一、PAW+TIG电弧双面焊接小孔形成过程的数值模拟（论文文献综述）
吴弘[1]（2021）在《磁控电弧等离子体数值模拟及磁压缩机制》文中指出提高钨极惰性气体保护焊（TIG焊）的生产效率是国内外焊接工作者的研究热点之一,涌现了许多高效TIG焊工艺。磁场辅助TIG焊通过影响电弧形态达到提高电弧能量密度的效果。但是由于磁场种类、位形和参数的多样性,磁场作用下电弧形态和性能呈现复杂的变化,使得系统阐释磁场对电弧的作用本质成为目前研究的难点。在参阅大量国内外文献的基础上,分析了目前常用电弧数值模拟方法,针对其只能获得电弧温度、压力、流速等宏观性能的局限性,提出了从微观角度,通过模拟电弧中带电粒子的运动来揭示磁场与电弧间相互作用机理的思想。在分析各种磁场对电弧形态作用的基础上,选择对电弧形态影响最大的尖角磁场和轴向磁场作为外加磁场,确定磁感应强度和磁场频率为研究参数。针对外加磁场多样性的特点,设计研制了多功能磁头和磁控焊接试验系统,可以实现多类型多参数磁场作用下TIG焊接试验。试验结果表明,外加频率1500 Hz、强度30 m T的轴向交变磁场引起的电弧收缩最明显,电弧锥顶角由不加磁场时的87.6°减小到24.8°,压缩率可达74.67%;深宽比从0.31提高到0.47,增大了51.6%,有效提高了焊接生产效率。提出了基于MATLAB的电弧分区方法。通过对电弧亮度的分析,将电弧弧柱分为电离区、复合区和能跃区三部分,定量分析了磁场对这三个区域尺寸以及电弧能量密度的影响,结合实测的电流密度和电弧压力变化,提出了高频磁控电弧能量传递效率提高的观点,阐释了电弧能量密度分布变化的原因。建立了磁场模型和带电粒子运动模型,基于MATLAB软件模拟了电子和氩离子的运动轨迹,从微观角度阐述了电弧形态变化的原因,揭示了电弧扩张和压缩的机理。研究表明,有磁芯结构磁头产生的磁感应强度呈环形山状分布,无磁芯磁头磁感应强度呈单峰分布特征。在磁场作用下,电子运动轨迹为围绕磁力线的会聚螺旋线,氩离子运动轨迹为螺旋曲线的一部分,它们还可以从一个位置跃迁到另一个位置重新开始运动。同时,外加磁场的频率和带电粒子的初速度能改变螺旋运动的回转半径,影响带电粒子跃迁的几率。频率较低、初速度较大时,回转半径较大,带电粒子易于从一个位置跳跃到另一个位置,其横向运动距离增大,电弧扩张。反之,带电粒子被拘束在磁力线附近运动,横向运动距离减小,表现为电弧的收缩。这一理论和研究思想的提出,为后续开发高效磁控TIG焊工艺提供了新的思路。基于COMSOL软件揭示了磁头结构对外加磁场及其分布的影响规律,为一体式小型焊枪的研发提供了依据,奠定了磁控TIG焊工业化应用的基础。
段士华[2]（2021）在《3mm厚高强钢K-TIG焊接工艺及电弧特性研究》文中进行了进一步梳理K-TIG焊是一种新的匙孔电弧焊接工艺,通过较大的焊接电流产生具有穿透力的电弧,实现穿孔焊接。目前已有的研究主要集中在6-12 mm厚的不锈钢板和钛合金,对于厚度较小的板材,小孔的稳定性会变差,容易出现穿孔不稳定甚至焊漏的问题。而如果能通过K-TIG焊接工艺,实现3 mm厚的945高强钢的稳定焊接,将很大程度节省时间成本和加工成本,提高生产效率,对推动国内船舶制造的发展具有重要意义。本课题针对3 mm厚945高强钢,进行K-TIG焊接工艺研究,旨在探究影响3 mm厚K-TIG焊接稳定性的影响机理,进而拓宽K-TIG焊的适用范围。首先,针对3 mm厚的945高强钢,开展了K-TIG焊平板堆焊和对接焊接工艺试验,得到了稳定穿孔的工艺区间,对接时焊接速度在650～700 mm/min,焊接电流在355～370 A时,可以稳定穿孔。焊接过程中小孔稳定,但是存在咬边问题。焊接过程中,通过双面视频摄像观察小孔动态变化并对小孔出口进行了特征参数提取。研究发现,在一定焊接速度下,焊接电流过小,会导致不穿孔,或者小孔逐渐变小或闭合,之后不再穿孔。而焊接电流过大,会导致小孔逐渐变长,之后不穿孔或间隔穿孔,甚至出现切割状态。稳定穿孔后,焊缝深宽比相较于未穿孔时增加了41.4%。研究发现,小孔出口的尺寸与小孔稳定性有重要关系。焊接电流主要影响小孔出口沿焊接方向的长度a,而宽度b变化并不大。a随焊接电流的增大而增大,a过大后就会导致穿孔的中断。稳定穿孔的小孔出口的长度在5～7 mm的范围内波动。然后,对不同焊接参数的高强钢K-TIG焊接接头进行了组织表征和力学性能测试。研究发现,焊缝中组织以粒状贝氏体和条状贝氏体为主,还有少量板条状马氏体和残余奥氏体。焊缝硬度的波动很大,在240～300 HV之间。熔合区和过热区晶粒严重长大,组织主要是粒状贝氏体,条状贝氏体和残余奥氏体。相变重结晶区的组织为片状珠光体和粒状珠光体,不完全结晶区为粗大的铁素体。热影响区在熔合线附近硬度比较高,距离焊缝越远硬度逐渐降低。对接试样均断裂在母材位置,抗拉强度均在530 MPa以上,达到了母材强度的90%以上,而伸长率在10%～18%的范围,远低于母材的伸长率,断裂方式为微孔聚集型延性断裂。最后,为进一步探究K-TIG焊接机理,对K-TIG焊接电弧行为进行了数值模拟,对比了未穿孔和穿孔两种状态下的电弧特性,并进一步探究了焊接参数对电弧特性的影响。研究发现,K-TIG焊接中,穿孔后对电弧的改变主要体现在阳极附近区域。穿孔后,弧柱区电势梯度减小,高温等离子体从小孔高速流出,阳极表面中间温度升高,两边温度降低。阳极表面受电弧压力最大点在小孔上壁面上,为420Pa。焊接电流的增大以及钨极尖端角度的较小,均会导致电弧等离子体的温度和速度增大,弧柱区电压增大,小孔内壁所受电弧压力增大。而钨极尖端高度的增大,会导致电弧中心位置温度降低,两侧远离中心位置温度升高,轴向温度梯度减小,弧柱区电压增大,小孔内壁所受电弧压力减小。保护气流量的大小对电弧特性影响不大。
郝浩辰[3]（2021）在《Y型坡口TIG打底焊熔池-熔孔行为的数值模拟》文中认为TIG打底焊是一种能够较好地实现中厚板单面焊双面成形的焊接工艺,为了获得背部熔透的优质焊缝,工件对接时通常需要开坡口并预留适当的根部间隙。在实际生产中,熔孔是预留间隙TIG打底焊过程中一个重要的现象,是判定工件熔透的重要依据之一。熔孔的动态行为对于打底焊工艺中焊接过程稳定性和焊接质量的好坏至关重要,填丝TIG打底焊中熔滴无疑会对熔池-熔孔行为产生一定的影响。因此,采用数值计算的手段来研究熔孔的形成原因、探索熔滴过渡对熔池-熔孔的作用机制,定量分析不同工艺条件下熔池-熔孔行为规律,对改进焊接工艺、推动智能化控制具有一定的理论和实践意义。针对Y型坡口 TIG打底焊,建立了熔池三维瞬态模型。考虑坡口及间隙对电弧造成的影响,分别引入坡口调节系数和热量调控系数;结合Y型坡口 TIG打底焊工艺特点,考虑了总的电弧热量守恒以及熔孔形状对电弧分布的影响,建立了组合热源模型,该模型能够自适应熔池的表面变形。同时建立了Y型坡口TIG打底焊电磁力模型和电弧压力模型;考虑熔滴的影响,将熔滴视为从速度入口轴向倾斜滴落的液态金属球,建立了熔滴过渡模型。利用ANSYS FLUENT软件分别模拟计算了根部间隙为1.4mm时送丝速度分别为85 cm/min、95 cm/min、105 cm/min的焊接过程以及间隙为1.2mm、1.4mm、1.6mm的焊接过程。熔孔的形成主要由于电弧压力和表面张力的综合作用,熔孔的出现促进了背部熔宽的增加。从前一个熔滴进入熔池到下一个熔滴开始滴落的时间里,熔池前侧的液态金属表现出迅速向前流动-向后流动-缓慢向前流动的周期变化。熔滴过渡一定程度上阻碍了熔孔的形成,熔孔形成初期熔滴的加入会影响了熔孔存在的稳定性,待熔孔可以稳定存在后熔孔形态伴随着熔滴过渡呈周期性波动。将计算得到的焊缝熔合线、特殊时刻的熔孔几何形状与实验结果作对比,计算结果与实验结果较为吻合,验证了模型的合理性。比较了不同送丝速度情况下的焊接热过程,分析了送丝速度的变化对熔池温度场-流场以及工件熔透和熔孔行为的影响。结果表明,随着送丝速度的增加,熔孔形成越来越晚;填充的液态金属量增加,熔池内部整体流动性减弱。工件熔透时间受直接的电弧热作用和液态金属填充量共同决定,不随送丝速度呈单一的线性关系,一般来说先熔透后出孔,在焊接过程中当熔池前侧有熔孔形成趋势时工件基本已经熔透。分析不同间隙尺寸对Y型坡口 TIG打底焊熔池-熔孔行为的影响规律,结果表明:随着间隙的增加,熔池前侧液态金属流速增大,熔孔越来越容易形成;间隙越小,电弧受坡口的拘束作用越明显,电弧热作用增强,使得工件熔透时间不会单一地随着间隙的增加而缩短,而是存在一个极值点。上述结果为进一步深入研究TIG打底焊接过程奠定了坚实的基础。
张金衡[4]（2021）在《大熔深穿孔等离子弧焊接闭环控制系统及不锈钢焊接工艺研究》文中提出穿孔等离子弧焊接（K-PAW）过程中,高能量密度的电弧在焊接中厚度钢板时能实现一次熔透,具有高效率、焊接变形小、成本低等显着优点。然而,较窄的合理工艺参数窗口以及小孔稳定性差等问题,限制了该技术的推广应用。特别是,工件厚度的不断增加,电弧与液态熔池的相互作用更加剧烈,造成熔池振荡,小孔会变得愈加不稳定,导致焊接接头出现缺陷。本文为了拓宽穿孔等离子弧焊的可焊接厚度范围、提高焊接熔深和焊接稳定性,开发了一套快速响应的K-PAW闭环控制系统,对于K-PAW工业应用具有重要意义和推动作用。新型的闭环控制系统以可编程逻辑控制器（PLC）为控制单元,使用尾焰电压作为小孔状态的实时反馈信号,实现了 4Hz以上的脉冲调整频率,10ms以内的响应时间,满足了控制要求。针对6～10mm厚度的各种板材设计了“脉冲穿孔”电流控制策略,其核心思路是以尾焰电压为被控制量,以最小穿孔电流为基准对焊接电流进行实时动态调整,达到了“一脉一孔”的实际控制目的。结果表明,自适应的脉冲电流,不仅使小孔的开闭过程迅速而稳定,还降低了焊接热输入并提高了系统对热输入的调控能力。通过分析大熔深焊接过程中熔池的动态行为和受力特征,设计了针对12 mm厚度以上304不锈钢的“受控准稳穿孔”电流控制策略,其核心思想是使小孔全程保持准稳状态,通过峰值和基值电流的相互配合使小孔仅发生微小的可控变化,该策略克服了即将穿孔阶段的调控难题。此时的脉冲电流不再调控小孔的开闭状态,而是通过保持小孔的稳定开启,来最大程度保持了熔池的稳定状态。在“受控准稳穿孔”控制策略下,实现了最大厚度为14 mm的304不锈钢的对接焊,焊缝无气孔、不连续穿孔及烧穿现象,表明了该控制策略可以有效减少焊接缺陷,改善焊缝成形。开展了预留间隙和带有错边量的对接焊试验,焊接过程稳定,熔池无烧穿,表现了控制系统良好的适应性;针对正面焊缝常见的咬边缺陷,使用填丝焊接以及TIG盖面焊接两种方式进行了优化工艺试验。结果表明,两种焊接方式均可以去除K-PAW焊缝的正面咬边缺陷。对焊接接头进行了各项力学性能测试,获得了良好的性能指标。其中,焊接接头的抗拉强度为母材的94%,在室温和较低温度下的冲击韧性与母材基本相同,并且接头弯曲角度可达180°,且无微裂纹产生,体现了良好的塑韧性。采用双环动电位再活化法和不锈钢65%硝酸腐蚀试验测试了母材、焊缝以及熔合线附近区域金属的耐腐蚀性能,焊缝与母材及熔合线附近区域金属相比耐蚀性更强。
程志[5]（2021）在《钛-钢异种金属MIG/TIG双面双弧焊接受焊行为及机制研究》文中提出针对钛-钢异种金属焊接Ti-Fe硬脆金属间化合物造成的接头脆化问题,本文采用MIG/TIG双面双弧焊接方法对钛-钢异种金属进行连接,并对接头受焊行为及机制进行研究。研究了以硅青铜焊丝为填充金属,MIG/TIG双面双弧焊接钛-钢异种金属连接模式,重点分析了不同模式下典型接头显微组织结构及形成机制;研究了焊接参数对接头力学性能的影响,揭示了焊接参数—组织结构（连接模式）—力学性能之间的关系;采用遗传算法优化反向传播神经网络（GA-BPNN）分别建立了界面连接机制和接头抗拉强度预测模型,基于界面连接机制预测模型对钛-钢异种金属连接模式工艺窗口进行了预测,并基于接头抗拉强度预测模型,进一步采用GA算法对工艺参数进行了优化。主要研究成果如下:采用MIG/TIG双面双弧焊接方法,以硅青铜焊丝为填充金属,在无坡口、衬垫等焊接辅助措施的条件下,获得了具有优异性能的钛-钢异种金属接头;通过焊接工艺调控获得了钛-钢异种金属的钎焊、熔钎焊、熔焊等全部三类连接模式。典型钎焊模式接头钛侧钎焊界面主要由Ti-Cu（Ti2Cu,TiCu）金属间化合物层及其上分散分布的Ti5Si3相组成,厚度约为60μm;钢侧钎焊界面主要由脆性TiFeSi和λ（Ti（FexSi1-x）2）相组成的平直扩散反应层构成,厚度约为0.5μm。熔钎焊模式根据钛侧、钢侧界面连接机制,可以分为熔（钛）-钎（钢）和熔（钢）-钎（钛）焊两种形式。典型熔（钛）-钎（钢）焊模式接头钛侧熔焊界面主要由Ti-Cu（Ti2Cu、TiCu、TiCu2）金属间化合物层及其上分散分布的Ti（CuxSi1-x）2和Ti5Si3相组成,厚度约为165μm;钢侧钎焊界面主要由脆性TiFeSi相组成的平直扩散反应层构成,厚度约为3μm。典型熔（钢）-钎（钛）焊模式接头钛侧钎焊界面主要由Ti-Cu（Ti2Cu、TiCu、Ti3Cu4、Ti2Cu3、TiCu4）金属间化合物层和其上分散分布的Ti5Si3相构成,厚度约为100μm,且在钢侧大量熔化状态下会在界面生成λ相;钢侧熔焊界面主要由TiFe2Si脆性相、Fe（s,s）和Cu（s,s）相组成的半岛状组织构成。典型熔焊模式接头钛侧熔焊界面主要由Ti-Cu（Ti2Cu、TiCu、TiCu2、Ti2Cu3、TiCu4）金属间化合物层及其上分散分布的Ti5Si3和λ相组成,厚度约为180μm;钢侧熔焊界面在复杂熔池流动作用下,形成了主要由λ脆性相和在其晶间分布的Fe（s,s）和Cu（s,s）相组成的岛状组织。以正交试验所确定的最优工艺为参照,研究了各主控因素对接头连接模式和性能的影响。在其它焊接参数一定条件下,MIG焊接电压的变化并不引起接头连接模式的改变,始终为熔（钢）-钎（钛）焊模式;TIG焊接电流增加或焊接速度降低,接头由熔（钢）-钎（钛）焊模式转变为熔焊模式,TIG焊接电流降低或焊接速度增加,接头由熔（钢）-钎（钛）焊模式转变为钎焊模式;TIG焊枪进一步向钢侧偏置,接头由熔（钢）-钎（钛）焊模式转变为钎焊模式,TIG焊枪向钛侧偏置,接头由熔（钢）-钎（钛）焊模式转变为钎焊模式。钛-钢异种金属MIG/TIG双面双弧焊接头抗拉强度取决于钛侧和钢侧界面金属间化合物特征。钎焊、熔（钛）-钎（钢）焊模式接头受钢侧钎焊界面脆性的平直金属间化合物层影响,抗拉强度较低;熔焊模式接头受限于钛侧熔焊界面较厚的金属间化合物层,抗拉强度也较低;熔（钢）-钎（钛）焊模式接头钛侧钎焊界面较薄的金属间化合物层和钢侧熔焊界面半岛状/岛状组织能够显着降低界面脆性,接头具有优异的抗拉强度。基于GA-BP神经网络建立了界面连接机制和接头抗拉强度的预测模型,模型具有优异的拟合和泛化能力,能够准确地预测不同焊接参数下钛-钢异种金属界面连接机制和接头抗拉强度。在对界面连接机制精确预测的基础上,实现了钛-钢异种金属MIG/TIG双面双弧焊连接模式工艺窗口的预测:MIG焊枪居中,TIG焊枪钢侧偏置或钛侧适度偏置,低焊接热输入下易于实现钎焊模式;TIG焊枪钛侧大幅偏置,大热输入下易于实现熔（钛）-钎（钢）焊模式;TIG焊枪钢侧偏置或钛侧适度偏置,适中焊接热输入下易于实现熔（钢）-钎（钛）焊模式;TIG焊枪适度钛侧偏置或钢侧偏置,大热输入下易于实现熔焊模式。基于接头抗拉强度预测模型,采用GA优化算法对工艺参数进行了优化,优化后的工艺参数为:MIG焊接电压12.605V、TIG焊接电流78.543A、焊接速度 11.791mm/s、MIG-TIG 纵向相对位置 0.663mm 和 TIG 横向位置-1.742mm。预测该参数下接头为熔（钢）-钎（钛）焊连接模式,其名义强度为359.9MPa,根据优化工艺参数试验所得实际熔（钢）-钎（钛）焊接头名义强度达到348.4MPa。
鲁敏[6]（2020）在《预留间隙对接TIG焊熔池—熔孔行为的数值模拟》文中研究说明在背面焊接空间受限以及重要的薄板结构生产中,需要用到单面焊双面成形技术。TIG焊因电弧稳定,焊缝成形好,应用成本低等优点,在压力容器、承压管道,尤其背面可达性不好的薄壁结构件的生产制造中应用非常广泛。因此在单面焊双面成形技术中,TIG焊成为最重要的焊接方法之一。单面焊双面成形技术在实际操作中往往需要形成熔孔。熔孔是焊工控制工件熔透时十分看重的信号,它包含熔透与否的重要信息。仅仅依靠实验手段难以完整准确地获得工件内部温度分布、熔池流动及熔孔三维形貌等特性。因此,通过数值模拟的方法来揭示熔孔的形成机理、定量分析熔池流动与传质传热行为以及不同焊接工艺参数对熔孔行为的影响规律,对优化焊接工艺、推动智能化控制具有理论指导意义和工程应用价值。针对预留间隙对接TIG焊,建立三维瞬态熔池传质传热模型。结合预留间隙对接TIG焊接工艺过程的特点,引入电弧热流控制函数,考虑了总的电弧热量守恒,建立了随熔池自由表面变形自适应的组合热源模型,考虑了熔孔形状对电弧热流的影响。引入有效热调控系数,间接考虑少量电弧穿过间隙造成的热损失,同时建立了预留间隙对接TIG焊接电弧压力和电磁力模型。采用ICEM CFD软件对计算模型进行网格划分,通过对ANSYS FLUENT软件二次开发,采用VOF法追踪熔池自由表面与熔孔界面,数值计算了预留间隙对接TIG焊工件温度场、熔池流场与熔孔行为的演变过程,分析了熔孔形成过程及其对熔池传质传热的影响。熔孔主要受电弧压力、表面张力影响,熔孔的出现加剧了熔池内部流动,有利于液态金属充分过渡到工件背面,促进工件进一步熔透。根据背面熔孔宽度的变化对熔孔行为进行表征,分析了熔孔成长阶段及临界失稳状态。开展工艺实验,检测熔孔形成时间及熔孔宽度,并测得焊缝横断面形状尺寸,将模拟结果与实验值作对比,二者吻合良好。分别对（0 mm、1.3mm、1.5mm、1.7mm）预留间隙下熔池-熔孔行为进行计算并分析。结果表明,预留间隙时熔池上表面尺寸较无间隙小,预留间隙时计算所得到的熔池上表面均表现为前低后高。间隙尺寸决定了填充间隙时所需的液态金属量,熔池上表面的最大下塌量随预留间隙尺寸的增加而增大。工件熔透与熔孔形成时间逐渐缩短。预留间隙为1.3 mm时,熔孔存在稳定熔孔阶段,该阶段背面熔孔宽度上下波动范围不超过0.15 mm,在1.5 mm与1.7 mm预留间隙下,熔孔经历长大阶段后到达临界失稳状态,背面熔孔宽度分别增大至2.78 mm和2.88 mm时,即将表现为横向失稳。对预留间隙为1.5 mm,焊接电流为80-95 A对接TIG焊进行了数值模拟,焊接电流的变化主要影响工件熔透情况及熔孔形成时间,焊接电流越大,工件熔透及熔孔形成时间均缩短,此外,焊接电流对熔孔宽度的影响是两方面共同作用决定的,焊接电流在80-95 A范围内,熔孔宽度存在极值点。
于培妮[7]（2020）在《基于温度场计算的镁/钢及镁/钛焊接成形过程研究》文中研究指明随着当今社会对资源的需求,单一材料的应用已经远远不能满足人类的生产需求,通过对不同性能的材料进行相互组合,可以充分发挥他们的优势,弥补各自的不足,扩大其应用范围,在航空航天以及轻量化领域具有广阔的应用前景。课题组前期选用激光诱导TIG电弧复合焊接技术,对不固溶、难反应的镁合金/钢以及镁合金/钛合金进行连接,通过合理布置热源,得到成形及性能较好的焊接接头。但由于异质材料焊接过程中接头结构复杂、界面区域小、峰值温度高,难以通过试验手段获得焊接接头及连接界面的温度变化规律。本课题通过合理选择热源模型,利用ANSYS软件对焊接热过程进行计算,并采用实验方法对模拟结果进行验证,研究焊接热作用特征;并结合接头的显微组织、元素分布及界面相组成,研究焊接过程中接头成形过程。针对镁合金/钢激光诱导TIG电弧复合焊接过程,选用高斯面热源以及柱状体热源作为组合热源模型,考虑激光与TIG电弧的耦合效应、复合热源的整体偏移及Fe-Ni固溶区的形成,建立数值分析模型,对焊接过程进行计算。结果表明,由于镁合金的导热系数较钢的导热系数大,钢侧的温度梯度分布较镁合金侧大;接头峰值温度可达2249℃,使得镍夹层及其邻近钢母材发生瞬时熔化,镁合金/钢界面峰值温度可达2182℃,为高熔点的AlNi强化相、Fe-Ni固溶区以及双固溶体界面结构的形成提供了温度条件;镁合金液相线以上停留时间为0.28 s,可以保证液态镁合金在钢侧进行充分地润湿铺展,实现接头的良好成形;镁合金熔池在脉冲激光的搅拌作用下,使得焊缝中的AlNi强化相弥散分布,增加了焊缝基体的强度,接头抗拉强度最高可达239 MPa。针对镁合金/钛合金激光诱导TIG电弧复合焊接过程,选用双高斯面热源模型,对激光为正离焦、TIG电弧向钛合金侧偏移的焊接过程进行模拟。结果表明,接头的峰值温度为2872℃,热源附近区域的钛合金及镍夹层瞬时熔化,为强韧相β-Ti的生成提供了条件;镁合金/钛合金界面的峰值温度为1899℃,为高熔点的AlNi界面层及Ti3Al连续界面层的生成提供了高温条件;镁合金焊缝在凝固过程中析出α-Mg相,当温度降低至506℃时,发生共晶反应生成（α-Mg+Mg2Ni）层片状共晶相;通过偏移TIG电弧,可以在减少镁合金蒸发损耗的同时增加其熔化量,使得有充足的液态镁合金作为填充金属,保证了接头的完整成形;在提高钛合金表面温度以及镁合金液相线以上停留时间的同时,降低钛合金液相线以上停留时间,使得液态镁合金在钛合金表面进行充分地润湿铺展以及界面冶金反应,保证了接头良好的冶金结合,接头抗拉强度最高可达179 MPa。
陈璐[8]（2020）在《气流再压缩等离子弧焊接电弧特性和熔池穿孔过程的研究》文中研究表明等离子弧焊接作为一种高能量密度的弧焊工艺,可以不开坡口直接焊透68mm的钢板实现单面焊双面成形,在中厚板焊接领域具有应用前景。但等离子弧焊接在实际应用中还面临一些问题:如厚板焊接时穿孔过程稳定性不足、焊接工艺窗口较窄等。这些问题制约着等离子弧焊接在制造领域的应用。为此,焊接工作者提出了多种改型的等离子弧焊接方法,以解决常规等离子弧焊接存在的一些问题。其中,气流再压缩等离子弧焊接,是通过压缩气来拘束电弧,提高电弧穿透能力。与常规等离子弧焊接相比,气流再压缩等离子弧焊接电弧电压更高、电弧穿透能力更强。目前只是从实验角度证实这些现象存在,然而气流再压缩等离子弧焊接电弧穿透能力增强的本质原因、压缩气对电弧的作用机理等关键科学问题还没有解决。研究气流再压缩等离子弧焊接电弧特性和熔池穿孔行为,对于丰富等离子弧焊接理论和指导气流再压缩等离子弧焊接具有重要意义。本文将采用数值模拟和实验研究相结合的方法研究气流再压缩等离子弧焊接电弧特性和熔池穿孔过程。基于流体动力学和电磁理论,采用ANSYS Fluent软件,通过C语言进行二次开发,本文将建立二维稳态气流再压缩等离子弧数值分析模型,定量计算等离子弧温度场分布、电弧压力分布、电流密度分布等,研究焊接电流、离子气流量、压缩气流量和保护气流量对电弧特性的影响规律。对比分析气流再压缩等离子弧特征和常规等离子弧特征,探究压缩气对电弧的作用机理。研究结果表明,压缩气对电弧的冷却作用是拘束电弧的关键;压缩气对喷嘴内部的电弧温度基本没有影响,对喷嘴外部的电弧温度分布影响较大;压缩气对电弧压力基本没有影响,实验测得的电弧压力数据与模拟结果基本吻合。为了分析气流再压缩等离子弧焊接穿孔过程,在考虑“小孔-流体流动-传热”三者相互耦合关系的基础上,构建了气流再压缩等离子弧焊接熔池穿孔过程数值分析模型。模拟计算了气流再压缩等离子弧焊接穿孔过程中的熔池温度场、流场和焊接小孔的动态演变过程;研究了穿孔后熔池的形态、熔池内的流体流动,发现了小孔前方的液态金属绕小孔壁面流向熔池后方;模拟出了穿孔后小孔形态;计算得到了焊缝形状,通过与焊接实验测得的焊缝熔合线进行对比,模拟结果与实验结果在一定程度吻合。
陈时雨[9]（2019）在《K-TIG焊电弧与熔池热-力耦合行为的数值模拟研究》文中进行了进一步梳理穿孔钨极氩弧焊（K-TIG）是基于普通TIG改进而来的一种新型焊接工艺,具有设备成本低、工艺灵活性好、焊接质量高等优点。K-TIG可实现对中厚板单面焊双面成型的效果,极大地提高了中厚板焊接的生产效率。目前,研究者主要开展了K-TIG焊工艺实验研究,针对焊接熔池内部涉及到的复杂物理机制,未有报道。本文基于计算流体动力学（CFD）软件对K-TIG焊接过程进行数值模拟,分析焊接过程中小孔熔池的传热传质行为,为K-TIG焊的实际应用提供理论基础。本文的主要工作和结论如下:（1）提出了适用于K-TIG定点焊的组合式热源模型。该热源模型由核心与周边两部分组合构成,核心部分为能量密度高、梯度大的集中电弧热源,周边部分为能量密度低、梯度小的自由电弧热源。基于所提出的组合热源模型,采用CSF模型将表面热、力转化为体积热、力,构建了定点K-TIG焊数值模型,计算了小孔-熔池耦合的温度场、动态流场。分析模拟结果发现:在电弧压力、电弧剪切力作用下,小孔底部熔融金属将沿小孔表面向上排出,熔池底部几乎没有熔融金属;熔融金属在熔池上部形成环流。实验验证表明热源模型和数值模型是有效的。（2）提出了适用于K-TIG移动焊的组合式热源模型。通过分析移动焊电弧特征,将定点焊外部自由电弧热源修正为双椭圆分布模型,内部集中电弧保持不变,构造了适合移动焊的组合式热源模型。模拟结果表明:相对运动使热源中心与小孔最低点发生了偏移;熔池温度由前向后呈不均匀分布,熔池前端等温线分布密集,熔池尾部等温线分布较稀疏,高温区范围大;尾部熔池熔融金属在电弧力和表面张力的作用下形成环流。对焊缝横截面、纵截面起始位置、熄弧点位置的熔合线和穿孔时间、小孔偏移中心距离、小孔大小的实测值与计算结果进行对比,验证了热源模型与数值模型的准确性。（3）初步探索了K-TIG焊的热力耦合数值模型。从定点焊模拟结果中提取小孔形状参数,构造了不同小孔深度的钨极-电弧-阳极边界耦合数值模型。探究了小孔形状对电弧能量分布和小孔表面电弧压力、剪切力分布的影响,发现:当小孔深宽比大于1时,小孔对电弧有压缩作用;小孔表面电弧压力不仅与等离子体最大流速有关,还与阳极表面形状有关;电弧剪切力随着小孔深度的增加而减小,分布趋势没有明显变化。
强伟[10]（2018）在《双面同轴TIG焊工艺与双弧影响机制研究》文中认为双面双弧焊符合高效优质、低能耗、微变形的现代焊接要求,在船舶制造、压力容器、核电装备、海洋工程等领域已有不少应用,但目前针对双弧作用机制、熔池受力规律、焊缝成形原理、热量传输特性等方面的研究工作较少。因此,本文从中等厚度（5～10mm）铝合金和高氮钢双面同轴TIG焊工艺出发,系统开展了电弧形态、熔透模式、熔池受力和热量传递等多角度研究。建立了双机器人协同双面同轴TIG焊系统,开展了铝合金双面同轴TIG焊工艺试验,分析了焊接速度、双弧间距、热量分配等参数对铝合金成形质量的影响规律。研究表明,双面同轴TIG焊工艺可有效增加熔深,大幅提高能量利用率,并对焊缝气孔和变形有良好的抑制作用。研究了高氮钢的双面同轴TIG焊工艺特性。发现高氮钢熔池粘度大,润湿性差,采用恒流焊易导致驼峰缺陷,而采用脉冲焊可获得稳定的成形质量。纯氩保护时焊缝几乎无气孔产生,但当保护气中加入氮气后,气孔随之出现,且随着氮气比例的提升而增多。研究发现双面同轴TIG焊存在熔入和穿孔两种熔透机制。穿孔焊时热输入大,双弧透过“小孔”产生相互“冲击”,形成持续的“尾焰反射”现象,焊接稳定性和成形可控性差;熔入焊时热输入较小,焊接过程稳定,易获得优质焊缝。通过对双面同轴TIG立焊、平-仰焊和横焊熔池进行受力分析,揭示了不同位置焊接接头的成形机理。重力为双面同轴TIG焊熔池流动的主要驱动力。双面同轴平-仰焊和横焊时,重力方向与焊接方向垂直,重力对熔池成形的负面影响较大,致使成形难度提高,导致平仰焊接头以上凹下凸的“倒拱桥”形为主,横焊接头多呈不对称偏心状;而立焊时重力方向与焊接方向相反,重力对熔池成形的负面影响较小,更易获得优质接头。通过数值模拟、熔化效率计算和传热理论分析相结合的方式,揭示了双面同轴TIG焊熔深提高的内在机理。模拟结果表明,双弧电流相等时,双面同轴焊的接头横截面和纵截面的温度场均对称分布,而单面焊为非对称分布。双弧中心连线上,双面同轴焊的温度分布呈“U”形,而单面焊的温度随着电弧远离而单调减小,最高温度低于双面同轴焊。与工件两侧相比,双面同轴焊的熔池交汇区热流较大,有利于热量传入。与单面焊相比,双面同轴TIG焊的熔化效率大幅提高,并随双弧间距和焊接速度的增大而减小。双面同轴焊的熔化面积并非两个单面焊的直接求和,双弧热量之间有强烈的交互作用,使热量产生集聚和增益效应,从而大幅提高熔透能力,节约能源。为检验双面同轴TIG焊的接头质量,对典型铝合金和高氮钢接头的微观组织和力学性能进行表征与测试。结果表明,铝合金接头组织分布均匀,未产生元素偏析;立焊接头的抗拉强度可达到母材的96.2%,断后伸长率为母材的86.6%;平-仰焊接头的抗拉强度可达到母材的90.7%,断后伸长率为母材的53.1%;铝合金接头未发现明显软化。高氮钢接头的抗拉强度达到母材的81.9%,但接头的塑性降低;随着保护气中氮气比例的提高,焊接过程弧压升高,焊缝的含氮量和枝晶臂间距增大而铁素体含量减少;与纯氩保护相比,氮氩混合保护的接头硬度获得了大幅提高,但随氮气添加比例的持续增加,接头硬度的变化不大。
二、PAW+TIG电弧双面焊接小孔形成过程的数值模拟（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、PAW+TIG电弧双面焊接小孔形成过程的数值模拟（论文提纲范文）
（1）磁控电弧等离子体数值模拟及磁压缩机制（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题研究的目的和意义 |
| 1.2 压缩电弧的机理 |
| 1.2.1 等离子弧压缩电弧的机理 |
| 1.2.2 改性非熔化极氩弧焊压缩电弧机理 |
| 1.2.3 电弧压缩机理研究现状 |
| 1.3 磁控TIG电弧行为的研究现状 |
| 1.3.1 不同类型磁场作用下的电弧行为 |
| 1.3.2 磁控电弧的研究方法 |
| 1.4 电弧数值模拟的研究现状 |
| 1.4.1 早期电弧的数值分析 |
| 1.4.2 自由电弧的数值模拟 |
| 1.4.3 非自由电弧的数值模拟 |
| 1.4.4 电弧数值模拟的发展方向 |
| 1.5 本文主要研究内容 |
| 第2章 磁控焊接实验系统的构建 |
| 2.1 磁控焊接系统的基本原理和组成 |
| 2.2 磁场发生装置 |
| 2.2.1 磁头的设计与安装 |
| 2.2.2 励磁设备 |
| 2.3 焊接系统 |
| 2.4 实验方案的确定 |
| 2.4.1 实验基本内容 |
| 2.4.2 实验材料及参数 |
| 2.4.3 等离子体的电弧信息特征 |
| 2.4.4 焊缝质量分析 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 磁场调控TIG电弧的宏观特性 |
| 3.1 电弧形态研究 |
| 3.1.1 磁场类型对电弧形态的影响 |
| 3.1.2 磁感应强度对电弧形态的影响 |
| 3.1.3 磁场频率对电弧形态的影响 |
| 3.1.4 轴向磁场和尖角磁场的对比分析 |
| 3.2 磁场对电弧电特性的影响 |
| 3.2.1 磁感应强度对电弧伏安特性的影响 |
| 3.2.2 磁场频率对电弧伏安特性的影响 |
| 3.3 电弧压力的变化 |
| 3.3.1 磁场对电弧压力的影响 |
| 3.3.2 焊接电流波形对电弧压力的影响 |
| 3.4 磁场对电弧电流密度的影响 |
| 3.5 磁场对焊缝成形的影响 |
| 3.5.1 焊接接头表面质量 |
| 3.5.2 磁场频率对焊缝成形系数的影响 |
| 3.5.3 磁场作用下焊缝熔深变化的机理分析 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 磁控电弧弧柱的导电机构及导电性 |
| 4.1 电弧弧柱径向导电区域的划分 |
| 4.1.1 电离导电区 |
| 4.1.2 复合导电区 |
| 4.1.3 能跃区 |
| 4.2 磁场对电弧弧柱各导电区域的影响 |
| 4.2.1 电弧弧柱各导电区域尺寸的变化 |
| 4.2.2 磁场对电弧导电性的影响 |
| 4.3 电弧的能量密度及其变化 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 磁控电弧等离子体带电粒子的约束 |
| 5.1 研究的基本思路 |
| 5.2 电弧中带电粒子的受力及其运动轨迹 |
| 5.2.1 恒定磁场作用下带电粒子的受力及运动 |
| 5.2.2 交变磁场作用下带电粒子流的运动与电弧性能 |
| 5.3 外加轴向磁场的表述与模拟 |
| 5.3.1 外加轴向磁场的模拟 |
| 5.3.2 磁感应强度和分布测量 |
| 5.4 带电粒子运动模拟 |
| 5.4.1 初始条件 |
| 5.4.2 带电粒子的热运动 |
| 5.4.3 带电粒子在电场中的运动 |
| 5.4.4 带电粒子在电磁场中的运动 |
| 5.4.5 带电粒子运动轨迹的模拟结果 |
| 5.5 磁场对带电粒子的约束机理分析 |
| 5.5.1 传统TIG电弧中带电粒子的运动与电弧形态 |
| 5.5.2 低频轴向磁场作用下带电粒子的运动和电弧的形态 |
| 5.5.3 高频轴向磁场作用下带电粒子的运动和电弧的形态 |
| 5.5.4 外加轴向磁场改变电弧形态的机理 |
| 5.6 本章小结 |
| 第6章 结论 |
| 参考文献 |
| 在学研究成果 |
| 致谢 |
（2）3mm厚高强钢K-TIG焊接工艺及电弧特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景与意义 |
| 1.2 K-TIG焊的研究现状 |
| 1.2.1 K-TIG工艺的研究 |
| 1.2.2 K-TIG电弧特性的研究 |
| 1.2.3 K-TIG小孔动态行为的研究 |
| 1.3 焊接电弧数值模拟的研究现状 |
| 1.4 课题研究内容 |
| 第2章 试验方法与数值模型 |
| 2.1 试验材料及试验方案 |
| 2.1.1 试验材料 |
| 2.1.2 试验方案 |
| 2.2 相机标定 |
| 2.3 焊接接头组织和力学性能测试方法 |
| 2.3.1 焊接接头微观组织的表征方法 |
| 2.3.2 显微硬度测试 |
| 2.3.3 拉伸性能测试 |
| 2.4 数值模型的假设及控制方程 |
| 第3章 小孔动态行为及焊缝形貌的研究 |
| 3.1 焊接过程中的小孔的动态变化 |
| 3.1.1 未穿孔状态 |
| 3.1.2 小孔变小或闭合后再不穿孔 |
| 3.1.3 稳定穿孔 |
| 3.1.4 小孔变长后再不穿孔或间隔穿孔 |
| 3.1.5 切割状态 |
| 3.2 小孔出口的特征参数 |
| 3.2.1 小孔出口特征参数的提取与计算 |
| 3.2.2 小孔出口特征参数的动态变化 |
| 3.3 焊缝形貌 |
| 3.3.1 平板焊接焊缝形貌 |
| 3.3.2 对接焊缝形貌 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章K-TIG焊接接头的组织特征与力学性能 |
| 4.1 K-TIG焊接接头的组织特征 |
| 4.1.1 焊缝组织特征 |
| 4.1.2 热影响区组织特征 |
| 4.2 K-TIG焊接接头的显微硬度 |
| 4.3 K-TIG焊接接头的拉伸性能 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章K-TIG焊电弧数值模拟 |
| 5.1 K-TIG焊接中小孔对电弧的影响机制研究 |
| 5.1.1 K-TIG电弧数值模型 |
| 5.1.2 温度分布 |
| 5.1.3 速度分布 |
| 5.1.4 压力分布 |
| 5.1.5 电势分布 |
| 5.1.6 小孔对K-TIG电弧的影响机制分析 |
| 5.2 K-TIG焊电弧数值模型的试验验证 |
| 5.3 焊接参数对K-TIG电弧特性影响的数值模拟 |
| 5.3.1 焊接电流的影响 |
| 5.3.2 钨极尖端高度的影响 |
| 5.3.3 钨极尖端角度的影响 |
| 5.3.4 保护气流量的影响 |
| 5.4 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
（3）Y型坡口TIG打底焊熔池-熔孔行为的数值模拟（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 选题意义 |
| 1.2 焊接熔池行为数值模拟的研究现状 |
| 1.2.1 钨极氩弧焊熔池行为的数值模拟 |
| 1.2.2 填丝焊熔池行为的数值模拟 |
| 1.3 小孔型焊接热过程的数值模拟 |
| 1.3.1 激光深熔焊小孔行为的数值模拟研究 |
| 1.3.2 K-PAW小孔行为的数值模拟研究 |
| 1.3.3 K-TIG焊接热过程的研究现状 |
| 1.4 本研究主要的内容 |
| 第2章 Y型坡口TIG打底焊数值模型的建立 |
| 2.1 基本假设 |
| 2.2 工件模型及网格划分 |
| 2.3 控制方程 |
| 2.3.1 连续性方程 |
| 2.3.2 N-S方程 |
| 2.3.3 能量守恒方程 |
| 2.3.4 VOF方程 |
| 2.4 数值算法 |
| 2.5 初始条件及边界条件 |
| 2.5.1 初始条件 |
| 2.5.2 边界条件 |
| 2.6 预留间隙Y型坡口TIG打底焊热-力模型的建立 |
| 2.6.1 热源模型 |
| 2.6.2 焊接熔池作用力 |
| 2.6.3 CSF模型 |
| 2.6.4 熔滴过渡模型 |
| 2.7 本章小结 |
| 第3章 Y型坡口TIG打底焊过程的数值模拟结果与分析 |
| 3.1 实验条件 |
| 3.1.1 焊接材料 |
| 3.1.2 实验设备与工艺参数 |
| 3.2 初始热流密度分布 |
| 3.3 Y型坡口TIG打底焊熔池-熔孔温度场与流场特点 |
| 3.3.1 三维温度场-流场分析 |
| 3.3.2 熔孔的形成及演变 |
| 3.3.3 横截面温度场-流场分析 |
| 3.3.4 纵截面温度场-流场分析 |
| 3.4 熔滴过渡对熔池-熔孔行为的影响 |
| 3.4.1 三维角度分析 |
| 3.4.2 纵截面流场分析 |
| 3.5 实验验证 |
| 3.5.1 焊缝验证 |
| 3.5.2 熔孔的几何验证 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 不同工艺参数下熔池-熔孔行为的探究 |
| 4.1 不同送丝速度对熔池-熔孔行为的影响 |
| 4.1.1 不同送丝速度对熔池温度场-流场的影响 |
| 4.1.2 不同送丝速度对熔透时间及熔孔行为的影响 |
| 4.2 不同间隙尺寸对熔池-熔孔行为的影响 |
| 4.2.1 不同间隙尺寸对熔池温度场-流场的影响 |
| 4.2.2 不同间隙尺寸对熔透时间及熔孔行为的影响 |
| 4.3 本章小结 |
| 第5章 结论 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读学位期间发表的学术论文 |
| 学位论文评阅及答辩情况表 |
（4）大熔深穿孔等离子弧焊接闭环控制系统及不锈钢焊接工艺研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景与意义 |
| 1.2 常用的中厚板焊接方法 |
| 1.3 K-PAW工艺研究与发展 |
| 1.3.1 等离子弧焊接的工艺特点 |
| 1.3.2 K-PAW工艺的发展现状 |
| 1.4 K-PAW过程分析与检测 |
| 1.4.1 K-PAW熔池动态行为分析 |
| 1.4.2 K-PAW穿孔状态检测 |
| 1.5 K-PAW闭环控制研究现状 |
| 1.6 本课题的主要研究内容 |
| 第2章 实验设备、材料及方法 |
| 2.1 K-PAW设备 |
| 2.2 实验材料 |
| 2.3 显微组织分析 |
| 2.3.1 金相显微镜分析 |
| 2.3.2 扫描电子显微镜分析 |
| 2.4 力学性能测试 |
| 2.4.1 显微硬度试验 |
| 2.4.2 拉伸试验 |
| 2.4.3 弯曲试验 |
| 2.4.4 冲击试验 |
| 2.5 耐蚀性试验 |
| 2.5.1 电化学试验 |
| 2.5.2 不锈钢65%硝酸腐蚀试验 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 基于可编程逻辑控制器的K-PAW闭环控制系统 |
| 3.1 控制系统总体设计 |
| 3.2 硬件设计 |
| 3.2.1 可编程逻辑控制器 |
| 3.2.2 模拟量扩展模块 |
| 3.2.3 控制显示屏 |
| 3.3 软件编程与开发 |
| 3.3.1 运动控制程序 |
| 3.3.2 焊接电流控制程序 |
| 3.3.3 送丝控制程序 |
| 3.3.4 触摸屏显示程序 |
| 3.4 信号分析系统 |
| 3.4.1 电信号采集分析系统 |
| 3.4.2 图像采集系统 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 新型K-PAW闭环控制系统试验验证及工艺优化 |
| 4.1 “脉冲穿孔”控制策略 |
| 4.2 304不锈钢中厚板焊接工艺试验 |
| 4.2.1 6～10 mm厚不锈钢平板堆焊工艺试验 |
| 4.2.2 6～10 mm厚度不锈钢对接焊工艺试验 |
| 4.3 Q235碳钢焊接工艺试验 |
| 4.4 预留间隙对接焊工艺试验 |
| 4.5 有错边量对接焊工艺试验 |
| 4.6 焊缝成形优化工艺试验 |
| 4.6.1 填丝等离子弧焊接工艺试验 |
| 4.6.2 PAW+TIG焊接工艺试验 |
| 4.7 本章小结 |
| 第5章 大熔深K-PAW工艺试验及焊接接头组织性能分析 |
| 5.1 大熔深K-PAW过程分析 |
| 5.1.1 大熔深焊接熔池受力分析 |
| 5.1.2 大熔深焊接的常见缺陷及产生机理 |
| 5.1.3 “受控准稳穿孔”策略 |
| 5.2 大熔深K-PAW工艺研究 |
| 5.2.1 12 mm厚度304不锈钢焊接工艺试验 |
| 5.2.2 14 mm厚度304不锈钢焊接工艺试验 |
| 5.3 不同厚度板材焊接工艺参数变化规律 |
| 5.4 焊接接头显微组织及力学性能分析 |
| 5.4.1 金相组织分析 |
| 5.4.2 显微硬度分析 |
| 5.4.3 拉伸性能测试 |
| 5.4.4 弯曲性能测试 |
| 5.4.5 冲击性能测试 |
| 5.5 耐腐蚀性测试 |
| 5.5.1 双环动电位再活化法测试 |
| 5.5.2 不锈钢65%硝酸腐蚀试验测试 |
| 5.6 本章小结 |
| 第6章 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士学位期间参与的科研项目 |
| 学位论文评阅及答辩情况表 |
（5）钛-钢异种金属MIG/TIG双面双弧焊接受焊行为及机制研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 引言 |
| 2 绪论 |
| 2.1 钛-钢异种金属焊接性 |
| 2.2 钛-钢异种金属连接研究现状 |
| 2.2.1 钎焊 |
| 2.2.2 压力焊 |
| 2.2.3 熔化焊 |
| 2.3 双面双弧焊接研究现状 |
| 2.3.1 双面双弧焊接技术 |
| 2.3.2 同种金属双面双弧焊接研究现状 |
| 2.3.3 异种金属双面双弧焊接研究现状 |
| 2.4 研究内容 |
| 2.5 创新点 |
| 3 试验材料与方法 |
| 3.1 试验材料 |
| 3.1.1 母材 |
| 3.1.2 填充材料 |
| 3.2 焊接系统 |
| 3.3 焊接方法 |
| 3.4 温度场数值模拟 |
| 3.5 测试与表征 |
| 3.5.1 显微组织分析 |
| 3.5.2 力学性能测试 |
| 4 钛-钢异种金属MIG/TIG双面双弧焊接连接模式 |
| 4.1 概述 |
| 4.2 MIG/TIG双面双弧焊接热特性 |
| 4.3 钛-钢异种金属MIG/TIG双面双弧焊接连接模式 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 钛-钢异种金属MIG/TIG双面双弧焊接接头组织结构及形成机制 |
| 5.1 概述 |
| 5.2 钎焊模式典型接头组织结构 |
| 5.3 熔钎焊模式典型接头组织结构 |
| 5.3.1 熔(钛)-钎(钢)焊模式接头组织结构 |
| 5.3.2 熔(钢)-钎(钛)焊模式接头组织结构 |
| 5.3.3 钢侧界面熔焊偏析组织形成机制 |
| 5.4 熔焊模式典型接头组织结构 |
| 5.5 本章小结 |
| 6 钛-钢异种金属MIG/TIG双面双弧焊接接头力学性能 |
| 6.1 概述 |
| 6.2 接头力学性能主控因素 |
| 6.3 主控因素对接头拉伸性能的影响 |
| 6.3.1 MIG焊接电压对接头性能的影响 |
| 6.3.2 TIG焊接电流对接头性能的影响 |
| 6.3.3 TIG横向位置对接头性能的影响 |
| 6.3.4 焊接速度对接头性能的影响 |
| 6.4 接头断裂行为及机制 |
| 6.4.1 接头断裂模式 |
| 6.4.2 接头断裂行为 |
| 6.5 本章小结 |
| 7 基于GA-BP神经网络的钛-钢异种金属连接模式预测及工艺优化 |
| 7.1 概述 |
| 7.2 GA-BP神经网络的建立 |
| 7.2.1 GA-BP神经网络算法流程 |
| 7.2.2 BP神经网络结构确定 |
| 7.2.3 GA遗传算法权值和阈值优化 |
| 7.2.4 GA工艺参数优化 |
| 7.2.5 GA-BP神经网络试验设计 |
| 7.3 GA-BP神经网络的训练及验证 |
| 7.3.1 GA-BP神经网络参数设置 |
| 7.3.2 GA-BP神经网络训练 |
| 7.3.3 GA-BP神经网络验证 |
| 7.4 基于GA-BP神经网络的钛-钢异种金属连接模式工艺窗口预测 |
| 7.4.1 钛-钢异种金属连接模式工艺窗口的预测 |
| 7.4.2 焊接参数对钛-钢异种金属连接模式工艺窗口的影响 |
| 7.5 基于GA-BP神经网络的接头性能预测与工艺优化 |
| 7.5.1 参数交互作用对接头抗拉强度的影响 |
| 7.5.2 最优工艺参数 |
| 7.6 本章小结 |
| 8 结论 |
| 参考文献 |
| 作者简历及在学研究成果 |
| 学位论文数据集 |
（6）预留间隙对接TIG焊熔池—熔孔行为的数值模拟（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 选题意义 |
| 1.2 TIG焊接熔池行为数值模拟的研究现状 |
| 1.3 小孔型弧焊焊接过程的研究现状 |
| 1.3.1 穿孔等离子弧焊接数值模拟的研究现状 |
| 1.3.2 深熔锁孔TIG焊接过程的研究现状 |
| 1.4 本文的主要内容 |
| 第2章 预留间隙对接TIG焊数值模型的建立 |
| 2.1 简化与假设 |
| 2.2 几何模型的建立 |
| 2.3 控制方程组 |
| 2.3.1 质量守恒方程 |
| 2.3.2 动量守恒方程 |
| 2.3.3 能量守恒方程 |
| 2.3.4 VOF连续性方程 |
| 2.4 数值模拟算法 |
| 2.5 初始条件与边界条件 |
| 2.5.1 初始条件 |
| 2.5.2 边界条件 |
| 2.6 预留间隙对接TIG焊接热-力模型 |
| 2.6.1 电弧热源模型 |
| 2.6.2 熔池受力模型 |
| 2.6.3 连续表面力模型 |
| 2.7 本章小结 |
| 第3章 预留间隙对接TIG焊接过程的数值模拟结果与分析 |
| 3.1 实验条件 |
| 3.1.1 实验材料 |
| 3.1.2 实验设备及工艺参数 |
| 3.2 预留间隙对接TIG焊初始电弧热流分布 |
| 3.3 熔孔的形成过程及特点 |
| 3.3.1 熔孔的动态形成过程 |
| 3.3.2 熔孔形成后的熔池形态和熔孔形貌 |
| 3.4 焊接温度场与熔池流场分布特点 |
| 3.4.1 横截面温度场和熔池流场 |
| 3.4.2 纵截面温度场和熔池流场 |
| 3.4.3 上表面温度场和熔池流场 |
| 3.4.4 三维熔池温度场和流场 |
| 3.5 预留间隙对接TIG焊中熔孔的动态行为分析 |
| 3.5.1 熔池受力分析 |
| 3.5.2 熔孔的成长过程分析 |
| 3.5.3 熔孔临界失稳状态分析 |
| 3.6 实验验证 |
| 3.6.1 熔孔形成时间与几何形状验证 |
| 3.6.2 焊缝横截面验证 |
| 3.7 本章小结 |
| 第4章 焊接工艺参数对熔池-熔孔行为的影响 |
| 4.1 不同间隙尺寸对熔池-熔孔行为的影响 |
| 4.1.1 间隙尺寸对工件温度场和熔池流场的影响 |
| 4.1.2 间隙尺寸对工件熔透时间的影响 |
| 4.1.3 间隙尺寸对熔孔行为的影响 |
| 4.2 不同焊接电流对熔池-熔孔行为的影响 |
| 4.2.1 焊接电流对工件温度场与熔池流场的影响 |
| 4.2.2 焊接电流对工件熔透时间的影响 |
| 4.2.3 焊接电流对熔孔的影响 |
| 4.3 本章小结 |
| 第5章 结论与展望 |
| 5.1 结论 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 学位论文评阅及答辩情况表 |
（7）基于温度场计算的镁/钢及镁/钛焊接成形过程研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 课题研究的背景及意义 |
| 1.2 镁合金/钢及镁合金/钛合金焊接性分析 |
| 1.3 镁合金/钢及镁合金/钛合金焊接研究现状 |
| 1.3.1 镁合金/钢复合结构件焊接研究现状 |
| 1.3.2 镁合金/钛合金复合结构件焊接研究现状 |
| 1.4 激光-电弧复合焊接技术 |
| 1.4.1 激光-电弧复合焊接概述 |
| 1.4.2 激光-电弧复合焊接热源种类 |
| 1.4.3 激光诱导TIG电弧复合焊接技术及其应用 |
| 1.5 焊接热过程数值模拟 |
| 1.5.1 常用热源模型介绍 |
| 1.5.2 激光-电弧复合焊接热源研究现状 |
| 1.6 课题研究内容及技术路线 |
| 2 实验材料、设备及方法 |
| 2.1 实验材料 |
| 2.2 实验设备及焊接装配 |
| 2.2.1 激光诱导TIG电弧复合焊接设备系统 |
| 2.2.2 焊接装配方式 |
| 2.3 实验分析手段 |
| 2.3.1 焊缝表面成形及金相试样的制备 |
| 2.3.2 微观组织及元素分析 |
| 2.3.3 拉伸性能测试 |
| 2.3.4 焊接温度场模拟计算 |
| 2.3.5 焊接过程温度监测 |
| 3 镁合金/钢及镁合金/钛合金激光诱导TIG电弧焊接模型的建立 |
| 3.1 热分析理论 |
| 3.1.1 基本假设 |
| 3.1.2 控制方程 |
| 3.1.3 单元类型 |
| 3.1.4 边界条件 |
| 3.1.5 热源加载 |
| 3.2 镁合金/钢有限元模型的建立及验证 |
| 3.2.1 有限元模型的建立 |
| 3.2.2 材料热物理性参数的选取 |
| 3.2.3 热源模型的选取 |
| 3.2.4 实验验证 |
| 3.3 镁合金/钛合金有限元模型的建立及验证 |
| 3.3.1 有限元模型的建立 |
| 3.3.2 材料热物理参数的选取 |
| 3.3.3 热源模型的选取 |
| 3.3.4 实验验证 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 镁合金/钢激光诱导TIG电弧复合焊接研究 |
| 4.1 镁合金/钢接头成形、组织及性能 |
| 4.1.1 焊缝正背面成形及接头力学性能 |
| 4.1.2 接头微观组织 |
| 4.2 温度场模拟结果分析 |
| 4.2.1 温度场云图 |
| 4.2.2 热循环曲线 |
| 4.3 镁合金/钢激光诱导电弧焊接接头成形过程分析 |
| 4.3.1 焊接温度场分布特征 |
| 4.3.2 镁合金/钢界面元素分布 |
| 4.3.3 接头成形过程 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 镁合金/钛合金激光诱导TIG电弧复合焊接研究 |
| 5.1 电弧偏移量对成形及性能的影响 |
| 5.1.1 电弧偏移量对焊缝成形的影响 |
| 5.1.2 电弧偏移量对接头力学性能的影响 |
| 5.2 电弧偏移量对焊接温度场的影响 |
| 5.2.1 电弧偏移量对温度场分布的影响 |
| 5.2.2 电弧偏移量对峰值温度的影响 |
| 5.2.3 电弧偏移量对路径温度的影响 |
| 5.3 镁合金/钛合金激光诱导电弧复合焊接成形过程分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表学术论文情况 |
| 致谢 |
（8）气流再压缩等离子弧焊接电弧特性和熔池穿孔过程的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 主要符号表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 选题意义 |
| 1.2 等离子弧焊接工艺及其改型 |
| 1.2.1 等离子弧焊接工艺简介 |
| 1.2.2 改型等离子弧焊接工艺 |
| 1.3 等离子弧焊接数值模拟研究现状 |
| 1.3.1 等离子弧的数理模型 |
| 1.3.2 等离子弧焊接熔池的数理模型 |
| 1.3.3 等离子弧—焊接熔池一体化模型 |
| 1.4 本文的研究内容与研究思路 |
| 第二章 气流再压缩等离子弧焊接数值分析模型 |
| 2.1 气流再压缩等离子弧数理模型 |
| 2.1.1 电弧模拟几何模型 |
| 2.1.2 控制方程组 |
| 2.1.3 边界条件 |
| 2.1.4 数值算法 |
| 2.2 气流再压缩等离子弧焊接熔池穿孔过程数理模型 |
| 2.2.1 三维对称几何建模 |
| 2.2.2 随小孔动态变化的热源模型和电弧压力模型 |
| 2.2.3 控制方程组 |
| 2.2.4 边界条件 |
| 2.2.5 数值算法 |
| 2.3 本章小结 |
| 第三章 气流再压缩等离子弧电弧行为研究 |
| 3.1 焊接工艺参数对气流再压缩等离子弧电弧特性的影响 |
| 3.1.1 焊接电流对电弧的影响 |
| 3.1.2 离子气流量的影响 |
| 3.1.3 压缩气流量的影响 |
| 3.1.4 保护气流量的影响 |
| 3.2 实验验证 |
| 3.2.1 电弧检测系统搭建 |
| 3.2.2 实验数据与模拟结果的对比 |
| 3.3 气流再压缩等离子弧压缩机理研究 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 气流再压缩等离子弧焊接熔池穿孔过程研究 |
| 4.1 模拟熔池穿孔过程的数据准备 |
| 4.2 熔池温度场和流场的分布特点及小孔的形成过程 |
| 4.3 穿孔后熔池形态和小孔形貌 |
| 4.4 实验验证 |
| 4.4.1 焊接实验 |
| 4.4.2 实验数据与模拟结果对比 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 结论与展望 |
| 5.1 结论 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士学位期间已发表和撰写的论文 |
（9）K-TIG焊电弧与熔池热-力耦合行为的数值模拟研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题背景及意义 |
| 1.2 K-TIG焊基本原理及发展 |
| 1.3 电弧穿孔焊的数值模拟 |
| 1.3.1 热源模型的发展 |
| 1.3.2 力源模型的研究 |
| 1.3.3 等离子弧模型 |
| 1.4 本文主要研究内容 |
| 第2章 K-TIG定点焊的数值模拟 |
| 2.1 K-TIG焊接系统 |
| 2.1.1 焊接设备与控制系统 |
| 2.1.2 K-TIG焊接实验 |
| 2.2 K-TIG定焊数值模型 |
| 2.2.1 模型假设 |
| 2.2.2 电磁力和浮升力 |
| 2.2.3 热源模型 |
| 2.2.4 固液相变模型 |
| 2.2.5 边界条件 |
| 2.3 数值求解及网格无关性验证 |
| 2.4 结果与讨论 |
| 2.4.1 焊接过程中热源与温度场的动态变化过程 |
| 2.4.2 流体流动过程 |
| 2.4.3 实验验证 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 K-TIG移动焊的数值模拟 |
| 3.1 运动电弧形态 |
| 3.2 移动焊热源模型 |
| 3.3 边界条件 |
| 3.4 数值求解 |
| 3.5 结果与讨论 |
| 3.5.1 热源模型与温度场动态变化过程 |
| 3.5.2 移动焊过程中流场动态变化过程 |
| 3.5.3 实验验证 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 K-TIG定点焊穿孔过程中电弧形态 |
| 4.1 数学模型 |
| 4.1.1 模型建立 |
| 4.1.2 控制方程组 |
| 4.1.3 定解边界条件 |
| 4.1.4 材料热物理属性 |
| 4.2 数值求解 |
| 4.3 结果与分析 |
| 4.3.1 电弧热量传输过程 |
| 4.3.2 等离子体动量传输过程 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 结论 |
| 参考文献 |
| 附录 |
| 发表论文和参加科研情况说明 |
| 致谢 |
（10）双面同轴TIG焊工艺与双弧影响机制研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 课题背景及意义 |
| 1.2 单电源型双面弧焊工艺的研究现状 |
| 1.2.1 PAW-TIG |
| 1.2.2 TIG-TIG |
| 1.3 双电源型双面弧焊工艺的研究现状 |
| 1.3.1 TIG-MIG |
| 1.3.2 TIG-TIG |
| 1.3.3 MAG-MAG |
| 1.3.4 激光-TIG |
| 1.4 双面弧焊技术的应用现状 |
| 1.5 复合弧焊方法的研究现状 |
| 1.6 当前研究存在的问题 |
| 1.7 课题研究内容和总体方案 |
| 1.7.1 研究内容 |
| 1.7.2 总体研究方案 |
| 2 双面同轴TIG焊系统构建与工艺特性分析 |
| 2.1 试验材料、系统与流程 |
| 2.1.1 试验材料 |
| 2.1.2 双面同轴TIG焊系统 |
| 2.1.3 双面同轴TIG焊控制模块 |
| 2.1.4 电弧与熔池视觉传感模块 |
| 2.1.5 试验流程 |
| 2.1.6 微观组织表征 |
| 2.1.7 力学性能检测 |
| 2.2 铝合金双面同轴TIG焊工艺特性 |
| 2.2.1 焊接接头形貌特征 |
| 2.2.2 接头几何特征参数定义 |
| 2.2.3 工艺参数对焊缝成形的影响规律 |
| 2.2.4 热量分配对接头形貌的影响规律 |
| 2.2.5 优化工艺参数 |
| 2.3 高氮钢双面同轴TIG焊工艺特性 |
| 2.3.1 纯氩保护高氮钢焊接工艺试验 |
| 2.3.2 氮氩二元保护高氮钢焊接工艺试验 |
| 2.3.3 氮气对电弧电压的影响规律 |
| 2.3.4 保护气中氮气比例对焊缝成形的影响 |
| 2.4 双面同轴TIG焊变形与缺陷分析 |
| 2.4.1 焊接变形分析 |
| 2.4.2 气孔问题分析 |
| 2.4.3 驼峰问题分析 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 双面同轴TIG焊熔透模式和电弧、熔池行为研究 |
| 3.1 双面同轴TIG焊焊缝成形特征 |
| 3.1.1 铝合金成形特征 |
| 3.1.2 高氮钢成形特征 |
| 3.2 双面同轴TIG焊熔透模式 |
| 3.2.1 双面同轴TIG熔入焊“公共熔池”形成机理 |
| 3.2.2 双面同轴TIG焊熔池穿孔机制 |
| 3.2.3 “小孔”不稳定的力学原因 |
| 3.2.4 双面同轴TIG焊熔透模式的转化与控制 |
| 3.3 双面同轴TIG焊电弧形态基本特征 |
| 3.3.1 铝合金电弧形态特征 |
| 3.3.2 高氮钢电弧形态特征 |
| 3.4 影响电弧形态和熔池行为的主要因素 |
| 3.4.1 液态金属物性参数对熔池行为的影响规律 |
| 3.4.2 电流形式对电弧和熔池行为的影响规律 |
| 3.4.3 保护气成分对电弧形态的影响规律 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 双面同轴TIG焊熔池力学行为分析 |
| 4.1 双面同轴TIG焊熔池力学模型分析 |
| 4.1.1 双面同轴TIG立焊熔池受力分析 |
| 4.1.2 双面同轴TIG平-仰焊熔池受力分析 |
| 4.1.3 双面同轴TIG横焊熔池受力分析 |
| 4.1.4 不同焊接位置的成形质量分析 |
| 4.2 双面同轴TIG焊电弧力变化规律 |
| 4.2.1 双面同轴TIG焊电弧力定量分析 |
| 4.2.2 铝合金双面同轴焊电弧力变化规律 |
| 4.2.3 高氮钢双面同轴焊电弧力变化规律 |
| 4.2.4 两种材料焊接电弧力对比 |
| 4.3 双面同轴TIG焊熔池内部金属流动行为分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 双面同轴TIG焊热量传输特性研究 |
| 5.1 双面同轴TIG焊温度场数值模拟 |
| 5.1.1 有限元模型的建立 |
| 5.1.2 铝合金温度场模拟 |
| 5.1.3 高氮钢温度场模拟 |
| 5.2 能量利用率分析 |
| 5.2.1 熔化效率的定义 |
| 5.2.2 双面同轴TIG立焊熔化效率 |
| 5.2.3 双面同轴TIG平-仰焊熔化效率 |
| 5.3 双面同轴TIG焊传热机理 |
| 5.3.1 热量集聚效应 |
| 5.3.2 热量增益效应 |
| 5.3.3 温度场叠加原理 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 双面同轴TIG焊接头微观组织与力学性能分析 |
| 6.1 铝合金双面同轴TIG立焊接头微观组织与力学性能 |
| 6.1.1 铝-镁合金相图 |
| 6.1.2 微观组织 |
| 6.1.3 接头成分分析 |
| 6.1.4 接头力学性能 |
| 6.2 铝合金双面同轴TIG平-仰焊接头力学性能 |
| 6.2.1 拉伸性能 |
| 6.2.2 显微硬度分布规律 |
| 6.3 高氮钢双面同轴TIG立焊接头微观组织与力学性能 |
| 6.3.1 纯氩保护下高氮钢接头含氮量与拉伸性能 |
| 6.3.2 焊缝含氮量变化规律 |
| 6.3.3 微观组织与物相分析 |
| 6.3.4 氮气比例对接头硬度的影响 |
| 6.4 本章小结 |
| 7 结论与创新点 |
| 7.1 结论 |
| 7.2 创新点 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录 |
四、PAW+TIG电弧双面焊接小孔形成过程的数值模拟（论文参考文献）
- [1]磁控电弧等离子体数值模拟及磁压缩机制[D]. 吴弘. 沈阳工业大学, 2021(02)
- [2]3mm厚高强钢K-TIG焊接工艺及电弧特性研究[D]. 段士华. 哈尔滨工业大学, 2021
- [3]Y型坡口TIG打底焊熔池-熔孔行为的数值模拟[D]. 郝浩辰. 山东大学, 2021(09)
- [4]大熔深穿孔等离子弧焊接闭环控制系统及不锈钢焊接工艺研究[D]. 张金衡. 山东大学, 2021(12)
- [5]钛-钢异种金属MIG/TIG双面双弧焊接受焊行为及机制研究[D]. 程志. 北京科技大学, 2021(02)
- [6]预留间隙对接TIG焊熔池—熔孔行为的数值模拟[D]. 鲁敏. 山东大学, 2020(11)
- [7]基于温度场计算的镁/钢及镁/钛焊接成形过程研究[D]. 于培妮. 大连理工大学, 2020(02)
- [8]气流再压缩等离子弧焊接电弧特性和熔池穿孔过程的研究[D]. 陈璐. 江苏大学, 2020(02)
- [9]K-TIG焊电弧与熔池热-力耦合行为的数值模拟研究[D]. 陈时雨. 天津大学, 2019(01)
- [10]双面同轴TIG焊工艺与双弧影响机制研究[D]. 强伟. 南京理工大学, 2018(07)