鋁合金電子束焊接過程中熔池演變的數(shù)值模擬.pdf

1、熔池的流動是影響電子束焊接過程的一個重要因素，溫度場決定了流體區(qū)域的范圍，而流體的流動也會影響電子束作用到工件的能量，進(jìn)而流場也影響溫度場的分布。本文通過使用Visual Basic軟件對ANSYS實(shí)現(xiàn)二次開發(fā)，基于能量平衡、力學(xué)平衡及流體的流動平衡，對溫度場及流場進(jìn)行耦合計算，設(shè)計合理的試驗(yàn)來驗(yàn)證模擬結(jié)果的合理性。
　　在對模型進(jìn)行分析時，主要考慮到電子束的能量與金屬蒸發(fā)帶走的能量以及實(shí)際作用到工件上的能量三者之間的能量平衡；熔

2、池自由表面上受到金屬蒸汽反沖壓力與表面張力引起的附加壓力之間的力學(xué)平衡；熔池液態(tài)金屬流動的動量守恒及質(zhì)量守恒。本文以熱源模型分析為基礎(chǔ)，利用ANSYS10.0可以實(shí)現(xiàn)后臺批處理的特點(diǎn)，使用Visual Basic6.0進(jìn)行二次開發(fā)，通過對ANSYS的調(diào)用，實(shí)現(xiàn)參數(shù)化建模，通過脫離ANSYS平臺進(jìn)行修改焊接參數(shù)，并調(diào)用ANSYS結(jié)果文件，利用二次開發(fā)編程實(shí)現(xiàn)對固液線及氣液線的精確提取，提高模擬的精度。
　　通過對溫度場的模擬結(jié)果可以

3、看出，在電子束焊接熔池中液態(tài)金屬的最高溫度可達(dá)3000K以上，且升溫速度很快，并且最高溫度處于匙孔底部，所以該位置的金屬蒸發(fā)引起的附加壓力最大，當(dāng)達(dá)到平衡時其反沖壓力大約為104Pa。由流場的模擬結(jié)果可得出，在未達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)前，在熔池最底部液體的流速最大，一般在0.5m/s左右，當(dāng)要達(dá)到準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)時，在底部的流速反而最小，且此時底部流體速度方向與焊接方向幾乎平行，在流體的不同區(qū)域存在一些金屬蒸汽反沖壓力與表面張力引起的附加壓力的準(zhǔn)平衡點(diǎn)，液