铝合金穿孔型等离子弧焊接过程模拟

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1、摘要f穿孔型等离子弧焊接，由于等离子弧具有温度高、能量高度集中、穿透力＼强等特点，在不开坡口的情况下能实现厚板的单面焊双面成形，是一种很有前途的焊接工艺方法。因此，对其焊接过程进行模拟具有重要的理论和实践指导、一的意义。户首先基于双区域近似电弧模型的简单理论，研究了转移型等离子弧焊接时在喷嘴出口处所产生的电弧特性，讨论了工艺参数对焊接等离子弧的影响，并厂、与实验数据进行比较。I比较结果表明，计算结果与实验测量值吻合良好矿7一根据流体力学理论和传热学机理，建立了运动等离子弧作用下穿孔焊接熔池流场和温度场的三

2、维瞬态数值分析模型，并采用有限元法对模型进行离散化，处理。(模型中，考虑了熔池内部液态金属的对流传热和熔池外部的固体导热、{材料热物理性能参数随温度的变化、焊件表面通过对流和辐射向周围环境的散热以及熔化／凝固相变潜热对熔池流场与温度场的影响，焊接热源采用高斯分布＼，，一+函数，计算中对边界条件进行了处理。广弋，／根据穿孔熔池温度场与流场模型的特点，采用非均匀网格对单元进行划分，并采用分区异步长算法确定时间步长，利用ANSYS有限元软件对所建立，

3、的模型进行了求解。I通过实验测量焊缝几何尺寸与计算结果相比较

4、，验证了本、一模型的计算结果和实际相差不大，是基本正确和可靠的厂矿，最后通过与实验的对比和对穿孔型等离子弧焊接现象的进一步分析，提出／、了本文所建穿孔熔池模型的改进方法。(可为后续的研究工作提供基础和借鉴。广一一关健词：铝合。穿孔，等离子Z数值模彤7热场蹿描过争鬈VAbstractKeyholePlasmaArcWelding(PAW)isapromisingprocessforthehightemperature，concentratedenergyandcompletepenetrationofpla

5、smaarc，anditCanfulfilone·sideweldingofthickplateswithoutgrooving．Therefor,simulatingtheweldingprocesscallprovidetheoreticguidanceforitsapplication．Firstly，basedonatheoryofallapproximatetWO-zonearcmodel，studiedthepropertiesofplasmaarcgeneratedforthetransfe

6、rredPAWprocessatthenozzleexit，discussedtheeffectofoperatingparametersonthearcoftheweldingplasma，andcomparedthecalculatedresultswithexperiments，Theresultsshowedthatarcobtainedfromcalculationisingoodagreementwiththemeasuredvalues．Basedontheoriesofhydromecha

7、nicsandheattransfer,establishedathreedimensionaltransientnumericalmodelofflowandtemperaturefieldofthekeyholePAWweldpoolwithamovingarc，anddiscretizedthemodelwiththefiniteelementmethod．Inthemodel，consideredthreefollowings，bothconvectionheattransferofthemelt

8、edmetalinsidethepoolandheatconductionofsolidmetaloutsidethepool，thevariationofthermophysicalparametersofmaterialwithtemperature，theeffectofthelossofheat，includingconvectionandradiation，andlatentheatofphasechangeonthetemperaturefield．Wldingheatsourceispres

9、umedtobegaussiandistribution．Also，theboundaryconditionsaredealedinthecalculation．Consideingoffeatuesofthemodel，elementsaledividedaccordingtoanon—uniformgridandtimestepsaredefinedtoanon—uniformstepindifferentsubareas