TIG-MAG復(fù)合熱源厚板打底焊接焊縫成形的數(shù)值模擬.pdf

1、傳統(tǒng)的厚鋼板焊接主要采用多道焊，其中打底焊接是最重要的一道工序，決定了整個(gè)焊縫的質(zhì)量，因此本文針對(duì)打底焊工序進(jìn)行研究。厚板焊接方法主要有TIG焊和MAG焊:TIG焊電弧穩(wěn)定，焊縫的成形性好，但焊接時(shí)效率較低;MAG焊效率高，但焊接過程中電弧不穩(wěn)定，焊縫的成形性差。針對(duì)兩種焊接方式的不足，TIG-MAG復(fù)合熱源厚板焊接工藝可以發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)，并實(shí)現(xiàn)高效高速的焊接，因此具有重要的研究意義。
　　目前，TIG-MAG復(fù)合熱源焊接工藝的研

2、究主要采用試驗(yàn)的方法，即通過改變工藝參數(shù)，觀察焊縫成形質(zhì)量來優(yōu)化工藝參數(shù)，而對(duì)于其過程物理機(jī)制方面研究較少。但復(fù)合熱源焊接的工藝參數(shù)較多，僅通過實(shí)驗(yàn)的方式來優(yōu)化工藝參數(shù)需要大量的人力和財(cái)力，采用“數(shù)值模擬+實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證”是高效開發(fā)和優(yōu)化TIG-MAG復(fù)合熱源焊接工藝的有效途徑。本文基于fluent軟件，從傳熱學(xué)和流體動(dòng)力學(xué)角度出發(fā)，建立了合理的TIG-MAG復(fù)合熱源厚板打底焊接焊縫成形過程的三維瞬態(tài)數(shù)值分析模型。模型中采用簡(jiǎn)化的熔滴過渡模型

3、來描述熔滴過渡，采用雙橢球熱源模型來描述熱源，使用VOF方法追蹤熔池內(nèi)液態(tài)金屬和空氣兩相的自由界面，從而確定焊縫的形狀。研究重點(diǎn)考慮熔池內(nèi)溫度場(chǎng)和流體流動(dòng)模式對(duì)焊縫成形的影響。模型綜合考慮了熔滴熱焓、電弧壓力、表面張力以及熔池浮力對(duì)焊縫成形的影響，能夠較準(zhǔn)確的計(jì)算出焊縫成形的過程。本模型為TIG-MAG復(fù)合熱源厚板焊接物理機(jī)制的研究及工藝參數(shù)的優(yōu)化提供理論依據(jù)以及數(shù)據(jù)參考，具有工程應(yīng)用價(jià)值和學(xué)術(shù)研究?jī)r(jià)值。
　　利用所建立模型，對(duì)不

4、同焊接條件下的焊接過程進(jìn)行了計(jì)算，同時(shí)依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果和模擬結(jié)果的對(duì)比，對(duì)模型進(jìn)行了驗(yàn)證。根據(jù)計(jì)算得到的熔池內(nèi)溫度場(chǎng)和流體流場(chǎng)的分布，分析了其對(duì)焊縫成形的影響機(jī)制，得到了MAG焊接過程中未熔透和焊瘤缺陷形成時(shí)的流動(dòng)模式。研究結(jié)果表明，相比于單MAG熱源焊接，TIG-MAG復(fù)合熱源焊接過程中，后置的TIG熱源擴(kuò)大了熔池長(zhǎng)度，改變了熔池內(nèi)液態(tài)金屬的溫度場(chǎng)以及流動(dòng)模式，從而能夠形成合格的背面余高和熔寬，有效防止了缺陷的產(chǎn)生。文章最后探討了焊接速度