GTAW電弧熔池行為的數值模擬.pdf

1、鎢極氬弧焊（GTAW）因其獨特的優(yōu)勢，如焊縫美觀、焊接質量好、智能自動化程度高等，使其廣泛應用在各制造領域上。在GTAW的焊接過程中，電弧、熔池的行為特征影響著焊接質量，因此對其電弧、熔池的行為特征進行研究是改善焊接質量的基礎。然而，由于電弧、熔池的特殊屬性使得難以通過常規(guī)的辦法對其進行觀察、測量、研究。計算機技術的蓬勃發(fā)展，使得數值模擬技術已逐漸在各領域取得了相對較為廣泛的應用?，F如今，憑借數值模擬技術對相關焊接問題進行研究已成為研究

2、焊接問題的一種新興方法。本文通過對GTAW進行數值模擬，從而實現了對GTAW的電弧及熔池行為的研究。
　　首先，基于GTAW的特點以及在流體力學理論基礎上建立了電弧、熔池全耦合下的二維瞬態(tài)GTAW軸對稱數學模型，憑借Fluent軟件以及對其UDF模塊的二次開發(fā)實現了對數學模型控制方程組的求解。
　　其次，采用基本算例與實驗相結合的方式，對所建的GTAW模型進行驗證，通過比對分析說明本模型是滿足要求的。然后，本文在基本算例的基

3、礎上，通過對其進行擴展、修正、優(yōu)化，從而實現了對Ar、He混合氣體保護下GTAW電弧、熔池的研究。
　　最后，本文對基本算例、擴展算例的求解結果進行后處理，處理后的結果表明：純氬氣和混合氣體下的GTAW電弧形態(tài)皆為鐘罩形狀，混合氣體中He的存在促使電弧全體發(fā)生收縮，促使工件附近處的電弧發(fā)生上揚，從而使得電弧作用在母材的有效加熱面積變小，隨著混合氣體He所占比例的增加，可使以上的現象變得更加明顯。此外，混合氣體中He的存在可使電弧更

4、加穩(wěn)定，并且隨著其含量的增加，電弧穩(wěn)定性呈現出進一步加強的趨勢。無論是在純氬氣，還是在混合氣體的保護下，GTAW的熔池所受的電磁力、表面張力均是熔池形狀動態(tài)演變的主要源動力；其中，表面張力、電磁力分別是促使熔池具有勺形形狀和碗狀形狀的主要驅動力。然而，混合氣體中He的加入使熔池流動情況發(fā)生較大的變化，He的含量對熔池內主導力的歸屬具有一定的影響。隨著 He含量的增加，GTAW的熔深以較大增加率增加，但其熔寬則以不同的減小率逐漸減小，直至