GTAW電弧熔池行為的數(shù)值模擬.pdf

1、鎢極氬弧焊（GTAW）因其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，如焊縫美觀、焊接質(zhì)量好、智能自動(dòng)化程度高等，使其廣泛應(yīng)用在各制造領(lǐng)域上。在GTAW的焊接過(guò)程中，電弧、熔池的行為特征影響著焊接質(zhì)量，因此對(duì)其電弧、熔池的行為特征進(jìn)行研究是改善焊接質(zhì)量的基礎(chǔ)。然而，由于電弧、熔池的特殊屬性使得難以通過(guò)常規(guī)的辦法對(duì)其進(jìn)行觀察、測(cè)量、研究。計(jì)算機(jī)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，使得數(shù)值模擬技術(shù)已逐漸在各領(lǐng)域取得了相對(duì)較為廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)如今，憑借數(shù)值模擬技術(shù)對(duì)相關(guān)焊接問(wèn)題進(jìn)行研究已成為研究

2、焊接問(wèn)題的一種新興方法。本文通過(guò)對(duì)GTAW進(jìn)行數(shù)值模擬，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)GTAW的電弧及熔池行為的研究。
　　首先，基于GTAW的特點(diǎn)以及在流體力學(xué)理論基礎(chǔ)上建立了電弧、熔池全耦合下的二維瞬態(tài)GTAW軸對(duì)稱數(shù)學(xué)模型，憑借Fluent軟件以及對(duì)其UDF模塊的二次開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)了對(duì)數(shù)學(xué)模型控制方程組的求解。
　　其次，采用基本算例與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方式，對(duì)所建的GTAW模型進(jìn)行驗(yàn)證，通過(guò)比對(duì)分析說(shuō)明本模型是滿足要求的。然后，本文在基本算例的基

3、礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行擴(kuò)展、修正、優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)Ar、He混合氣體保護(hù)下GTAW電弧、熔池的研究。
　　最后，本文對(duì)基本算例、擴(kuò)展算例的求解結(jié)果進(jìn)行后處理，處理后的結(jié)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(yáng)，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(xiàn)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(xiàn)出進(jìn)一步加強(qiáng)的趨勢(shì)。無(wú)論是在純氬氣，還是在混合氣體的保護(hù)下，GTAW的熔池所受的電磁力、表面張力均是熔池形狀動(dòng)態(tài)演變的主要源動(dòng)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(qū)動(dòng)力。然而，混合氣體中He的加入使熔池流動(dòng)情況發(fā)生較大的變化，He的含量對(duì)熔池內(nèi)主導(dǎo)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