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研究生:魏宗潁
研究生(外文):Wei, Zong-Ying
論文名稱:鋁合金輪圈TIG穩定熔深銲接技術之數值模擬分析
論文名稱(外文):Numerical Analysis of Stable Melting Pool Penetration for Aluminum Alloy wheel Frame TIG Welding Technique
指導教授:張金龍張金龍引用關係
指導教授(外文):Chang, Chin-Lung
口試委員:高宗達梁茲程
口試委員(外文):Gao, Zong-DaLeong, Jik-Chang
口試日期:2017-10-27
學位類別:碩士
校院名稱:國立屏東科技大學
系所名稱:車輛工程系所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2018
畢業學年度:106
語文別:中文
論文頁數:61
中文關鍵詞:TIG銲接有限元素分析鋁合金輪圈工件預熱
外文關鍵詞:TIG weldingfinite element analysisaluminum alloy wheel frameworkpiece preheating
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本研究使用有限元素分析軟體ABAQUS模擬TIG銲接技術(tungsten inert gas)於鋁合金輪盤與輪圈之間的銲接製程,並且調整其銲接參數以達到控制銲道穩定熔深之目的。由過去文獻得知其影響銲接製程的加工參數有: 銲接旋轉台的轉速、鎢棒通電電流大小、銲接工件(鋁合金輪圈)之初始溫度以及第一發熱源銲接位置處之電流停滯時間。根據模擬分析結果顯示,初始設定的加工參數無法達到控制穩定熔深的目的,其原因有兩點:一個是銲接路徑後半部區域,由於每一發熱源銲接位置處之電流停滯時間過長,導致加熱時間過長,無法達到控制銲道穩定熔深之目的。其解決方案為透過提高銲接旋轉台轉速,減少每一發熱源銲接位置處之電流停滯時間,避免加熱時間過長,使得銲接路徑後半部區域之熔融深度能夠獲得穩定地控制。第二個是起始熱源銲接位置的熔融深度不足,其原因在於當鎢棒導通電流剛要針對銲接工件(鋁合金輪圈)進行深度銲接時,由於銲接工件本身具有良好的導熱性,因此銲接熱源(鎢棒)所輸出的熱量會由於熱傳導的原理,大部分的熱量都會被銲接工件傳導吸收,造成該區域熔融深度不足的問題。其改善方案為透過延長第一發熱源銲接位置處之電流停滯時間,提升起始位置附近區域之初始溫度,達到對該區域銲接工件進行預熱的效果,進而達到控制銲道穩定熔深之目的。本研究藉由調整上述四個加工參數後,在銲接旋轉台轉速2rpm及3rpm條件下,各獲得一個穩定熔深的案例。這兩個優化的案例共同之處為針對銲接路徑後半部區域於穩定熔深下進行調整。首先,藉由延長第一發熱源銲接位置處之電流停滯時間,改善起始銲接位置的熔深不足的問題。再者,提升鎢棒之通電電流值,增加銲接路徑之熔融深度。不過在調整加工參數方面,銲接旋轉台轉速3pm的穩定熔深案例與轉速2pm的穩定熔深案例的調整方式略為不同。銲接旋轉台轉速3pm的穩定熔深案例,必須在TIG銲接製程前,就先對銲接工件進行預熱處理。因此,可以透過對銲接工件進行預熱處理,來解決高轉速下熔融深度的不足的問題。
This work used TIG (tungsten inert gas) welding technique to weld aluminum alloy wheel frame with the finite element analysis software ABAQUS .The process parameters were tried to change to achieve the goal of stable melting pool penetration. The process parameters of TIG welding consists rotating speed of rotary table, current of tungsten bar, initial temperature of work piece(aluminum alloy wheel frame)and current duration on initial position of welding. The simulation results showed that if this study used the initial process parameters to be set, the result could not achieve the wanted goal. The failure factor was found as follows: First of all, current duration on each position of welding was too long that led to overheat at end of welding path on work piece. Therefore, the goal could not be accomplished. But this question could be modified by building up the rotating speed of rotary table. Because when the rotating speed of rotary table increases that means the current duration on each position of welding will be decreased. It also means this method could not led to overheat on work piece. Next, melting pool penetration was not deep enough due to most of heat source energy (tungsten bar) will be absorbed by work piece. When TIG welding technique was used to weld workpiece(aluminum alloy wheel frame), the energy of heat source will be conducted and absorbed by it. Therefore, we could not accomplish the stable weld depth goal which we wanted. But we could increase current duration on initial position of welding to solve this question. It could be better that if the preheating was treated at initial position of welding on work piece. And then we could obtain the goal that a stable weld depth. This study got two optimization cases under rotating speed of rotary table at 2 rpm and 3 rpm by changing process parameters. It could increase current duration on initial position of welding or increase current value of tungsten bar to get enough welding depth. But we had to do preheating treatment for work piece before TIG welding under rotating speed of rotary table at higher speed (3 rpm). Hence, a stable welding depth could be obtained at high rotating speed utilizing the preheating treatment on workpiece.
摘要 I
Abstract III
謝誌 V
目錄 VI
表目錄 VIII
圖目錄 X
符號索引 XII
第1章 緒論 1
1.1前言 1
1.2研究動機 2
1.3文獻回顧 3
1.4鋁合金6061介紹 5
1.5輪圈結構 5
1.6氬銲機使用方式介紹 6
1.7鎢電極使用介紹 7
1.8保護氣體 8
1.9氬氣銲接介紹 9
第2章 研究方法 10
2.1銲接輸入能量簡介 10
2.2熱傳導率 11
2.3實際銲接流程 12
2.4模擬之基本假設 14
2.5幾何模型 15
2.6簡化模型 16
2.7網格收斂分析 17
2.8初始案例邊界設定 18
2.9初始案例溫度分佈 19
2.10定義穩定熔深之目標值 20
第3章 結果與討論 21
3.1提高轉速下的熔融深度 23
3.2旋轉台在2rpm下,穩定熔深處理過程 27
3.2.1在2rpm下,延長第1發的熱源時間之調整 27
3.2.2 在2rpm下,加大電流之調整 32
3.2.3 在2rpm下,最終加大電流之調整 36
3.3 旋轉台在3rpm下,穩定熔深處理過程 38
3.3.1 旋轉台在2rpm及3rpm下的比較 38
3.3.2 在3rpm下,加大電流之調整 42
3.3.3 在3rpm,銲接工件預熱溫度之調整 45
3.3.4 在3rpm,工件預熱溫度在408K,第一發加熱時間延長之調整 49
3.3.5 在3rpm,工件預熱溫度在408K,加大電流之調整 52
3.3.6 在3rpm,工件預熱溫度在408K,最終電流之調整 55
第4章 結論 57
參考文獻 58
作者簡介 61
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