非熔化極焊接電弧仿真研究.pdf

1、非熔化極電弧焊接具有無飛濺，焊接質(zhì)量好等優(yōu)點，但是焊接效率低，熔敷效率慢等制約了其發(fā)展。鎢極氬弧焊接與等離子弧焊作為非熔化極電弧焊，其焊接電弧卻有著較大的能量密度差距。等離子弧焊電弧是在鎢極氬弧焊接的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，具有較高的能量密度、等離子流力，可以實現(xiàn)單面焊雙面成形，具有較高的焊接效率、熔敷效率，因此具有廣泛的前景。由于穿孔型等離子弧焊焊接過程中的小孔難以控制，使得其應(yīng)用受到約束。焊接電弧作為焊接過程中的熱源與力源，對焊接過程中小

2、孔的形成與熔池的形貌有著重要的作用，所以對等離子弧焊過程中電弧的傳熱及傳質(zhì)影響的研究非常必要。本文對自由電弧與等離子弧焊電弧進行數(shù)值模擬，同時利用高速攝像技術(shù)對電弧形態(tài)與熱絲下熔滴過渡分析，以確定其傳熱及傳質(zhì)情況。
　　根據(jù)流體力學(xué)中的質(zhì)量連續(xù)、動量守恒、能量守恒及磁矢量分量方程，建立二維軸對稱自由電弧數(shù)學(xué)模。對自由電弧的溫度場、電磁場、流場等進行了分析，與采用麥克斯韋方程組文獻結(jié)果進行對比，結(jié)果表明二者分布趨勢較吻合。
　

3、　建立二維約束型等離子弧焊電弧數(shù)學(xué)模型，確立其邊界條件，采用SIMPLE算法，對等離子弧焊電弧特性進行計算。在相同焊接電流140A下等離子弧焊電弧與自由電弧比較發(fā)現(xiàn)，等離子弧焊電弧在陽極工件附件更是高達15000K比自由電弧陽極處高5000K左右；等離子弧焊電弧軸向上最大等離子流速是自由電弧的2倍；作用在陽極工件上的電弧壓力更是自由電弧的20倍。同時改變焊接電流、等離子氣流量、鎢極內(nèi)縮量、噴嘴孔徑等參數(shù)，對等離子弧焊電弧的溫度場、電磁場

4、、流場等情況進行了分析模擬，結(jié)果表明焊接電流增大120A，等離子弧焊電弧溫度可以提高1000K以上，等離子流速提高了13.6％-19%，陽極電弧壓力提高近200Pa。等離子氣流量的增加主要是等離子流速和電弧壓力影響較大。在提高單位體積流量的等離子氣流量后可以使其流速提高20%以上，陽極工件電弧壓力更是提高300Pa以上。同時鎢極內(nèi)縮量的增大、噴嘴孔徑的縮小均可以提高電弧溫度、等離子流速及陽極工件電弧壓力，有利于焊接效率提高。對等離子弧焊