脉冲双丝GMAW熔池自由表面受迫振动的数值分析

摘要

为了研究脉冲双丝熔化极气体保护焊(Twin-wire GMAW)焊接熔池自由表面的受迫振动现象，本文建立了描述熔池自由表面波动的二维瞬态数值模型，对脉冲双丝GMAW熔池自由表面的动态行为进行了详细分析。
　　在分析熔池液面受周期性过渡熔滴的冲击作用的基础上，根据二维波动理论建立了描述熔池液面的受迫振动以及由此产生的二维波动行为的瞬态数学模型，推导出了该模型的控制微分方程，并给出了相应的初始条件和边界条件。对控制方程组进行了离散化，用FORTRAN语言编制了相应的计算软件。
　　利用所建立的熔池自由表面的二维波动数值模型，对焊接熔池自由表面的动态波动行为进行了数值分析。模拟了熔滴过渡引起的熔池自由表面的波动，获得了不同时刻下熔池自由表面的瞬时形貌。首先研究了脉冲双丝GMAW前丝熔滴引起的熔池自由表面的波动现象，计算了在一个熔滴过渡周期内单丝熔滴在熔池自由表面上引起的熔池波动的持续周期，该模拟结果与实测值相一致。然后，分析了脉冲双丝GMAW的熔池自由表面波动行为，得到了熔池自由表面的位移和振动速度分布规律，计算了波动的传播速度和传播周期，分析了在焊接过程中两个表面波动所引起的干涉等现象。最后，计算了不同熔滴直径和熔滴过渡频率条件下脉冲双丝GMAW熔池自由表面的动态行为，得到了在不同熔滴过渡条件下熔池自由表面的瞬时波动规律，分析了熔池自由表面位移和速度的变化趋势。
　　本文的工作能够为脉冲双丝GMAW的工业化生产和焊接工艺参数的优化提供基础数据和理论指导。

目录

文摘

英文文摘

主要符号说明

1 绪论

1.1 选题意义

1.2 国内外研究概况

1.2.1 脉冲双丝GMAW研究现状

1.2.2 熔池自由表面的变形及其数学描述

1.2.3 GMAW熔池自由表面受迫振动和波动研究现状

1.2.4 波动及水波理论

1.2.5 数值模拟软件的发展概况

1.2.6 存在的问题

1.3 本文的主要研究内容

2 脉冲双丝GMAW熔池自由表面受迫振动的数学模型

2.1 双丝GMAW熔池自由表面波动的数学描述

2.1.1 熔池自由表面波动方程的建立

2.1.2 控制方程组的定解条件

2.2 数值模拟的方法

2.2.1 采用的算法

2.2.2 离散化方程的建立

2.2.3 代数方程组的求解方法及时间步长的选取

2.3 本章小结

3 数值模拟结果与实验验证

3.1 计算过程和程序编制

3.1.1 熔池自由表面二维瞬态数值计算程序

3.1.2 波动程序的收敛条件

3.1.3 程序的适用性

3.2 参数的确定

3.2.1 试件材料、尺寸和物性参数

3.2.2 相关焊接参数的计算

3.3 熔池自由表面波动特性模拟结果分析

3.3.1 前丝熔滴引起的熔池自由表面波动模拟结果

3.3.2 双丝GMAW熔池自由表面波动模拟结果

3.4 实验验证

3.5 本章小结

4 焊接工艺参数对数值模拟结果的影响

4.1 波动特性的影响因素

4.1.1 熔滴直径对波动特性的影响

4.1.2 熔滴过度频率对波动特性的影响

4.2 本章小结

5 结论

结束语

参考文献

致谢

攻读硕士期间已发表(录用)论文