a304不锈钢激光焊接熔池温度场和流场数值模拟研究

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1、中图分类号TG456.7论文编号j006015-0175学科分类号460.2535密级TIANJINUNIVERSITYOFTECHNOLOGY工程硕士学位论文DISSERTATIONA304不锈钢激光焊接熔池温度场和流场数值模拟研究StudyonNumericalSimulationofTemperatureandFlowFieldinMoltenrooiPoolduringauring；La^erWeldingforIStainlessSteel工程领域:1材料工程作者姓名:周世杰指导教师:1李云涛副教授宋继顺副教授天津理工大学研究生部二〇一五年三月密分类

2、号：TG456.7天津理工大学研究生学位论文A304不锈钢激光焊接熔池温度场和流场数值模拟研宄(申请硕士学位）学科专业:材料工程研究方向:材料成形作者姓名：周世杰指导教师:李云涛副教授宋继顺副教授李耀荣正高工2015年3月独仓1牲声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研宄成果，也不包含为获得天津理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研宄所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位洽丈作者答名答孛日期：>0広

3、年2月59学隹袼文敕权使用投权书本学位论文作者完全了解天津理工大学有关保留、使用学位论文的规定。4寺授权天津理工大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编，以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复本和电子文件。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位抡丈作者答名：导师答名：筌孛口期：年i月^EI莶孛9期：年j月J«ThesisSubmittedtoTianjinUniversityofTechnologyfortheMaster’sDegreeStudyonNumericalSimul

4、ationofTemperatureandFlowFieldinMoltenPoolduringLaserWeldingforA304StainlessSteelByZhouShijieSupervisorAssociateprofessorLiyuntaoAssociateprofessorSongjishunMarch2015摘要能源的过度消耗和资源的浪费严重制约经济的发展，焊接过程是高能耗、高资源消耗的过程，有效的减少焊接过程中的能源和资源浪费具有十分重要的意义。数值模拟过程是进行虚拟的物理、化学实验，得到实验结果的过程。它不仅可以大大缩短实验周期，显著降

5、低生产成本，提高生产效率，而且可以实现多次重复模拟，从而有效的减少能源和资源的浪费。激光焊接和压力容器裂纹补焊过程都存在高能耗问题。利用数值模拟可以有效的降低焊接过程中能量消耗，减少焊接试验次数，达到低成本、高收益的目的。本文以A304不锈钢的激光焊接过程和压力容器非线性裂纹补焊过程为研究对象，运用焊接试验与数值模拟相结合的方法，探究激光焊接过程和压力容器非线性裂纹补焊过程中温度场、流场和熔池受力的规律，揭示焊接路径对熔池流动和温度场的影响。阐述了A304不锈钢激光焊接过程焊速、功率和热源对温度场影响的分布规律。利用计算流体动力学软件对A304不锈钢激光焊接过程

6、温度场的分布规律和熔池形状进行了数值模拟。研究探讨A304不锈钢激光焊接过程中焊接速度、激光功率、热源对温度场和熔池形状的影响。焊接速度和激光功率对温度场的影响存在大小转变点，旋转高斯曲面体热源模型用于模拟激光焊接过程，具有较高的准确性，模拟熔池与试验焊缝形貌一致。揭示了A304不锈钢激光焊接过程表面张力和浮力对熔池流场的影响规律。利用计算流体动力学软件对A304不锈钢激光焊接过程熔池流场进行了数值模拟。研究探讨A304不锈钢激光焊接过程中表面张力和浮力对熔池流动的影响。浮力和表面张力激光焊接过程中的主要驱动力，表面张力的驱动作用大于浮力，焊接熔池是在两种驱动力

7、的共同作用下形成的，得到了与激光焊接熔池一致的―钉头‖形状。阐明了A304不锈钢压力容器非线性裂纹补焊过程温度场的对称性、周期性及表面张力对熔池流场的影响。利用计算流体动力学软件对A304不锈钢压力容器非线性裂纹补焊过程温度场和熔池流场进行了数值模拟。研究探讨压力容器非线性裂纹补焊过程中温度场和熔池形状的周期性、对称性规律，焊接路径对熔池温度场的影响，正、负表面张力对熔池流动的影响。研究发现，A304不锈钢压力容器非线性裂纹补焊过程温度场和熔池形状存在周期性、轴对称性、中心对称性，焊接路径能够改变熔深和熔宽，从而改变熔池形状，正、负表面张力对熔深、熔宽尺寸的影响

8、不同步。关键词：A304