資源描述：
《不同重力水平下電子束焊接熔池行為與熔滴過(guò)渡研究》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫(kù)。
1、博士學(xué)位論文不同重力水平下電子束焊接熔池行為與熔滴過(guò)渡研究RESEARCHONMOLTENPOOLBEHAVIORANDMETALTRANSFERDURINGELECTRONBEAMWELDINGUNDERDIFFERENTGRAVITYLEVEL王厚勤哈爾濱工業(yè)大學(xué)2017年12月國(guó)內(nèi)圖書(shū)分類號(hào)：TG456.3學(xué)校代碼：10213國(guó)際圖書(shū)分類號(hào)：621.791密級(jí)：公開(kāi)工學(xué)博士學(xué)位論文不同重力水平下電子束焊接熔池行為與熔滴過(guò)渡研究博士研究生：王厚勤導(dǎo)師：馮吉才教授副導(dǎo)師：張秉剛教授申請(qǐng)學(xué)位：工學(xué)博士學(xué)科：材料加工工程所在單位：材料科學(xué)與工程學(xué)院答辯日期
2、：2017年12月授予學(xué)位單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)ClassifiedIndex:TG456.3U.D.C:621.791DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringRESEARCHONMOLTENPOOLBEHAVIORANDMETALTRANSFERDURINGELECTRONBEAMWELDINGUNDERDIFFERENTGRAVITYLEVELCandidate：WangHouqinSupervisor：Prof.FengJicaiAssociatedSupervisor：Prof.ZhangBingg
3、angAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineeringSpeciality：MaterialsProcessingEngineeringAffiliation：SchoolofMaterialScienceandEngineeringDateofDefence：December,2017Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要隨著空間技術(shù)的發(fā)展，空間任務(wù)對(duì)空間建造、維修和維護(hù)技術(shù)提出了迫切需求。發(fā)展太空焊接技術(shù)有助于提升空間建造、維修
4、和維護(hù)的能力。太空特殊環(huán)境因素中，微重力環(huán)境對(duì)熔化焊接影響最大；地面眾多焊接方法中，電子束焊接方法的空間適應(yīng)性最好。本文針對(duì)太空焊接，開(kāi)展1G與0G重力水平下焊接熔池行為與熔滴過(guò)渡數(shù)值模擬研究。首先開(kāi)發(fā)電子束焊接多物理場(chǎng)數(shù)值模擬模型，實(shí)現(xiàn)電子束發(fā)射、傳輸、電子束與工件作用、熔池內(nèi)部熱流耦合過(guò)程的電子束焊接全流程模擬。通過(guò)1G重力下的工藝試驗(yàn)驗(yàn)證模型的可靠性，評(píng)價(jià)模型的計(jì)算精度。將模型應(yīng)用于電子束熱導(dǎo)焊、電子束深穿焊及電子束填絲焊接熔滴過(guò)渡行為的數(shù)值模擬，揭示0G重力對(duì)電子束焊接過(guò)程的作用機(jī)制。電子束焊接多物理場(chǎng)數(shù)值模型由電子束焊接動(dòng)態(tài)面熱源模型與電子束熔
5、池流場(chǎng)模型兩部分構(gòu)成。對(duì)電子槍開(kāi)展電子光學(xué)計(jì)算獲取了電子束徑向能量分布函數(shù)。通過(guò)電子束與工件相互作用計(jì)算，獲得了電子束能量利用效率及電子束在工件內(nèi)的穿透深度。利用熔池自由液面跟蹤方法，將模擬得到的徑向分布的電子束能量動(dòng)態(tài)施加到熔池表面電子束作用層內(nèi)，從而建立了動(dòng)態(tài)分布的電子束面熱源模型。在電子束焊接熔池流動(dòng)行為數(shù)值模型中，引入熔池凝固收縮模型，建立了焊接熔池空化與氣泡模型、三維金屬蒸汽反作用力模型和鋁合金熔池氧化膜作用力模型。采用熔池上限溫度模型取代空化模型，解決了計(jì)算穩(wěn)定性問(wèn)題。采用建立的電子束焊接多物理場(chǎng)數(shù)值模型，開(kāi)展1G重力下純鋁、304不銹鋼與Q
6、Cr0.8銅合金電子束焊接熔池流場(chǎng)計(jì)算，并與相同條件下的工藝試驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比。三種材料的焊縫正面與背面熔寬、正面與背面成形、熔合線形貌均與1G重力下的工藝試驗(yàn)相吻合，證明了模型的可靠性。電子束恒定加熱時(shí)長(zhǎng)為0.5s的純鋁工藝試驗(yàn)與數(shù)值計(jì)算的焊縫正面寬度分別為5.5mm和5.6mm，背面寬度分別為4.7mm和4.5mm。與1G重力相比，0G重力水平下電子束熱導(dǎo)焊熔透熔池的下塌量小，熔池?zé)╋L(fēng)險(xiǎn)小，對(duì)開(kāi)展焊接有利，而0G重力對(duì)未熔透焊縫的成形影響不大。0G重力影響熔池流動(dòng)的主要機(jī)制在于自然對(duì)流與流體靜壓力引起的熔池下垂消失。1G重力水平下自然對(duì)流強(qiáng)度隨工件厚度增
7、加而增大，流體靜壓力引起的熔池相對(duì)下垂量隨熔池半徑的增加而增大。依據(jù)小Bond數(shù)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，1G重力水平下，純鋁工件厚度為h=2mm、熔池半徑rm=3mm時(shí)，浮力引起的熔池內(nèi)最大流動(dòng)速-I-哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位論文率為Marangoni對(duì)流的8.68%，熔池相對(duì)下垂量為3.5%?？稍诘孛骈_(kāi)展板厚小于2mm、熔池半徑小于3mm的純鋁電子束焊接小Bond數(shù)試驗(yàn)，研究0G重力的電子束焊接焊縫成形。電子束深穿焊焊接時(shí)，金屬蒸汽反作用力排出熔池金屬形成匙孔。匙孔前壁熔化金屬在表面張力梯度驅(qū)動(dòng)下向上方和后方流動(dòng)，匙孔壁面凸起處在金屬蒸汽反作用力作用下向底部流動(dòng)。
8、匙孔壁面的波動(dòng)以及向上與向下流動(dòng)的匯合促進(jìn)了匙孔壁面碰撞形成氣泡。熔池氣泡會(huì)阻止
