外加縱向磁場(chǎng)作用下TIG焊接行為數(shù)值模擬.pdf

1、鎢極惰性氣體保護(hù)焊（簡(jiǎn)稱(chēng) TIG焊）是采用鎢作為非熔化電極，惰性氣體作為保護(hù)氣體的電弧焊方法，在現(xiàn)代工業(yè)中廣泛應(yīng)用，幾乎可以應(yīng)用于所有金屬的連接。電磁攪拌焊接技術(shù)是一種改進(jìn)和優(yōu)化焊接工藝的有效方法，通過(guò)在焊接過(guò)程中添加外加磁場(chǎng)，控制電弧形態(tài)，進(jìn)而影響母材的加熱和熔化，同時(shí)對(duì)焊接熔池進(jìn)行攪拌，改變?nèi)鄢亟饘俚慕Y(jié)晶狀況，從而提高焊接質(zhì)量。本文以外加縱向磁場(chǎng)下 TIG焊接作為研究對(duì)象，通過(guò)間接耦合的方法研究外加縱向磁場(chǎng)下焊接電弧和熔池的變化情況

2、，分析焊接過(guò)程中縱向磁場(chǎng)的作用機(jī)理。
　　首先，采用ANSYS中的Fluent軟件，建立了基于磁流體動(dòng)力學(xué)的電弧數(shù)值模型，采用SIMPLE算法求解出電弧的溫度場(chǎng)，流場(chǎng)等。數(shù)值模擬結(jié)果表明在焊接電流I為200A和300A時(shí)，電弧最高溫度分別為20000K、25000K。隨著外加縱向磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加，焊接電弧由鐘形向鐘罩形變化，陽(yáng)極表面電流密度由高斯分布逐漸過(guò)渡為雙峰分布。當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度增加到0.03T時(shí)，在焊接電弧中心下部出現(xiàn)一個(gè)1000

3、0K-15000K的低溫區(qū)，與普通TIG焊相比該區(qū)域溫度低4000K，同時(shí)在低溫區(qū)出現(xiàn)一個(gè)順時(shí)針的環(huán)流和負(fù)壓區(qū)，此時(shí)陽(yáng)極表面電流密度分布為對(duì)稱(chēng)型雙峰分布。我們以17000K等溫線的軸向變化量為標(biāo)準(zhǔn)來(lái)表述焊接電弧的轉(zhuǎn)變過(guò)程，并建立了判斷臨界磁場(chǎng)強(qiáng)度的公式。在本文的模擬條件下臨界縱向磁場(chǎng)強(qiáng)度為0.022T。
　　其次，根據(jù)電弧的數(shù)值模擬結(jié)果，通過(guò)MATLAB擬合出焊接熔池的熱輸入，將擬合出的熱輸入以熱對(duì)流邊界條件的形式加載到熔池的上表