第二章 实验器材和材料及方法 7

2。1  实验器材 7

2。1。1  焊接设备 7

2。1。2  焊接电源 7

2。1。3  电气系统 7

2。1。4  送丝机构 8

2。1。5  等离子弧焊枪 8

2。2  实验材料 9

2。3  实验方法 10

2。3。1  焊接方法 10

2。3。2  测试分析方法 11

2。4 本章小结 12

第三章 铜/钢等离子弧焊接工艺实验分析 14

3。1  不同工艺参数的焊缝形貌分析 14

3。2  焊接接头的拉伸性能分析 17

3。3  焊缝接头的显微组织分析 19

3。3。1  焊缝接头金相显微组织分析 19

3。3。2 焊缝接头 SEM 分析 21

3。3。3  焊缝接头显微硬度分析 22

3。4  本章小结 23

第四章  铜/钢等离子弧焊接熔池流场的数值模拟 24

4。1  数值分析模型建立与分析 24

4。1。1  模型建立 24

4。1。2  控制方程 24

4。1。3  网格划分 25

4。1。4  边界条件定义 26

4。1。5  材料热物性分析 26

4。1。6  计算求解 27

4。2  不同时刻的熔池流场分析 27

4。3  工艺试验与数值模拟结果验证分析 31

4。4  本章小结 32

结论 33

致谢 34

参考文献 35

第一章  绪论

1。1  选题背景及意义 

近些年来，伴随着工业生产的不断发展，日常生活中出现了各种各样的新型材料、 设备等，而当在使用这些新的材料的时候会碰到各种各样新的问题，例如一些单一的 金属不能达到某些性能的要求，而不锈钢和紫铜的复合零件则能很好的弥补各自的不 足，提高整体性能。众所周知，铜具有良好的导电和导热性能，但铜在湿润的空气中 很容易被腐蚀，而钢的耐腐蚀性比较好，并且钢的价格也不贵，因此铜和钢的焊接可 以在性能上达到取长补短的效果，从而降低工业成本[1]。除此之外，还可以发现在日 常生活中紫铜和不锈钢的焊接早就已经被广泛应用。例如，军队中有一个典型的例子 就是子弹的弹夹上采用的是纯铜和钢的熔敷扩散焊；我国采用铬青铜和不锈钢的电子 束焊接制造出了新一代的航空发电机。 

等离子弧焊所带来的熔滴和熔池流场以及熔池流体动力学的不一样的变化，将会 对熔池流场产生根本性的影响，从而使得焊后焊缝的外貌形态、组织和性能发生改变。 但是熔滴和焊接熔池的尺寸小，温度极高，并且弧光干扰强烈，更使得对熔滴和熔池 的观察和测试变得极其困难。因此，通过采用数值模拟技术来研究等离子弧焊焊接熔 池流体的动力学行为，只需要在程序上进行相应的修改，就能够对熔滴过渡的动态过 程、传热传质等进行定量定性的分析，以此来得到在实验中难以测出的结果[2,3]。采 用这样的方法，对于精确地描述等离子弧焊熔池流场的动态过程，深入的理解等离子 弧焊焊接过程中熔池流场的变化以及其中的某些规律变化等有着重要的理论意义和 实际价值。