熱絲K-PAW焊接熔池—小孔熱場與流場動態(tài)行為的數(shù)值分析.pdf

1、熱絲K-PAW(Keyhole Plasma Arc Welding)是在穿孔型等離子弧焊的基礎(chǔ)上，填加可預(yù)熱的填絲系統(tǒng)，使其在保持穿孔型等離子弧焊優(yōu)質(zhì)焊縫的基礎(chǔ)上，大幅度提高熔敷速度，減小熔合比和熔池過熱度,更好的控制焊縫成形，在未來將會具有很大的發(fā)展前景。K-PAW焊接過程中的小孔穩(wěn)定性對焊接質(zhì)量有著重要影響，研究穿孔型等離子弧焊填充焊絲后小孔的穩(wěn)定性，將對優(yōu)化熱絲穿孔型等離子弧焊焊接工藝有重要意義。
　　在深入分析穿孔型等離

2、子弧焊焊縫成型特點的基礎(chǔ)上，我們建立熔池、小孔、熔滴相互作用的三維數(shù)學(xué)模型。采用雙橢球和錐體的組合熱源，根據(jù)小孔深度動態(tài)調(diào)整錐體熱源高度。利用VOF法追蹤氣液界面，并在小孔內(nèi)的氣液界面施加雙橢圓電弧壓力，在熔池中考慮電磁力、表面張力、浮力、重力、輻射、對流的影響。利用焓孔技術(shù)解決液態(tài)金屬凝固時相變潛熱和動量損耗問題，采用基于壓力速度耦合的PISO算法解決液態(tài)熔池中壓力速度耦合的問題。對軟件進行二次開發(fā)，在熔池上方加入具有一定熱量和速度的

3、熔滴，依據(jù)能量守恒定律求出一定預(yù)熱電流、送絲速度下焊絲被加熱到的溫度，進而求出焊絲進一步熔化被加熱到過熱熔滴需要吸收電弧的熱量，解決了電弧在預(yù)熱焊絲填充后的能量損耗問題。
　　在所建立的模型基礎(chǔ)上，改變焊接電流及送絲速度來探究其對熔池小孔穩(wěn)定性的影響。在一定工藝條件下，焊接電流由135A增大到140A，可以實現(xiàn)穿孔，小孔深度增大22.45％，小孔壁上液態(tài)金屬最大流速及最大壓力分別增大4.83%、4.18%。焊接電流增大，穿孔時間減

4、少，150A焊接電流較140A焊接電流的穿孔時間減少8.29%。穿孔過程中小孔前壁液態(tài)金屬具有較大的向下流速，被電弧壓力擠壓出的液態(tài)金屬大部分最后從小孔后壁向上匯集到熔池后方。熔池中添加焊絲后，小孔都容易閉合。熔池前方添加焊絲后，會削弱小孔前壁液態(tài)金屬的向下流速，促使小孔形成的驅(qū)動力減弱，但是熔池后方添加焊絲后會阻礙液態(tài)金屬順利從小孔中被排出，小孔更容易閉合。添加帶有一定能量、動量的熔滴后，熔池、小孔內(nèi)的液態(tài)金屬最大流速及壓力增大，穿孔