| 铝合金激光-MIG复合焊接熔池动态行为研究 |
| 英文题名 | Research on molten pool’s dynamic behavior in hybrid Laser-MIG Welding of Aluminum alloy
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| 陈旭阳
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| 导师 | 虞钢
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| 2017
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| 学位授予单位 | 中国科学院大学
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| 学位授予地点 | 北京
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| 学位类别 | 博士
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| 学位专业 | 一般力学与力学基础
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| 摘要 | 铝合金的激光-MIG复合焊接是一个动态的复杂过程，涉及到激光与电弧的耦合作用，激光致keyhole效应，电磁感应，熔池的传热和流动以及熔池变形等多种物理现象，具有多场、多尺度、多界面和多参数的特点，复合焊接过程中熔池的动态行为直接关系到焊接质量的好坏和焊接过程的稳定。探索复合焊中熔滴过渡行为、熔池的传热、传质、凝固行为及其演化机理，揭示激光电弧复合焊接技术的本质物理现象，有助于突破铝合金激光-MIG复合焊接的技术瓶颈，实现焊接过程的精确可控和工艺优化。本文围绕这一科学问题展开以下研究：1.分析了激光-MIG复合焊接中的熔滴过渡行为及其对熔池的冲击作用；在激光-MIG复合焊接过程中，激光致等离子体和电弧等离子体的相互作用会改变熔滴的受力情况，影响熔滴过渡模式及过程稳定性。本文建立了激光影响下熔滴过渡的数学模型，分析了激光-MIG复合焊接过程熔滴的受力及过渡特征，并探索了激光对熔滴过渡行为的影响规律。另外，还提出了计算熔滴对熔池冲击作用的新方法，并据此分析了熔滴冲击对熔池温度、速度及表面变形等行为的影响。2.研究了激光-MIG复合焊接中熔池的传热和流动过程；本文建立了三维激光-MIG复合焊接的数值模型，采用组合式激光体热源模型来模拟激光致keyhole的多重反射和菲涅耳吸收机制，并通过分别设置激光热源和电弧热源的作用范围来考虑激光与电弧的协同作用，考虑了表面张力、电磁力、浮力等驱动力对熔池流动的影响，并采用相应的无量纲数来比较各驱动力的相对大小，分别计算了不同工艺条件下熔池的传热、流动、熔池尺寸及其演化规律，为了突出激光-MIG复合焊接的优势，本文将复合焊与电弧焊的模拟结果进行了对比论证。3.研究了激光-MIG复合焊接中熔池的质量输运机制，提出焊丝元素和母材元素的传质计算方法；激光-MIG复合焊接中，母材熔化形成熔池，并且焊丝不断熔化过渡到熔池，焊丝元素和母材元素在熔池中重分布，极大地影响了焊缝的成形质量。本文建立了三维激光-MIG复合焊接的传质模型，分别计算了焊丝中的Mg元素和母材中的Zn元素在熔池中的重分布情况以及各自的演化特点。通过对不同工艺条件下熔池传质机制的对比分析，探索出熔池传质行为的演化规律。4.分析了激光-MIG复合焊接中熔池的凝固行为并对组织进行预测；温度梯度G及凝固生长速率R是影响高温合金凝固组织的两个关键参数。G×R影响微观组织的尺寸，随着G×R的增大，微观组织尺寸越细小。另外， G/R影响微观组织的形态，随着G/R的减小，微观组织形态从等轴晶向胞状晶、柱状晶和等轴晶转变。本文分别计算了不同工艺条件下熔池的凝固参数，并对计算结果进行对比分析，预测其微观组织演变特点，结合相关的实验结果，验证了计算模型的有效性和正确性。充分认识和理解激光-MIG复合焊接过程中的熔池动态行为，为进一步改善焊缝的力学性能提供依据。 |
| 索取号 | Phd2017-038
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| 语种 | 中文
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| 文献类型 | 学位论文
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| 条目标识符 | http://dspace.imech.ac.cn/handle/311007/78624
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| 专题 | 先进制造工艺力学实验室
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推荐引用方式
GB/T 7714 |
陈旭阳. 铝合金激光-MIG复合焊接熔池动态行为研究[D]. 北京. 中国科学院大学,2017.
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