鋁合金-黃銅異種金屬TIG熔釬焊溫度場和流場的數值模擬.pdf

1、采用計算流體動力學(CFD)商業(yè)軟件FLUENT，成功建立了鋁/銅搭接數學模型，對鋁/銅異種金屬TIG熔釬焊的溫度場和流場進行了數值模擬。通過鋁/銅異種金屬TIG熔釬焊搭接工藝實驗，對模擬結果進行了實驗驗證。并研究了分別采用Zn-15％Al實芯、Zn-15％Al藥芯和Al-12％Si藥芯三種不同焊絲作為填充金屬所得焊接接頭的微觀組織和力學性能。
　　當焊接電流為50A時，鋁/銅TIG熔釬焊接頭溫度場和流場計算結果表明:熔池內最高溫

2、度為1242K。鋁母材上熱影響區(qū)的溫度范圍在900-933K之間，在此溫度下熱影響區(qū)內的晶?？赡茏兊么执?。由于熔化潛熱與熔池流體流動的影響，在鋁板與熔池連接的熔合線處溫度梯度變小。在黃銅母材與熔池連接的界面層區(qū)域內，最高溫度為995K，據此推斷可能會生成Al2Cu相。在熔池縱截面(y=0)，流體在表面和底部由中心流向邊界，而處于中間層的流體由邊界流回中心;在熔池橫截面，流體流動時形成了兩個大小不等的環(huán)流，且呈非對稱分布;在xy面（z=-

3、2），即鋁板上表面所在平面，流體流動形成了四股環(huán)流，最大流速為0.48m/s。
　　當焊接電流為40A時，鋁/銅TIG熔釬焊接頭溫度場和流場計算結果表明:熔池中最高溫度為1213K，略低于焊接電流為50A時熔池內的最高溫度。通過與電流為50A時的溫度場對比發(fā)現(xiàn)，熱輸入的降低減小了焊縫的寬度。熔池內最大流動速度為0.57m/s。在xy面（z=-2）上，即鋁板上表面所在平面，與電流為50A時熔池流場相比除了在熔池的四個拐角位置出現(xiàn)了四

4、股紊流外，在熔池內部流體中又形成了兩股較小的紊流，隨著流體的劇烈流動，一些低沸點的金屬（如鋅）發(fā)生蒸發(fā)，在焊縫中形成氣孔。在熔池橫截面上，整個流場形成兩股環(huán)流，與電流為50A時的流場不同，兩股環(huán)流呈對稱分布，靠近鋁母材一側的流體由熔合線流向熔池中心，導致等溫線向熔池中心彎曲。
　　鋁/銅TIG熔釬焊搭接工藝實驗結果表明:采用Zn-15％Al實芯焊絲時，接頭焊態(tài)下抗拉強度為164MPa，熱處理后強度為160MPa。鋁合金/黃銅焊縫中