文档介绍：{u_|_件激光+GMAW复合热源焊流体流动数值分析模型胥国祥 1张卫卫 1马学周 1杜宝帅 2 1 江苏科技大学江苏省先进焊接技术重点实验室镇江,212003 2 山东电力研究院济南,260062 摘要:基于激光+GMAW复合热源焊物理特征,建立适用、高效的复合焊流体流动数值分析模型。将电弧热输入视为双椭球热源模型,采用基于小孔形状的锥体热源模型描述激光热流分布;将金属填充视为,并通过将。模型简化了小孔的计算过程,仅考了熔池中存在弯曲小孔对流体的影响。基于FLUENT软件,对激光+GMAW复合热源焊熔池流体流动及小孔形态进行了模拟计算和分析。研究结果表明:模型能够合理的反映弯曲小孔的主要特征及复合焊流体流动模式,且提高了计算效率。激光+GMAW复合热源焊小孔不断重复形成和闭合过程,小孔前壁金属始终流向小孔底部,而小孔厚壁金属则受填充金属及小孔形态影响较大,流动模式较为复杂。关键字:复合焊,流体流动,数值模拟 0 前言作为一种新型高效焊接技术,激光+GMAW复合热源焊(图1)综合了激光焊和GMAW 焊双重优点,具有巨大的应用前景。但复合焊工艺参数较大,优化困难。若参数搭配不当仍会出现焊接缺陷,因此,需要深入分析复合焊内部物理机制,揭示缺陷产生原因,为复合焊缺陷的抑制和消除提供技术支持。熔池内流体流动模式对于驼峰、咬边和气孔的产生具有重要影响的,因此,研究激光+GMAW复合热源焊流体流动对于消除其焊接缺陷具有重要意义。目前针对复合焊机理研究仍然较少,而由于实验条件限制及物理机制的复杂性,针对复合焊流体的研究更为甚少,且主要借助于数值模拟技术。Na等通过建立三维数值模型分析了激光+GMAW复合热源焊熔池流体流动模式,但该模型没有考虑激光与电弧相互作用,且计算成本非常高(328小时) [1]。Tsai和汪任凭分别针对特定条件建立二维复合焊流体分析模型, 同样由于模型复杂,需要大量计算时间,且不适于研究主要复合焊工艺参数(焊接速度、光丝间距、电流、电压等)对三维熔池流体流动模式影响的研究[2,3]。而其它关于复合焊流体流动的数值模拟研究也是主要着眼于某一细节[4,5]。基于目前研究现状及存在问题,本文旨在建立适用、高效的激光+GMAW复合热源流动流动数值分析模型,分析复合焊流体流动特征, 为研究主要工艺参数对复合焊流体流动模式的影响提供基础。图1 激光+GMAW复合热源焊示意图 1数学模型 (1) 电弧热输入—双椭球体热源模型电弧热流采用双椭球体热源表征,其热流分布函数如下: ???? 0 3 3 3 exp 3 6 , , 2 2 2 2 2 2 ????????????? x c z b y a x c b a Q f z y x q h h f h h f f f , ??(1) ???? 0 3 3 3 exp 3 6 , , 2 2 2 2 2 2 ????????????? x c z b y a x c b a Q f z y x q h h r h h r r r , ??(2) 2 ?? r f f f (3) 式中,a f,a r,b h,c h为热源分布参数;f f和f r为热源前后两部分热量的分布系数;Q为有效热输入。(2) 激光热输入—基于小孔尺寸的锥体热源模型为了将研究重点放在准稳态条件下复合焊熔池内流体流动及小孔形