考慮自由表面的TIG焊電弧-熔池耦合數(shù)值分析.pdf

1、鎢極惰性氣體保護電弧焊，即TIG焊，由于其恒定的弧長，穩(wěn)定的焊接過程，并且采用惰性氣體作為保護氣，容易獲得質(zhì)量較高的焊縫，被廣泛應(yīng)用于實際生產(chǎn)中。了解電弧與熔池相互作用的機制，將為TIG焊焊接方法及工藝參數(shù)的優(yōu)化提供直接的理論依據(jù)，有助于改善焊接工藝，進一步提高焊縫質(zhì)量。然而在實際焊接過程中，采用傳統(tǒng)方法很難直接觀測電弧以及熔池的行為，這使得研究電弧-熔池耦合的機制存在很大的難度。
　　本文基于FLUENT軟件，根據(jù)多相流VOF模

2、型，建立了基于自由表面的定點及移動TIG焊三維熔池數(shù)學(xué)模型，獲得了不同焊接參數(shù)下的TIG焊熔池表面變形情況以及熔池溫度場和流場的變化規(guī)律。結(jié)果表明，焊接熔池自由表面在電弧壓力、電磁力、浮力以及表面張力的作用下發(fā)生變化，且由于電弧壓力在熱源中心處最大，向周邊遞減，故熔池自由表面在熔池中心處下凹最為明顯。隨著焊接電流和焊接時間的增大，焊接熔池的熔深、熔寬以及熔池最高溫度均有所增加。隨著焊接熱源的移動，焊接熔池尾部后拖，溫度等值線拉長，前方等

3、溫線密集，溫度梯度大，后方等溫線稀疏，溫度梯度小。
　　在已有工作的基礎(chǔ)上，建立了三維TIG焊電弧-熔池耦合模型，計算得到了恒流以及脈沖作用下電弧-熔池耦合情況的電弧和熔池的溫度場、流場，并分析了在焊接電流周期性變化條件下電弧形態(tài)、溫度以及熔池熔深、熔寬的變化情況。計算結(jié)果表明，在脈沖電流的作用下，峰值電流作用的電弧溫度梯度大，熔池熔深、熔寬都較基值作用時有明顯的增加。
　　針對TIG焊電弧與熔池的雙向耦合實際情況，建立了二