双丝埋弧焊过程中的熔池状态外文翻译资料

英语原文共 15 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

双丝埋弧焊过程中的熔池状态

摘要

在双丝埋弧焊焊接过程中，较为完善的热传导的三维数学模型与流体流动模型来描述温度分布、速度场与熔池的形状和尺寸有关。该模型解决了质量守恒方程、动量方程和流体体积法的能量守恒方程。流体体积法可以用于描述自由表面的形状。此外，提出了一种新模型，用来描述电弧的相互作用及其对熔滴过渡状态趋势的影响。使用计算流体动力学模拟，即使在输入相同的热量的情况下，熔滴运动和主电极的电弧力严重影响熔池的流动形状和焊缝的形态。计算焊缝的宽度和熔深与实验结果基本吻合。

一、引言

由于前者的沉积能力高，双丝埋弧焊（SAW-T）的焊接过程被视为单丝埋弧焊焊接过程的替代。详细了解温度和流体流动是任何焊接成功应用的先决条件，因为它们直接影响熔池尺寸、冷却速度、产生的微观结构和焊缝的力学性能。焊接电弧的存在和小熔池急剧变化的温度梯度使得温度场和速度场的测量是一件非常困难的事情。由于大量颗粒通量的存在、多种电弧及其相互作用和双丝电极产生熔融金属的沉积，这些因素使SAW-T焊接过程更为复杂。因此，数值模拟是一种用来更好的描述熔池温度场和速度场的更高效、经济、可行的办法。

到目前为止，沉积焊接过程的数值模拟已经做了大量的工作。例如，气体金属弧焊（GMAW）和埋弧焊（SAW），但是对SAW-T过程的相似研究很少。Pardo和weckman（1989）和库马尔（1994）在考虑焊接电弧表面热源的高斯分布的热传导和过热熔化电极的热传导的情况下，通过表面热源和圆柱形体积热对GMAW焊接过程进行模拟。Mahapatra等人（2006）使用生死单元模拟电极的熔敷金属。基兰等人（2010，2011）在考虑用双椭球热源模型来描述电弧前后丝的热传递的情况下，对SAW-T的焊接过程进行模拟。所有这些模型是基本传导模型，因此，他们没有考虑到熔池内的对流现象。

考虑焊接沉积过程中熔池对流的重要性，许多的研究人员试图分析在熔池中的热传导和流体流动。Tsao和吴（1 988）建立平焊熔池表面的二维静态熔池对流模型。许多研究者在考虑熔池表面变形的情况下，采用合适的坐标系和有限差分方法计算温度和流体流动。基姆和Na（1995）在考虑填充金属的情况下，通过表面总自由能的极小值计算自由表面轮廓 。此外，Kim 等人（2003）发现熔化电极熔滴极其对熔池自由表面的热传导对热量和流体流动分布产生很大的影响。通过内生热建立熔池的熔滴产生热量的模型。Ushio和吴（1997）认为使用施加恒力对熔滴的影响。Jaidi和Dutta（2001）用圆柱体积热源来描述液滴的影响。然而，所有这些模型基于传导现象不能解释熔池的动态变化。

在计算流体动力学，流体体积（VOF）方法计算出准确的形状和自由流体表面的运动。王和Tsai（2001）在GMAW的点焊接过程中，由于熔滴的动态碰撞建立了采用VOF 方法的一个数学模型。采用VOF法，曹等人（2004）计算在直线运动的GMAW过程中三维瞬态熔池流动。其表明影响熔深的主要因素是所有的力、金属熔滴的冲击。秋等人（2013a）成功地预测在V型槽位置熔化极气体保护焊中采用VOF技术三维动态熔池流动形态。例如，驼峰型和溢出型。从对电弧使用阿贝尔反演方法得出的CCD图像测量的表面热源的尺寸。CHO和NA（2009）和CHO等人（2010）描述在复杂焊接过程，如采用VOF技术的GMA激光复合焊接的流体流动的动态。秋等人（2013b）测量直流电弧等离子体分布（DC）和交替电流（AC）单丝埋弧焊，然后将结果应用到CFD模拟。所以几个电弧模式，例如，电弧热源，电弧压力和电磁力（EMF）模型可以得到验证。

表1模拟中使用的性质和常数

总之，虽然数值模型可以描述单丝GMAW和埋弧焊过程中的传热与流体流动，没有尝试去做。直到现在，同样的问题在SAW-T过程得到解决。利用CFD商业软件FLOW-3D，本文提出了一种在SAW-T过程中，三维瞬态传热与流体流动模型。这项工作的创新之处是：两焊接电弧的热传导用两个独立的高斯分布热源表示。接下来熔滴的动态碰撞与考虑到的熔池的两个电极相一致。此外，研究了两弧间的相互作用及其对金属熔滴方向的影响。最后计算焊缝池尺寸进行验证与相应的实验结果。

图1实验装置示意图

二、理论公式

2.1 材料形状和网格尺寸

本研究通过四个实验对SAW-T过程描述熔池动态。图1显示了三维x - Z坐标系。V形槽的材料和电极的位置示意图。秋等人（2013b）用于液滴直径至少划分为四份。因此，本文采用网格密度为0.3毫米/网格来准确描述熔池的流动和液滴运动。焊接开始在在x =1.5厘米处。

图2在模拟过程中所有情况下的电压值

2.2 控制方程

在商业软件FLOW-3D包含常–斯托克斯方程、能量守恒方程和VOF方程；因此，在FLOW-3D中这些方程可以得到解决。材料参数见表1。

动量方程：

连续方程：

能量方程：

图3模拟中的当前值

图4在SAW-T过程中由于的电弧相互作用的影响的熔滴方向

表2焊接条件

您可能感兴趣的文章

• 陶瓷增殖剂的研究与开发：进展与重点外文翻译资料
• 增殖剂功能材料现状与发展外文翻译资料
• DEMO和反应堆应用的材料一边界条件和新概念外文翻译资料
• 国际热核实验堆的材料挑战–现状和未来活动外文翻译资料
• 第四章 影响纳米压痕实验数据的因素外文翻译资料
• 导电碳化硅基陶瓷的力学和摩擦学性能外文翻译资料
• 第二章 纳米压痕测试外文翻译资料
• Zn-3Al钎料超声辅助钎焊Cu/Al异种金属外文翻译资料
• 与硬质薄膜涂层一起使用的工具的基材选择外文翻译资料
• 加奥氏体不锈钢钢筋符合搞铬白口铸铁的弯曲强度和韧性外文翻译资料