外加縱向磁場(chǎng)作用下TIG焊熔池溫度場(chǎng)和流動(dòng)的數(shù)值模擬.pdf

1、電磁攪拌焊接技術(shù)是一種改進(jìn)和優(yōu)化焊接工藝的有效方法,通過(guò)在焊接過(guò)程中添加外加磁場(chǎng),控制電弧形態(tài),進(jìn)而影響母材的加熱和熔化,同時(shí)對(duì)焊接熔池進(jìn)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(chǎng)下TIG焊接5mm厚的AZ91鎂合金板的過(guò)程,通過(guò)流體力學(xué)方法研究外加縱向磁場(chǎng)下熔池的變化情況,分析外加磁場(chǎng)強(qiáng)度、焊接速度和焊接電流對(duì)熔池溫度場(chǎng),流場(chǎng)以及熔池形狀的影響。
　　本文建立了一個(gè)外加縱向磁場(chǎng)TIG熔池的數(shù)值模型,

2、使用 ANSYS軟件中的Fluent模塊計(jì)算AZ91鎂合金TIG焊熔池的溫度場(chǎng)與速度場(chǎng)。利用Matlab擬合出不同外加磁場(chǎng)強(qiáng)度下陽(yáng)極表面的熱流密度和電流密度的函數(shù)表達(dá)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(jì)算結(jié)果表明,在磁場(chǎng)強(qiáng)度為0-0.05T焊接電流為200A,焊接速度為7mm/s時(shí),外加縱向磁場(chǎng)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(chǎng)強(qiáng)度的增大,

3、熔池的長(zhǎng)度和寬度呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì),熔池長(zhǎng)度在B=0.02T時(shí)達(dá)到最大值19.8mm,而熔池的寬度在B=0.03T時(shí)達(dá)到最大值14.4mm。焊接電流為200A,外加磁場(chǎng)強(qiáng)度為0.02T,焊接速度為5mm/s-10mm/s時(shí),隨著焊接速度的增加,外加磁場(chǎng) TIG焊熔池的最高溫度逐漸下降,熔池的長(zhǎng)度和寬度均變小,熔池長(zhǎng)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(shí),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(chǎng)強(qiáng)度為0.02T,焊接電流為160A-260A時(shí),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(jìn)熔池的流動(dòng),在當(dāng)焊接電流低于200A時(shí),工件不能被焊透。
　　在外加縱向磁場(chǎng)作用下,熔池區(qū)的液態(tài)金屬在附加磁場(chǎng)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(yùn)動(dòng),造成熔池尾部出現(xiàn)不對(duì)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(chǎng)的方向,正向外加縱向磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)

5、液態(tài)金屬做順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),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(chǎng)方向?yàn)樨?fù)時(shí),液態(tài)金屬的流動(dòng)方向是逆時(shí)針,造成了熔池尾部在y軸負(fù)方向出現(xiàn)偏移。
　　在不同強(qiáng)度(B0=0,0.01T,0.02T,0.03T,0.04T,0.05T)的外加縱向磁場(chǎng)作用下,熔池內(nèi)液體的流動(dòng)速度會(huì)發(fā)生變化,隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的提高,液態(tài)金屬的最高旋轉(zhuǎn)速度增加,從無(wú)外加磁場(chǎng)時(shí)的0.073mm/s增大到外加磁場(chǎng)強(qiáng)度為0.0