【摘 要】
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超声波是一种机械式振动,本身也是一种能量载体。利用超声波的机械振动、能量、声空化、声流等非线性效应作用在焊接过程中,能够有效的提升焊接效率和焊接质量。焊接过程中涉及到化学、物理、材料、传热等方面,是一个非常复杂的过程,难以在实际焊接中对其进行分析,所以本文利用计算模拟软件FLUENT对超声辅助MIG焊中熔滴过渡的物理性能进行模拟,分析常规MIG焊和超声辅助MIG焊物理性能上的差异,为进一步的发张超
【基金项目】
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国家自然基金（No.51665037）；
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超声波是一种机械式振动,本身也是一种能量载体。利用超声波的机械振动、能量、声空化、声流等非线性效应作用在焊接过程中,能够有效的提升焊接效率和焊接质量。焊接过程中涉及到化学、物理、材料、传热等方面,是一个非常复杂的过程,难以在实际焊接中对其进行分析,所以本文利用计算模拟软件FLUENT对超声辅助MIG焊中熔滴过渡的物理性能进行模拟,分析常规MIG焊和超声辅助MIG焊物理性能上的差异,为进一步的发张超声复合焊接技术提供理论依据。本文基于流体动力学理论、电磁学理论和熔滴过渡过程中的受力建立了一个二维非对称的超声辅助MIG焊熔滴过渡的数学模型,利用用户自定义方程UDF对其模型进行二次开发,通过软件中的动网格模块引入超声波振动。模拟了不同电流条件下,常规MIG焊与超声辅助MIG焊熔滴过渡过程,并对其进行分析。结果表明在焊丝端部添加横向超声波振动,能够有效的提高熔滴的过渡频率;其脱落时的熔滴高度小于常规MIG焊的熔滴高度。对熔滴过渡中速度场和动态压力场进行分析,结果表明,熔滴过渡过程中,其两侧会产生涡流现象,中轴线熔滴的速度和动态压力受表面张力的影响低于熔滴两侧的速度和动态压力;超声辅助MIG焊中的速度和动态压力均明显高于常规MIG焊的速度和动态压力,且超声波带来的横向剪切力会使熔滴产生离心运动。说明超声波对MIG焊有着积极作用。为了验证本文所建立数学模型的可靠性,本文搭建了超声辅助MIG焊实验验证平台。利用高速摄像机对熔滴过渡过程进行拍摄,对比分析实验和模拟中常规MIG焊与超声辅助MIG焊的过渡过程。结果显示,添加超声波横向振动促进了熔滴过渡,其熔滴的径向半径在横向超声波的作用下缩小,最后通过图像处理熔滴的形状轮廓,与模拟结果大致一样,从而验证了本文建立的超声辅助MIG焊熔滴过渡数学模型的准确性和可靠性。
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