电熔爆加工温度场有限元模拟

根据电熔爆实际加工情形,建立了电熔爆单脉冲加工的物理模型和数学模型;采用有限元模拟的方法,通过建立有限元模型,模拟在高斯热源、对流换热载荷共同作用的情况下电熔爆三维单脉冲加工的温度场分布。根据模拟结果得出脉冲电压对温度场分布的影响,并与实验结果进行比较,验证了仿真模型的正确性,可用于指导电熔爆加工机理的深入研究。     

电熔爆等离子体电弧的多场耦合仿真与试验分析

针对电熔爆加工过程中等离子体电弧分布研究量化程度不足的现状,运用磁流体动力学理论,建立了包含阴极-等离子体电弧-阳极表面的二维数学模型,采用Comsol有限元仿真软件求解出不同加工电流等离子体电弧温度场、压力场、电势场及阳极表面电流密度分布特性,并根据电熔爆等离子体电弧的加工需求搭建了试验系统,对仿真结果进行验证。研究结果表明:增大加工电流可提高电弧最高温度,使电熔爆放电通道内温度和压力梯度增大,造成放电通道不稳定;增大电流使电弧受到指向电弧中心的电磁力增加,导致电弧收缩明显,加工能量过于集中,使加工表面质量降低;在电流100～175 A之间,加工后表面粗糙度可控制在Ra 6.3μm以下,试验结果与仿真结论具有较好的一致性。     

等离子体发生器的数值模拟方法

根据流体质量、动量及能量守恒方程和麦克斯韦方程组建立等离子体发生器的数学模型,包含一部分钨极以避免对阴极电流密度分布的假设,根据平均有效粘性系数与动力粘性系数之比判断等离子电弧所处的流动状态,用ANSYS有限元分析软件进行求解,得到不同类型的等离子体发生器所产生的等离子电弧的温度和速度分布,研究喷嘴尺寸、电极形状和等离子电弧类型等对等离子电弧特性的影响。结果表明,大孔道比的喷嘴产生的电弧温度更高,速度更大,孔道比甚至会改变等离子电弧的流动状态;与锥形电极的电弧在电极端部取得温度最大值不同,球形电极的电弧在约束喷嘴端口处得到温度最大值;转移型电弧比非转移型电弧具有更高的温度和速度。研究结果对等离子体发生器的数值模拟法研制具有重要的参考意义。     

等离子弧焊匙孔对电弧物理特性影响规律的研究

匙孔是等离子弧焊的重要特征。建立等离子弧焊电弧数值模型,对比分析含匙孔和不考虑匙孔的两种情况下,电弧温度场、流场、电磁场等物理特性的差异性,揭示匙孔对等离子弧物理特性的影响规律。采用光谱诊断方法计算电弧温度分布,从而验证模拟结果。数值模拟研究结果表明,匙孔的出现,导致电弧体积增大,弧柱区平均电流密度下降,从而导致电弧最高温度降低约2 400 K,等离子体最大流速从437 m/s降低到349 m/s。匙孔直径沿匙孔深度方向减小,对电弧产生附加的机械压缩作用,使匙孔底部电弧的温度和速度上升。数值模拟与光谱诊断获取的轴线上温度大小及变化规律相接近,证明电弧数值模型的可靠性,也说明建立等离子弧数值模型时,应当考虑匙孔的影响。     

二维爆震波胞格结构的数值模拟

用时间算子分裂法来分离普通流体流动和化学反应方程,采用加权基本无振荡格式构建了带有复杂状态方程的欧拉方程组;提出一种新的熵修正方法,并结合Roe平均格式来解决激波的不稳定问题。通过对带有详细化学反应的爆震波进行数值模拟,获得了独特规则的胞格结构,描述了胞格的特点及其形成的原因,胞格的长宽比和以往的实验和计算结果基本一致。研究结果表明新的熵修正方法和加权基本无振荡格式可以很好地进行爆震波结构的模拟。     

电弧等离子体折射率的理论计算

从等离子体物理方程出发,推导出了折射率与电弧等离子体各种组分和温度之间的关系,并以氩电弧等离子体为例进行了实际的数值计算。这一关系的确立,为基于折射率效应的激光干涉法电弧等离子体诊断技术提供了理论基础,因此可以采用单波长激光干涉法(包括全息法)同时确定电弧等离子体的各种组分和温度,从而避免了采用双波长法时的缺点,这对发展电弧等离子体诊断及其加工技术有重要意义。计算结果表明,在波长给定时折射率是原子密度和电子密度的单值函数;温度小于6 000 K时,电子对折射率几乎没有什么影响,当温度高于17 000 K后,折射率则完全由电子决定。     

同轴等离子体发生器电弧运动轨迹数值分析与计算

为了计算针对外加轴向磁场的同轴等离子体发生器内等离子电弧的运行轨迹和旋转速度,采用了数值分析方法。首先采用通道模型计算了电弧半径;将电弧等效为刚体,根据电弧稳态旋转阻力力矩与电磁力矩平衡原理建立了其稳态运行的数学模型,然后通过采用禁忌搜索算法计算了其转速。研究结果表明:粒子的空间运行轨迹为近似平面抛物线以阴极为对称轴旋转形成的空间迹线。此外,实验结果证明了理论工作的有效性和正确性。     

气中电火花加工颗粒增强金属基复合材料的有限元分析

根据傅里叶热传导理论,建立了气中电火花放电加工颗粒增强金属基复合材料的二维有限元仿真模型。利用有限元软件ANSYS分别采用高斯热源模型和均匀热源模型对单脉冲放电加工金属基复合材料的温度场进行数值模拟。根据温度场的分布情况,对比分析了在两种不同热源模型下放电凹坑的形貌、直径和深度,并与实验结果进行比较,结果表明,与高斯热源模型相比,均匀热源模型能较好地预测单脉冲放电加工金属基复合材料的放电凹坑特征。根据电火花加工金属基复合材料的特点,对均匀热源模型中所采用的放电通道半径进行了修正,结果表明,修正后的模型能够比较准确地模拟单脉冲放电加工金属基复合材料放电凹坑的几何特征。     

信息

一种新型电加工设备──电熔爆机床 电熔爆技术是一种非接触强电加工工艺技术。其原理是,在电加工过程中,带电工具电极与工件表面间产生特殊的电作用,形成高密度的强电子流,使工件表层局部迅速熔化爆离,达到所需要的尺寸精度和粗糙度的加工目的。 电熔爆技术是由新疆电熔爆技术研究所所长叶良才先生发明的,先后在国内外获24项奖励,并获得中国、美国发明专利。 电熔爆机床可替代普通机床的车、磨、铣、刨,用于难加工的导电材料,如铸锻件、堆焊和喷焊件;对洛氏硬度HRC4090的金属陶瓷、硬质合金、高温合金、难熔合金、合金钢等均可…     

NO_X在净化中的反应动力学特性的试验研究与数值模拟

在自制试验系统的基础上,在常温条件下以介质阻挡放电产生低温等离子体,建立低温等离子体处理NOx化学反应过程的数学模型。然后利用MATLAB编程求解微分方程组,进行数值模拟,对NOx在净化反应器中的反应机理进行理论研究。实验证明了模型建立的合理性。     

直流电弧等离子体发生器结构设计及其关键技术研究

本文通过对国内外各类等离子体发生器的分析,结合在等离子体发生器设计领域的最新研究成果,首先对等离子体技术领域的相关基本概念进行了阐述与说明;然后基于相应研究成果,对直流电弧等离子体发生器设计过程中常见的三类关键技术:电弧产生、大尺度分流现象、双弧现象进行了概略性分析;接着基于直流电弧等离子体发生器的发展历程,分析了典型等离子体发生器结构;最后提出直流电弧等离子体发生器的发展趋势。     

焊接电流影响GMAW双丝焊电弧等离子体的数值模拟研究

基于电磁学理论和流体力学理论,建立熔化极气体保护焊(Gas metal arc welding,GMAW)双丝焊焊接电弧等离子体三维数学模型,利用流体力学软件Fluent对其进行求解。重点研究焊接电流对GMAW双丝焊电弧等离子体行为的影响规律,获得了电弧温度、电流密度、热通量、磁场分布等结果。研究发现,随着焊接电流的变化,电弧等离子体形状变化显著。随着焊接电流的增大,电弧最高温度和电弧偏转角随之增大,电流密度和工件表面热通量由双峰分布转变为单峰分布,并且热通量峰值随焊接电流的增大而增大。此外,随着焊接电流的增大,磁感应强度和磁场力随之最大,磁场分布由独立两个磁场向耦合磁场转变。为有效、定量地证明模拟结果准确性,开展焊接试验,利用高速摄像监测电弧行为,利用光谱测温测量电弧温度。结果表明模拟结果同试验结果吻合良好,研究结果为合理选择GMAW双丝焊焊接电流参数提供理论依据。     

考虑金属蒸汽的定点活性钨极惰性气体保护焊电弧与熔池交互作用三维数值分析

建立包括钨极、电弧和阳极的定点活性钨极惰性气体保护(Activating tungsten inert gas,A-TIG)焊电弧熔池交互作用统一数学模型。通过麦克斯韦方程组、连续性方程、动量守恒方程、能量守恒方程和组分输运方程的耦合求解,得到了电弧和熔池的温度、等离子体运动速度、熔池流动速度、电弧压力、电势、电流密度和金属蒸汽分布等结果。因为在A-TIG焊中,熔池的内向流动造成了大量的热被传入到熔池底部,热量的利用率更高,导致焊接熔池的表面温度比TIG焊的表面温度要高,从而引起了金属蒸汽浓度的增加,所以考虑金属蒸汽的A-TIG焊的电弧等温线较考虑金属蒸汽的TIG焊的电弧等温线有一定程度收缩。结果表明,考虑金属蒸汽对A-TIG焊熔深的模拟结果具有一定的影响,熔深减小约6%,该结果与有关试验研究结果吻合良好。     

交变磁场作用下的GTAW非稳态电弧数值模拟

基于计算流体动力学(Computational fluid dynamics,CFD)软件Fluent,建立钨极惰性气体保护焊(Gas tungsten arc welding,GTAW)电弧非稳态三维数值模型,研究交变磁场作用下的非稳态电弧特性,为交变磁场在磁控焊接技术中的应用提供理论支撑。计算获得了外加交变轴向磁场作用下GTAW焊接电弧的温度场、速度场和压力场等结果,揭示了等离子体最高温度、阳极表面压力分布、阳极表面电流密度分布与时间的关系。对比分析磁场方向改变前后的计算结果发现,当外加磁场方向改变时,在反向旋转力作用下等离子体最大加速度能够达到6×10~7 m/s~2,在此加速度作用下,距离钨极较近的等离子体迅速改变旋转方向,而远离钨极的等离子体则来不及改变方向。当外加磁场磁感应强度为0.03 T、频率小于100 k Hz时电弧均能实现正反往复旋转,且阳极表面压力及电流密度分布不再是单一的双峰分布而是呈现单/双峰交替的周期性变化。试验中采用高速摄像系统拍摄了磁场方向改变后的电弧形态,焊接电弧先收缩后扩张,与模拟结果一致。     

TIG焊接熔透熔池形状和表面变形的数值模拟

利用建立的三维TIG焊接熔池瞬时行为数值分析模型,对移动热源作用下不锈钢薄板全熔透时熔池动态行为进行了数值分析。结果表明,同时采用电弧热流和电弧压力的双椭圆分布模式,相对于高斯分布模式,计算出的熔池形状和表面变形与试验结果吻合得更好。给出运动电弧作用下熔池表面变形的动态演变,分析了与固定电弧焊接时的异同,为运动电弧作用下TIG焊接的数值模拟与智能控制提供了理论依据和试验数据。     

电熔爆技术通过国家验收

今年7月美国原子能委员会将200公斤极难加工的特殊不锈钢空运到乌鲁木齐,要求新疆电熔爆技术研究所试验加工,按常规,机械加工需2小时,而这个所仅用一分钟就完成了加工任务,生产效率比传统机械加工高上百倍。这是新疆电熔爆技术研究所运用电熔爆技术加工金属材料取得的重大突破。电熔爆技术研究及设备研制通过国家项目验收。     

电熔爆加工技术和应用

本文叙述了电熔爆技术的工作原理和加工特点以及目前已有的电熔爆加工机床及其应用效果。     

正交实验法优化电熔爆铣削加工的工艺参数

通过电熔爆铣削加工的正交实验,运用数理统计方法研究了电熔爆铣削加工的特性.分析了电压、电流、进给速度、工件运动速度和气压等因素对电极损耗和加工速率两指标的影响.通过两指标的直观分析表和效应曲线图得出了电熔爆铣削加工的一些规律,并优化了工艺参数.     

氮氩保护的TIG焊电弧等离子体的数值分析

以TIG焊接电弧为对象，依据磁流体动力学理论构建电弧的数学模型，运用ANSYS有限元分析软件对二维稳态下轴对称的、氩氮混合气体保护的TIG焊接电弧进行了数值分析，得到了30％N2＋70％Ar（体积分数）混合气体保护下焊接电弧的温度场、速度场的形态分布特征。通过与纯氩气保护的TIG焊接电弧温度、压力以及等离子体速度等分布的比较，得出了加入氮气作为保护气体时的TIG焊接电弧能量及形态的分布变化。对比结果表明，加入氮气作为保护气体，提高了TIG焊接电弧的电弧温度、等离子体速度和电弧压力，能得到更高能量密度的焊接电弧。     

新型电加工技术——电熔爆加工

一种新型电加工技术,电熔爆加工技术,由新疆电熔爆研究所所长叶良才研制成功并成立专门研究所推广这一技术。 加工工具为一个形状怪异的圆盘——爆头,与被加工工件逆向旋转并与工件保待一定间隙(与电火花加