，是應(yīng)用廣泛的一類電弧焊方法。本文基于流體力學(xué)軟件FLUENT，開展GMAW雙絲焊和激光+GMAW雙絲焊焊接過程的數(shù)值分析研究，其中主要針對焊接過程中熔滴過渡和電弧行為進行數(shù)值研究，并且構(gòu)建了電信號、高速攝像和光譜多信息融合測試分析系統(tǒng)，對數(shù)值模擬結(jié)果進行了驗證，證明了其可靠性和準(zhǔn)確度，深入闡釋焊接參數(shù)對焊接過程的影響機理，以期為實際生產(chǎn)焊接工藝的制定提供理論指導(dǎo)與

2、參考。
　　首先，對GMAW單絲焊開展數(shù)值分析，得到了熔滴由滴狀過渡轉(zhuǎn)變?yōu)閲娚溥^渡時對應(yīng)的臨界電流公式，針對熔滴過渡進行模擬時，分為考慮和不考慮熱分析兩種情況，結(jié)果表明考慮熱分析時模擬結(jié)果較好。研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)表面張力系數(shù)增大時，脫落熔滴體積隨之增大，而焊絲尖端到脫落熔滴上端之間的液體長度隨之減小。當(dāng)動力粘度增大時，熔滴體積變化不明顯，液體長度隨之增加。比較分析數(shù)值模擬中電弧電勢分布和焊接試驗中電信號波形、高速攝像圖片，發(fā)現(xiàn)當(dāng)熔滴脫離焊

3、絲后，電流是不流經(jīng)脫落熔滴的。
　　然后，對GMAW雙絲焊開展數(shù)值分析，對于熔滴過渡，發(fā)現(xiàn)在雙絲焊中，由于兩電弧之間存在的電磁力導(dǎo)致單絲焊和雙絲焊熔滴過渡分別呈現(xiàn)軸向過渡和非軸向過渡。對于焊接電弧，單絲焊中工件表面電流密度分布可用高斯分布近似描述，而雙絲焊中工件表面電流密度分布規(guī)律與雙絲間距相關(guān)，當(dāng)雙絲間距較小時，可用高斯分布近似描述，當(dāng)雙絲間距較大時，則需對高斯模型進行修正。雙絲焊中，研究了焊接電流、雙絲間距、保護氣體流量、等流

4、與非等流情況對電弧行為的影響規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)焊接電流增大時，電弧偏轉(zhuǎn)角、電弧最高溫度和工件表面熱通量峰值隨之增大。當(dāng)雙絲間距增大時，電弧形態(tài)由單電弧向雙電弧轉(zhuǎn)變，工件表面電流密度由單峰分布向雙峰分布轉(zhuǎn)變，其峰值先是隨著雙絲間距增大而變小，達(dá)到一定間距時，基本保持不變，而工件表面熱通量峰值和壓強峰值隨之先減小后增大。當(dāng)氣體流量增加時，工件表面壓強峰值隨之增大而電弧最大溫度先增大后減小，存在最佳流量范圍。等流與非等流情況相比，等流情況時，

5、雙峰峰值大小基本相同，而非等流情況時，較大的峰值出現(xiàn)在載有大電流的焊絲電弧中。
　　最后，利用三維數(shù)值分析模型對激光+GMAW雙絲焊焊接電弧進行數(shù)值分析，與GMAW雙絲焊相比，發(fā)現(xiàn)激光加入后對電弧有吸引壓縮作用，壓強整體變小，電弧能量更集中，熱通量峰值近似為未加激光時熱通量峰值的2倍，有利于進行高速焊獲得大熔深而避免出現(xiàn)咬邊、駝峰等缺陷。研究了激光功率、離焦量和光絲間距對電弧行為的影響規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)激光功率增大時，電弧偏轉(zhuǎn)角和