CMT焊接熔滴过渡动态过程模拟与熔池流体动力学行为

CMT焊接创新地将送丝运动与熔滴过渡结合，实现了低热输入、无飞溅的熔滴过渡，焊接过程是高频率的"热-冷"交替过程。研究针对CMT焊接这种独特的熔滴过渡过程，通过流体动力学方法对CMT熔滴过渡动态过程进行模拟，定量分析焊接规范参数对熔滴过渡动态过程的影响规律；建立CMT焊接熔池温度场和流场的三维非稳态模型，定量分析浮力、电磁力、表面张力、熔滴冲击力，以及相变潜热及其综合作用对焊接温度场、速度场和熔池形态的影响；分析CMT各焊接规范参数对熔池流体动力学行为的影响规律，建立焊接规范参数与焊缝形貌、过程热参数之间关系的数学模型。基于上述研究，针对CMT熔深浅的缺点，开展活化剂CMT焊和CMT+脉冲焊，研究增大熔深的方法并开展熔滴过渡与熔池流体动力学行为的理论研究。本研究旨在掌握CMT熔滴主动过渡的规律与机理，为实现主动熔滴过渡的焊接智能控制提供理论基础和基础数据，具有重要的学术价值和实际意义。

CMT焊接创新地将送丝运动与熔滴过渡结合，实现了低热输入、无飞溅的熔滴过渡，焊接过程是高频率的“热—冷”交替过程。针对CMT焊接这种独特的熔滴过渡过程，开展CMT熔滴过渡动态过程模拟和熔池流体动力学行为研究，旨在掌握CMT熔滴主动过渡的规律与机理，因而具有重要的学术价值和实际意义。.通过流体动力学方法，利用VOF方法建立了CMT焊接熔滴过渡动态过程的数学模型，结合CMT焊接“引弧—短路—回抽—过渡”的实际特点，对CMT焊接过程中熔滴脉冲过渡过程进行了动态模拟，模拟了熔滴形成、长大和脱落的过程。利用CMT焊接多信息测试系统平台，进行了同等参数下的CMT焊接试验，同步测试了熔滴过渡动态过程与焊接电参数，验证了所建熔滴过渡动态模型的可靠性和准确性。. 建立了CMT焊接熔池温度场和流场的三维非稳态模型，分析了CMT各焊接规范参数对熔池流体动力学行为的影响规律，计算了CMT熔池流体的动力学行为，计算结果和测试结果的二者吻合良好，验证了所建模型的合理性。在脉冲电流和电压的作用下，CMT峰值温度和基值温度作用下的温度场基本没有变化，熔池流场分布形状也大致相同，但是峰值温度作用下的流速比在基值温度作用下的流速大的多。CMT焊接过程中，熔池流动的主要驱动力为电磁力，电磁力使流体从中心向周围扩散，浮力使流体从边缘流向中心，重力对流体流速几乎没有影响。. 建立了CMT焊接BP神经网络智能预测模型，焊接电流、电弧电压和焊接速度作为输入层，焊缝熔宽、焊缝熔深、焊缝余高和拉伸强度作为输出层，能方便地预测出焊缝形貌数据和抗拉强度，实验验证和预测数据最大误差不超过±10%，实现了利用神经网络实现焊缝形貌参数和力学性能的预测。.针对CMT熔深浅的缺点，提出了一种适合平行接头深熔焊生产的活性CMT焊接和CMT+脉冲电流的研究。活性剂CMT焊接试验表明，涂覆活性剂后，熔宽变窄，焊缝熔深增加较为明显，增幅在26.9%以上。CMT+脉冲电流，通过在焊接过程中施加不同频率的脉冲电流，增加了焊缝熔深，焊接电流为100A时熔深增加可达44%。. 通过本课题的研究， 顺利完成了课题的研究。共培养40岁以下学术骨干人员4名，培养研究生2名，培养本科生7名，发表期刊论文5篇（其中EI收录2篇，SCI收录2篇），会议论文2篇，申请发明专利2项，获批1项。