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(hù)氣的焊接工藝方法時(shí)，如MIG焊，氣體經(jīng)電離形成電弧等離子，必然會(huì)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(huì)對(duì)電弧溫度場(chǎng)等一系列物理場(chǎng)的認(rèn)識(shí)造成偏差，甚至導(dǎo)致焊接過(guò)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(guò)程極其復(fù)雜，通過(guò)試驗(yàn)手段難以進(jìn)行觀察和測(cè)量，因此，為了深入研究此課題，本文就以計(jì)算機(jī)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(guò)程，保證焊接質(zhì)量。
　　首先，以熔化極氣體保護(hù)焊(MIG焊)為主要研究載體，不考慮熔滴過(guò)渡這一物理化學(xué)過(guò)程，掌握和運(yùn)用連續(xù)性方程、動(dòng)量守恒方程、能量守恒方程和電磁場(chǎng)方程以及組分輸運(yùn)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(jī)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(duì)稱數(shù)學(xué)模型，簡(jiǎn)化陰極，并選取合理的計(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算。
　　其次，從兩個(gè)方面入手來(lái)進(jìn)行本課題的

3、研究。一方面，模擬計(jì)算出無(wú)金屬蒸汽典型電弧等離子溫度場(chǎng)與有金屬蒸汽但不考慮輻射能損失電弧等離子溫度場(chǎng)，對(duì)比得出結(jié)論:金屬蒸汽會(huì)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(shí)，尤其是熔化極氣體保護(hù)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(gè)大前提之下，模擬計(jì)算不考慮輻射能電弧的一系列物理場(chǎng)（溫度、電勢(shì)、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(chǎng)（溫度、電勢(shì)、電流密度和金屬蒸汽的

4、摩爾分?jǐn)?shù)）后，對(duì)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(shí)，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(hù)氣體流量對(duì)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