氩氮保护紫铜tig焊接熔池动态过程的数值模拟及工艺研究

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1、江苏大学硕士学位论文摘要焊接过程是一个迅速而又极不均匀的物理化学冶金过程，焊接熔池一直是焊接模拟的一个重要领域。本文根据能量守恒的基本原理和钨极氩弧焊(11G)工艺的特点，建立了运动电弧作用下T3紫铜非稳态TIG焊接熔池形态的数值分析模型，并采用有限元的方法对模型进行了离散化处理。该模型综合考虑了使熔池金属产生运动的浮力、电磁力、表面张力等驱动力，同时考虑了材料的热物理性能参数随温度的变化、焊接过程中熔池与外界的能量的交换，以及熔化／凝固相交对熔池流场及温度场的影响。文中采用的表面分布双椭圆热源模型，较好地符合了TIG焊接热流分布的形态。作者在不预热的情况

2、下采用氩氮混合保护气体对厚壁紫铜进行了TIG焊接工艺的研究，并研究了不同比例下氩氮混合气体对焊接接头微观组织和力学性能的影响。根据TIG焊接熔池温度场和流场的特点，本文利用通用有限元软件ANSYS，采用非均匀网格对单元进行了划分，使用热源叠加的方式对TIG焊接熔池热量的吸收进行了处理，对所建立的数学模型进行了求解。模拟结果展示了T3紫铜TIG焊接瞬态熔池的建立过程。初步计算了焊接电流和焊接速度对焊接温度场分布的影响。通过焊接工艺实验，比较了焊缝熔宽和熔深的测量结果和计算结果，结果表明本文所建模型的计算值和实际测量值较为吻合，验证了所建立的模型和采用的软件方

3、法的正确性和可靠性。关键词：钨极氩弧焊；温度场；紫铜；数值模拟江苏大学硕士学位论文ABSTRACTTheweldingisarapidandextremelyphysicochmemicalmetailurgicalprocess．Weldingpoolisallimportantdomainofweldingsimulationallalong．Inthispaper,accordingtoconservationofenergyprincipleandtechnologycharacteristicsoftungsteninertgas(TIG)．am

4、odelofnon-steadythree—dimensionaltemperaturefieldforT3redcopper’STIGweldingwitllalocomotivearcwasestablished．DiscretizationtreatinghasbeencarriedOUtonmodelwiththemethodoffi_rfiteelement．Thedrivingforceofbuoyancy、electromagneticforceandsurfacetensionhavebeensynthetically"considered

5、inthemodel．Atthe＆a／netime，thevariationoftemperature—dependentmaterialthermophysicsperformance,theenergychangebetweenweldingpoolandenvironmentandtheinfluenceofmelting&olidif3，ingofphasechangesforflowfieldandtemperaturefieldhavealsobeenconsidered．Indrafledthesurfacedistributiondual—

6、ellipsoidmodel，andthedemandsofweldingnumericalsimulationWaSprimelysatisfied．111eauthorstudiedtheTIGweldingofthick-wailredcopperadoptingAr+N2withoutpreheating．MicrostructureandmechanicalpropertiesofweldingsplicewerealsostudiedunderdifferentproportionofAr+N2Accordingwithcharacterist

7、icsofTIGweldingpooltemperaturefelidandflowfelid，elementsweredividedbyusingnon-uniformgridinthefiniteelementsoftwareANSYS．Inthisstudy,heatabsorbingofTIGweldingpoolWaStreatedbysplicingheatSOUrCe．AndthemathmodelWaSsolved．SimulationresultsshowedthecreationofTIGtransientweldingp001．The

8、effeetofweldingcurrentandweldings