2。1。1 FLUENT软件 8

2。1。2 UDS介绍 10

2。2 控制方程、电弧模型建立及网格划分 11

2。2。1 控制方程 11

2。2。2 电弧模型建立 12

2。2。3 电弧模型的网格划分 13

2。3 求解计算及电弧模型边界条件 14

2。3。2 电弧模型边界条件 16

2。4 本章小结 18

第三章 GMAW焊接数值模拟分析 19

3。1 电弧数值分析 19

3。2 GMAW单丝焊同双丝焊电弧模拟对比 19

3。2。1 焊接电流的影响 19

3。2。2 双丝间距的影响 24

3。3 电弧模拟对比结果 26

3。4 本章小结 27

结论 28

致谢 29

参考文献 30

第一章 绪论

1。1 课题背景

焊接被称为工业的“裁缝”，是现代工业生产和金属加工中最重要的方法之一，焊接和金属压力加工、切削加工、热处理、铸造等其他金属加工方法一起构成的金属加工技术是现代一切制造工业。焊接作为极其重要的关键技术之一，已经在众多工业领域中得到了广泛的应用，尤其在制造业中应用最为广泛，特别是航空航天、汽车、电力及海洋工程等结构件制造以及微电子、传感器等工业领域。随着焊接技术的不断发展，更多的高新焊接技术将应用制造业中，如在电子信息、船舶、海洋平台、能源等领域，从而适应当今发展需求，从而推动现在制造业的发展。

随着科技的发展，人们对焊接技术的要求不仅仅停留在原来的高度，对焊接质量及效率提出了更高的要求。对于在海洋工程、压力容器、油气管道及核电行业设备中的大型化、重型化，厚板、超厚板焊接结构，传统生产方法大多采用大坡口多层多道熔化极气保焊（GMAW-Gas metal arc welding）或埋弧焊，然而这些焊接熔敷金属量大，生产效率低、成本高，已经难以应付新型材料和满足日益增长的生产效率的要求[1]。因此需要新的焊接方法或改进原有的焊接工艺方法来满足不断增长的生产效率要求，从而实现焊接高效化。

从焊条电弧焊到气体保护焊是一大进步，气体保护焊出现以来，就以高效、节能、操作简单、便于实现机械化和自动化等特点，在实际生产中得到了更为广泛的应用。双丝焊接具有焊接速度高、熔敷系数高、焊接质量好等优点，可以提高焊接效率，因此双丝焊接使用范围越来越广。目前，高效电弧焊工艺如TANDEM、DE-GMAW(double electrode-gas metal arc welding)LINFAST焊、TIME (trans-ferred ionized molten energy)焊等，主要通过多丝或特殊保护气体、复合热源、添加磁场等方法提高其熔敷率，但由于这些电弧焊工艺设备复杂，成本较高，因此研制低成本、设备简单、易操作的高效电弧焊工艺具有重要意义[2]。本研究中采用的新型七丝缆式焊丝采用7根药芯或实芯焊丝旋转绞合而成，其中一根焊丝作为中心丝位于中间，称其为中心丝，其余6根焊丝围绕中心丝绞合，称其为外围丝（见图1。1）。缆式焊丝的GMAW焊接研究表明这种缆式焊丝的熔化极气保焊具有焊丝熔化系数越大、焊接熔敷速度高、焊接热输入量少、焊接时电弧自主旋转（见图1。2）等独特优点。将七丝缆式焊丝应用于双丝GMAW，构成双缆式十四丝熔化极气保焊，不需要外加机械式焊丝摆动或电磁驱动装置，电弧自主旋转，增加熔池流动性，两焊丝参数可以独立调节，熔敷效率高，无疑本课题综合了双丝焊和缆式焊丝气保焊的两种高效焊接技术的优点，可以实现焊接生产加工的高效和低成本，具有广阔的工业应用前景[3]。