铝合金黄铜异种金属TIG熔钎焊温度场和流场的数值模拟

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1、硕士学位论文铝合金／黄铜异种金属TIG熔钎焊温度场和流场的数值模拟NumericalSimulationofTemperatureFieldandFluidFlowFieldduringTIGFusion--brazingofAluminumAHoyandBrass作者学科、学姓名：专业：口丐：完成日期：2013—05—15大连理工大学DalianUniversityofTechnologylIIIIIIIIIIIPIIIIIIMIlUIIJY2414937大连理工大学学位论文独创性声明作者郑重声明：

2、所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外，本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。学位论文题目：丝金垒麈钮亟幽I兰刍熔堑煜湿鏖扬擅毖堕幽椟拟作者签名：乏送丝趣日期：21[主年_』L月三L日大连理工大学硕士学位论文摘要采用计算流体动力学(CFD)商业软件FLUENT，成

3、功建立了铝／铜搭接数学模型，对铝／铜异种金属TIG熔钎焊的温度场和流场进行了数值模拟。通过铝／铜异种金属TIG熔钎焊搭接工艺实验，对模拟结果进行了实验验证。并研究了分别采用Zn．15％AI实芯、Zn．15％A1药芯和A1．12％Si药芯三种不同焊丝作为填充金属所得焊接接头的微观组织和力学性能。当焊接电流为50A时，铝／铜TIG熔钎焊接头温度场和流场计算结果表明：熔池内最高温度为1242K。铝母材上热影响区的温度范围在900．933K之间，在此温度下热影响区内的晶粒可能变得粗大。由于熔化潜热与熔池流体流

4、动的影响，在铝板与熔池连接的熔合线处温度梯度变小。在黄铜母材与熔池连接的界面层区域内，最高温度为995K，据此推断可能会生成A12Cu相。在熔池纵截面(y=0)，流体在表面和底部由中心流向边界，而处于中间层的流体由边界流回中心；在熔池横截面，流体流动时形成了两个大小不等的环流，且呈非对称分布；在xy面(z=-2)，即铝板上表面所在平面，流体流动形成了四股环流，最大流速为0．48m／s。当焊接电流为40A时，铝／铜TIG熔钎焊接头温度场和流场计算结果表明：熔池中最高温度为1213K，略低于焊接电流为50

5、A时熔池内的最高温度。通过与电流为50A时的温度场对比发现，热输入的降低减小了焊缝的宽度。熔池内最大流动速度为0．57m／s。在xy面(z=一2)上，即铝板上表面所在平面，与电流为50A时熔池流场相比除了在熔池的四个拐角位置出现了四股紊流外，在熔池内部流体中又形成了两股较小的紊流，随着流体的剧烈流动，一些低沸点的金属(如锌)发生蒸发，在焊缝中形成气孔。在熔池横截面上，整个流场形成两股环流，与电流为50A时的流场不同，两股环流呈对称分布，靠近铝母材一侧的流体由熔合线流向熔池中心，导致等温线向熔池中心弯曲

6、。铝／铜TIG熔钎焊搭接工艺实验结果表明：采用Zn．15％舢实芯焊丝时，接头焊态下抗拉强度为164MPa，热处理后强度为160MPa。铝合金／黄铜焊缝中金属间化合物层主要由CuZn5组成，且以柱状晶形式向焊缝生长。经焊后热处理，部分柱状晶从界面层脱落而进入焊缝。当采用A1．12％Si药芯焊丝时，接头在焊缝与黄铜母材的界面层处发生断裂，拉伸强度为122MPa。由于Cu的扩散，焊缝中产生了A12Cu相。当采用Zn．15％A1药芯焊丝时，接头拉伸强度为129MPa，并在焊缝处断裂。由于焊接热输入较小，所得界

7、面层厚度约为5岬，且主要由A1Cu相组成。关键词：数值模拟；熔钎焊；异种金属；温度场；流场；铝／铜铝合金／黄铜异种金属TIG熔钎焊温度场和流场的数值模拟NumericalSimulationofTemperatureFieldandFluidFlowFieldduringTIGFusion-brazingofaluminumalloyandbrassAbstractUsingthecomputationalfluiddynamics(CFD)commercialsoftwareFUJENT，thema

8、thematicalmodelofA1／CUlapiointswasestablished，andthetemperaturefliedandfluidflowfliedwerecalculated．Inaddition，TIGfusion．brazingofAl／Cuwasconducted，andthecalculationresultWasvalidatedbyexperimentalresult．Themicrostructureandtensi