Keywords: swing arc narrow gap, vertical welding, frequency, analysis of the behavior in weld pool

目录

第一章  绪论 1

1.1 选题意义 1

1.2 摇动电弧窄间隙GMAW工艺发展现状 1

1.2.1 窄间隙GMAW的定义 1

1.2.2 摇动电弧窄间隙GMAW的方法 2

1.2.3 摇动电弧窄间隙GMAW的优势和不足 5

1.3 摇动电弧窄间隙GMAW数值模拟研究现状 6

1.3.1 数值计算在焊接中的应用 6

1.3.2 国内外摇动电弧窄间隙GMAW数值模拟的研究现状 6

1.4 本文主要研究内容 7

第二章 实验设备和方法 9

2.1 实验设备 9

2.2 实验材料 10

2.3 实验方案 10

2.4 本章小结 11

第三章 摇动电弧窄间隙焊数值计算模型建立 12

3.1 控制方程 12

3.1.1 能量守恒方程 12

3.1.2质量守恒方程 12

3.1.3动量守恒方程 12

3.2 电弧热源模型的建立 14

3.3 熔滴过渡模型 16

3.4 边界条件 16

3.4.1 能量边界条件 16

3.4.2 动量边界条件 16

3.5 网格划分和几何尺寸的建立 17

3.6 结果与讨论 18

3.6.1 熔池形态分析 19

3.7 本章小结 32

结论 33

致谢 34

参考文献 35

第一章  绪论

1.1 选题意义

随着制造产业技术的发展，厚钢板在船舶，航空等大型制造业的应用比重越来越大，大家也越来越关心大型厚壁器件的制造[1-2]。在进行厚板焊接时，如果使用普通的焊接方法，那么由于坡口面积的快速增大会有许多不足：焊接工作量成倍增长，短时间内生产的工件数少，焊材破费得多，焊接成本高；同时一般焊接技术的焊接接头存在比较大的残余应力和残余变形，无法保证焊接质量的稳定[3]。在焊接大厚板时，相较于传统焊接技术，窄间隙焊接技术具有明显优势。

在工业技术获得发展的同时，计算机技术和数值分析技术也开始发展起来，因此焊接过程逐渐开始运用数值模拟，并且随着对这方面的研究深入，也慢慢取得了很大的进步，现如今已经从定性走向了定量，从而数值模拟技术也成为了研究焊接机理和优化工艺的强有力的武器。数值计算的主要优势在于，可以在研究焊接过程的时候，预选和优化焊接工艺参数，并且对结果进行方向性预测。除了这些作用以外，还可以获取在实验过程无法取得的信息，存在更多可能性让人们了解焊接的物理过程。

1.2 摇动电弧窄间隙GMAW工艺发展现状

1.2.1 窄间隙GMAW的定义

窄间隙GMAW是在使用传统焊接方法的基础上发展而来的一种新型焊接技术[4]。窄间隙焊千变万化并且作者们的叙述方法也各不相同，但是通过分析大量的参考文献，我们仍然可以发现它们之间的共同的特征，主要有以下几点[5]：

(1) 实际上窄间隙焊不是一种方法，而是一种特殊技术。在许多常规的电弧焊方法中都有所使用窄间隙焊，特别是熔化极气体保护焊中。就此来看，称其为方法也确切，但如此称呼在逻辑学上并未有考证。

(2) 窄间隙焊和电渣焊、气电焊或高电流密度的埋弧焊是不同的，它是一种多道焊接技术。

(3) 窄间隙焊可采用矩形坡口接头、也可以采用V形但是需要选择坡口角度。与埋弧焊，熔化极气体保护焊等比较而言，窄间隙焊是通过能够使焊炬进入接头的前提来选择坡口角度(有时也很小)。

(4) 窄间隙焊不同于开V形或双V形坡口的常规焊接方法的填充法，它在坡口填充时，焊道数是固定，采用堆焊的方式。

(5) 与埋弧焊或电渣焊相反，窄间隙焊要求的线能量较低。

(6) 和电渣焊以及埋弧焊相比较而言，摇动电弧窄间隙焊可以进行全位置焊接。

1.2.2 摇动电弧窄间隙GMAW的方法