激励磁场下等离子喷焊熔池流场与热场特性仿真研究

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jp19861213
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等离子喷焊技术是再制造领域中一种典型的表面修复技术,凭借其能量集中、效率高、易于实现自动化等优点在我国机械、电力、国防以及交通运输等行业的关键零件表面修复中获得了广泛的应用。然而,在实际应用过程中等离子喷焊技术仍然存在工艺质量不稳定容易造成夹杂气孔、未融合及氧化物等缺陷,熔覆层晶粒粗大影响机械性能容易出现微裂纹、应力集中等微观损伤,这些问题制约等离子喷焊技术的发展。实践表明常规的改进方法对提高等离子喷焊质量的作用有限,而随着电磁技术的发展,磁场辅助加工已经是一种比较常见的改善金属成型质量的方法,磁场辅助焊接成为重要的研究方向。熔池作为等离子喷焊过程中最复杂、最关键的部分,其热场与流场特性对熔覆质量有重要影响。研究磁场及磁场下工艺参数对熔池的影响,对促进该技术在表面工程的发展具有重要的研究意义和应用价值。  本文首先基于流体力学、流体动力学及流体传热等基本理论,综合考虑喷焊过程中熔池内的对流换热、热辐射等热传导形式以及重力、电磁力、热浮力、表面张力、固液相变与相变潜热等因素的影响,建立无磁场下等离子喷焊熔池的二维模型,探讨熔池流场与热场特性以及不同喷焊工艺对其的影响。  其次在等离子喷焊熔池二维模型的基础上添加磁场,综合考虑磁场对等离子热源、熔池受力等方面的影响,建立磁场下等离子喷焊熔池二维模型,研究不同磁场强度以及磁场下不同工艺参数对其热场与流场特性,并与无磁场下的仿真结果进行对比,探讨磁场对熔池的影响。  最后根据上述仿真模型建立相同工况条件下的等离子喷焊验证实验,从宏观角度观察不同磁场强度及磁场下不同喷焊工艺参数对熔覆层宽度、厚度及熔深的影响,并结合微观角度的金相实验观察上述变化下熔覆层的金相组织,对仿真的结果进行验证。
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