鋁-鋼異種金屬CMT焊熔池溫度場及流場的研究.pdf

1、鋁鋼復合結構具有高強、質輕、耐腐蝕等綜合優(yōu)勢，用在航空航天、造船及汽車行業(yè)可以節(jié)能減排、降低環(huán)境污染，但是兩者之間物理性能差異較大，且極易反應生成脆性的金屬間化合物，因此研究鋁鋼異種金屬的焊接具有重要的實際價值。CMT焊是一種新型的低熱輸入焊接方法，可以實現鋁鋼異種金屬的熔釬焊，采用數值模擬的方法研究鋁鋼異種金屬CMT焊熔池溫度場和流場，能對熔滴過渡態(tài)過程、焊接過程的流體流動及傳熱傳質進行定量分析，獲得實驗方法不易測得的結果。
　

2、　本文以4mm厚的5083鋁合金和EH36鍍鋅鋼板CMT焊為研究對象，以ER4043鋁硅焊絲為填充金屬，結合CMT焊接的工藝特點，用GAMBIT軟件建立合適的數學模型，用UDF編輯相關的程序，導入到FLUENT軟件中，計算了鋁/鋼異種金屬CMT焊接熔池的溫度場和流場。主要結論如下：
　　(1)根據所建立的模型，計算了鋁/鋼異種金屬在焊接電流75A，焊接速度400mm/min時CMT焊接過程中熔池溫度場和流場的演變過程。研究結果表明

3、，隨著焊接過程的進行，溫度升高，熔池長大，流速增大，溫度場和流場分布范圍也逐漸擴大，且熱源前方等溫線分布比較密集，溫度梯度較大，后方等溫線分布相對稀疏，溫度梯度較小。其中鋁側和鋼側等溫線分布情況不一致，鋁側等溫線分布較密集，鋼側等溫線分布較稀疏，流體從熱源中心向熔池周圍擴散。整個焊接過程中熔池的最高溫度達到1229K，熔池流體的最大流速為0.057m/s。
　　(2)改變焊接工藝參數，研究其對鋁/鋼異種金屬 CMT焊接熔池溫度場和

4、流場的影響。研究表明，不同的焊接參數下鋁/鋼異種金屬CMT焊接熔池溫度場和流場的分布形狀大致相同。但是熔池溫度場和流場分布范圍隨著焊接電流的增大而增大，熔池最高溫度和最大流速也隨著焊接電流的增大而增大，電流為60A、75A和90A下熔池最高溫度分別為1164K、1229K和1316K，熔池最大流速分別為0.049m/s、0.057m/s和0.065m/s；而熔池溫度場和流場分布范圍隨著焊接速度的增大而減小，最高溫度和最大流速也隨著焊接速

5、度的增大而減小，焊接速度為300mm/min、400mm/min和500mm/min時熔池最高溫度分別為1312K、1229K和190K，熔池最大流速分別為0.07m/s、0.057m/s和0.043m/s。
　　(3)對一個脈沖周期內CMT焊熔池溫度場和流場進行分析，并將基值電流和峰值電流作用下的溫度場和流場進行對比。從得出的截面圖可以發(fā)現基值電流和峰值電流作用下的溫度場和流場分布情況大致相同，溫度大小也相差甚微，基值電流作用下