考慮金屬蒸汽氣氛下電弧等離子體數(shù)值模擬.pdf

1、在采用以惰性氣體為保護氣的焊接工藝方法時，如MIG焊，氣體經(jīng)電離形成電弧等離子，必然會有金屬蒸汽進(jìn)入電弧等離子體內(nèi)，進(jìn)而影響電弧特性。若不考慮金屬蒸汽的影響，會對電弧溫度場等一系列物理場的認(rèn)識造成偏差，甚至導(dǎo)致焊接過程效率低，影響焊縫美觀甚至導(dǎo)致質(zhì)量低下。由于電弧等離子溫度極高，形成過程極其復(fù)雜，通過試驗手段難以進(jìn)行觀察和測量，因此，為了深入研究此課題，本文就以計算機數(shù)值模擬技術(shù)為手段，探究考慮金屬氣氛下電弧等離子的行為特性，有助于更好

2、選擇電弧焊接參數(shù)，穩(wěn)定焊接過程，保證焊接質(zhì)量。
　　首先，以熔化極氣體保護焊(MIG焊)為主要研究載體，不考慮熔滴過渡這一物理化學(xué)過程，掌握和運用連續(xù)性方程、動量守恒方程、能量守恒方程和電磁場方程以及組分輸運方程組成方程組，在深刻理解電弧等離子原理、組成和產(chǎn)生機理的前提下，應(yīng)用FLUENT仿真軟件，建立考慮金屬蒸汽下電弧等離子二維軸對稱數(shù)學(xué)模型，簡化陰極，并選取合理的計算方法進(jìn)行計算。
　　其次，從兩個方面入手來進(jìn)行本課題的

3、研究。一方面，模擬計算出無金屬蒸汽典型電弧等離子溫度場與有金屬蒸汽但不考慮輻射能損失電弧等離子溫度場，對比得出結(jié)論:金屬蒸汽會使電弧形態(tài)明顯收縮且電弧整體溫度明顯下降，在研究電弧等離子體特性時，尤其是熔化極氣體保護焊，將金屬蒸汽考慮在內(nèi)十分有必要;另一方面，在考慮金屬蒸汽氣氛下這個大前提之下，模擬計算不考慮輻射能電弧的一系列物理場（溫度、電勢、電流密度和金屬蒸汽的摩爾分?jǐn)?shù)）與考慮輻射能電弧的一系列物理場（溫度、電勢、電流密度和金屬蒸汽的

4、摩爾分?jǐn)?shù)）后，對應(yīng)比較，得出結(jié)論:考慮輻射能下的電弧等離子體溫度進(jìn)一步下降，電弧形態(tài)進(jìn)一步收縮;電弧電壓和電流的峰值和整體范圍都增大;Fe蒸汽分布更為廣泛。確定當(dāng)有金屬蒸汽進(jìn)入電弧時，必須將輻射能考慮在內(nèi)。
　　最后，研究焊接電流、金屬蒸汽蒸發(fā)率和保護氣體流量對考慮金屬蒸汽下電弧等離子體的影響。結(jié)果表明:增大焊接電流，電弧溫度升高，形態(tài)收縮，輻射能損失加劇;增大金屬蒸汽蒸發(fā)率，電弧溫升高，但幅度不大，形態(tài)收縮，輻射能加劇;低氣流量