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《兰州理工大学》 2005年
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活性焊接法及熔深增加机理的数值模拟研究

张瑞华  
【摘要】:对活性焊接法及其理论进行了系统的研究。以低碳钢、不锈钢为对象,研究了多种单组元活性剂对焊缝成形、熔深及熔宽变化的影响。利用正交实验法分别研制出低碳钢A-TIG焊的活性剂材料(FC11)和不锈钢A-TIG焊的活性剂材料(FS12),可以使焊接熔深达到传统TIG焊的2倍以上;对于10mm以下的钢板对接无需开坡口,可实现单面焊双面成形。使用活性剂后,焊接接头的综合性能符合低碳钢、不锈钢焊接性有关标准的要求:试验研究了焊接电流、弧长、焊接速度、涂层厚度和气体种类对焊接熔深的影响规律。 研究了活性剂涂敷量对焊缝成形的影响,弄清了A-TIG焊时氧元素的作用范围。根据具体的焊接条件,当焊缝中氧含量达到某一临界值时(如160ppm),焊缝熔深明显增加。继续增加氧含量则熔深保持不变。 在分析活性剂增加焊接熔深机理的基础上,提出了活性电子束焊接法、活性激光焊接法。使用活性剂可以使散焦电子束焊接熔深达到传统焊接的2倍以上。使用活性剂后,聚焦电流和束流对电子束焊熔深增加有影响。活性剂和表面活性元素硫对YAG激光焊的焊缝形状都有影响,在不同的焊接规范下都可显著增加熔深及焊缝深宽比。 建立了移动热源作用下TIG焊接的三维数学模型,采用PHOENICS软件对熔深增加机理进行了数值模拟。结果表明,无活性剂时,没有氧元素的作用,熔池表面负的表面张力温度系数aγ/aT占主导地位,驱使表面液态金属从熔池中心流向边缘,熔池形状宽而浅。有活性剂时,活性剂中的氧元素质量分数影响熔池中的流体流动方式,当氧元素的质量分数达到某一临界值时,熔池表面正的表面张力温度系数aγ/aT占主导地位,驱使表面液态金属从熔池边缘流向中心,形成的熔池形状深而窄。表面张力温度系数由负变正是不锈钢A-TIG焊熔深增加的根本原因。电弧收缩影响熔宽,对熔深增加影响较小。弧压升高,熔池表面温度增加,但是熔深增加不明显。熔池形状的数值模拟结果与试验结果吻合良好。 改进了测量A-TIG焊熔池流体流态的方法。通过高熔点双薄钨板挡住熔池流动的方法进行试验,对比焊缝中钨板周围钨颗粒的分布,验证活性剂对熔池流体流动方向的影响。结果表明,无活性剂时熔池流体流动的方向从熔池中心流向熔池边缘,有活
【学位授予单位】:兰州理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2005
【分类号】:TG44

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