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(hù)焊（GMAW）具有優(yōu)質(zhì)高效、生產(chǎn)成本低、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)，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(duì)焊接過程中熔滴過渡和電弧行為進(jìn)行數(shù)值研究，并且構(gòu)建了電信號(hào)、高速攝像和光譜多信息融合測(cè)試分析系統(tǒng)，對(duì)數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證，證明了其可靠性和準(zhǔn)確度，深入闡釋焊接參數(shù)對(duì)焊接過程的影響機(jī)理，以期為實(shí)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(duì)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(shí)對(duì)應(yīng)的臨界電流公式，針對(duì)熔滴過渡進(jìn)行模擬時(shí)，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(shí)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(shí)，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(zhǎng)度隨之減小。當(dāng)動(dòng)力粘度增大時(shí)，熔滴體積變化不明顯，液體長(zhǎng)度隨之增加。比較分析數(shù)值模擬中電弧電勢(shì)分布和焊接試驗(yàn)中電信號(hào)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(duì)GMAW雙絲焊開展數(shù)值分析，對(duì)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(duì)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(shí)，可用高斯分布近似描述，當(dāng)雙絲間距較大時(shí)，則需對(duì)高斯模型進(jìn)行修正。雙絲焊中，研究了焊接電流、雙絲間距、保護(hù)氣體流量、等流

4、與非等流情況對(duì)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(shí)，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(shí)，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(shí)，基本保持不變，而工件表面熱通量峰值和壓強(qiáng)峰值隨之先減小后增大。當(dāng)氣體流量增加時(shí)，工件表面壓強(qiáng)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(shí)，

5、雙峰峰值大小基本相同，而非等流情況時(shí)，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(duì)激光+GMAW雙絲焊焊接電弧進(jìn)行數(shù)值分析，與GMAW雙絲焊相比，發(fā)現(xiàn)激光加入后對(duì)電弧有吸引壓縮作用，壓強(qiáng)整體變小，電弧能量更集中，熱通量峰值近似為未加激光時(shí)熱通量峰值的2倍，有利于進(jìn)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(duì)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(shí)，電弧偏轉(zhuǎn)角和