外加縱向磁場作用下TIG焊熔池溫度場和流動的數(shù)值模擬.pdf

1、電磁攪拌焊接技術(shù)是一種改進和優(yōu)化焊接工藝的有效方法,通過在焊接過程中添加外加磁場,控制電弧形態(tài),進而影響母材的加熱和熔化,同時對焊接熔池進行攪拌,改變?nèi)鄢亟饘俚慕Y(jié)晶狀況,從而提高焊接質(zhì)量。本文研究了外加縱向磁場下TIG焊接5mm厚的AZ91鎂合金板的過程,通過流體力學(xué)方法研究外加縱向磁場下熔池的變化情況,分析外加磁場強度、焊接速度和焊接電流對熔池溫度場,流場以及熔池形狀的影響。
　　本文建立了一個外加縱向磁場TIG熔池的數(shù)值模型,

2、使用 ANSYS軟件中的Fluent模塊計算AZ91鎂合金TIG焊熔池的溫度場與速度場。利用Matlab擬合出不同外加磁場強度下陽極表面的熱流密度和電流密度的函數(shù)表達式,將熱流密度函數(shù)以邊界條件的形式加入工件上表面。計算結(jié)果表明,在磁場強度為0-0.05T焊接電流為200A,焊接速度為7mm/s時,外加縱向磁場的加入使熔池的最高溫度從1072K減少到865K,熔池表面的能量分布變得更均勻,熔池的溫度梯度變小。隨著外加縱向磁場強度的增大,

3、熔池的長度和寬度呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢,熔池長度在B=0.02T時達到最大值19.8mm,而熔池的寬度在B=0.03T時達到最大值14.4mm。焊接電流為200A,外加磁場強度為0.02T,焊接速度為5mm/s-10mm/s時,隨著焊接速度的增加,外加磁場 TIG焊熔池的最高溫度逐漸下降,熔池的長度和寬度均變小,熔池長度減小的幅度要小于熔池寬度減小的幅度。當(dāng)焊接速度大于7mm/s時,工件不能被焊透,熔深隨著焊接速度的增加而減小。當(dāng)焊接速

4、度為7mm/s,外加磁場強度為0.02T,焊接電流為160A-260A時,焊接電流的增加能顯著的增大熔池的最高溫度和熔池的尺寸,減小熔池后方的溫度梯度,促進熔池的流動,在當(dāng)焊接電流低于200A時,工件不能被焊透。
　　在外加縱向磁場作用下,熔池區(qū)的液態(tài)金屬在附加磁場力和表面張力的作用下產(chǎn)生平行于上表面方向的高速的旋轉(zhuǎn)運動,造成熔池尾部出現(xiàn)不對稱現(xiàn)象,尾部出現(xiàn)明顯的y方向偏移,并且偏移的方向取決于外加磁場的方向,正向外加縱向磁場驅(qū)動

5、液態(tài)金屬做順時針轉(zhuǎn)動,大量的高溫液態(tài)金屬堆積在y軸的正半軸一側(cè),造成了熔池尾部在y軸正方向出現(xiàn)了偏移。當(dāng)磁場方向為負(fù)時,液態(tài)金屬的流動方向是逆時針,造成了熔池尾部在y軸負(fù)方向出現(xiàn)偏移。
　　在不同強度(B0=0,0.01T,0.02T,0.03T,0.04T,0.05T)的外加縱向磁場作用下,熔池內(nèi)液體的流動速度會發(fā)生變化,隨著磁場強度的提高,液態(tài)金屬的最高旋轉(zhuǎn)速度增加,從無外加磁場時的0.073mm/s增大到外加磁場強度為0.0