電弧釬焊釬料液滴鋪展過程及其流場(chǎng)、速度場(chǎng)數(shù)值模擬和分析.pdf

1、電弧釬焊是一種新近發(fā)展的連接工藝，在薄板連接以及缺陷修復(fù)等方面優(yōu)勢(shì)明顯，目前電弧釬焊的研究受到了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛重視，本文試圖在這些研究的基礎(chǔ)上，對(duì)電弧釬焊釬料液滴鋪展過程及其流場(chǎng)、速度場(chǎng)進(jìn)行試驗(yàn)以及數(shù)值模擬和分析，以更好地促進(jìn)電弧釬焊工藝的應(yīng)用以及技術(shù)發(fā)展和創(chuàng)新。 本文首先采用TIG電弧加熱系統(tǒng)對(duì)CuSi3釬料液滴動(dòng)態(tài)鋪展過程進(jìn)行了試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)CuSi3釬料液滴在鍍鋅鋼板上鋪展時(shí)，當(dāng)電弧弧長(zhǎng)L(6mm)一定，隨燃弧時(shí)間和電流

2、的增加，釬料的鋪展面積和直徑逐漸增大而其鋪展高度和潤(rùn)濕角逐漸減小。且當(dāng)燃弧時(shí)間t大于4s時(shí)，釬料的鋪展面積、高度、潤(rùn)濕角的變化趨于平緩；用CuSi3釬料進(jìn)行鍍鋅鋼板TIG電弧釬焊時(shí)，最佳的電弧釬焊參數(shù)為電流I＝70A，弧長(zhǎng)L＝6mm，燃弧時(shí)間t＝4s。對(duì)不同釬料在鍍鋅鋼板上進(jìn)行鋪展試驗(yàn)研究表明釬料CuSn6和CuSi3表現(xiàn)出較AlMg5和AlSi5優(yōu)越的潤(rùn)濕性。 在試驗(yàn)分析的基礎(chǔ)上，本文提出適用于電弧釬焊釬料液滴鋪展過程的控制方

3、程和邊界條件，并將其轉(zhuǎn)化為有限容積方程，最后采用SIMPLEST算法，利用PHOENICS軟件中的HOL和SEM模塊進(jìn)行計(jì)算，得出了不同釬焊參數(shù)下CuSi3釬料和AlSi5釬料鋪展時(shí)釬料液滴自由表面演化過程的模擬結(jié)果，模擬結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比表明兩者吻合良好，且其誤差在小電流規(guī)范(I<70A)時(shí)較大而在大電流規(guī)范 (I>70A)時(shí)較小。對(duì)模擬結(jié)果的分析表明，控制釬料液滴鋪展的主要因素除了電弧壓力以外，還有釬料液滴單位體積受到的重力及表面張

4、力等。 另外計(jì)算得出釬料鋪展過程中，液滴內(nèi)部隨時(shí)間變化的流場(chǎng)、速度場(chǎng)分布，發(fā)現(xiàn)一方面，其流動(dòng)在電弧軸線下方呈現(xiàn)由上至下，而在液/固界面處向左右兩側(cè)流動(dòng)的趨勢(shì)，與常規(guī)TIG熔化焊接熔池內(nèi)部的環(huán)流流場(chǎng)呈現(xiàn)不同的規(guī)律，有利于釬料液滴的橫向鋪展。另一方面，焊接參數(shù)相同時(shí)，電弧釬焊釬料液滴內(nèi)部速度場(chǎng)的速度最大值比TIG焊熔池中要大。最后對(duì)液滴內(nèi)部的顯微流場(chǎng)、速度場(chǎng)和界面組織進(jìn)行了耦合分析，表明電弧釬焊過程中的強(qiáng)大流場(chǎng)對(duì)界面須狀金屬間化合物