TIG焊电弧-熔池传热与流动数值模拟

摘要：

针对钨极惰性气体保护(Tungsten inert gas,TIG)焊,采用一组满足整个求解域的偏微分方程组和合理的边界条件,建立包括钨极、电弧和母材的三维瞬态统一模型.以SUS304不锈钢为母材,求解获得电弧-电极(熔池)的温度场、流场、压力、电流密度、电磁力等结果,并与已有的试验结果和其他相关的研究结果做对比.在此基础上,通过分析阳极热输入,求得焊接热效率为86.3%.重点比较浮力、电磁力、等离子流拉力和Marangoni剪切力单独作用下的熔池流动特性,并将计算结果和格拉晓夫数Gr、磁雷诺数Rm和表面张力雷诺数Ma相结合,分析了这几种驱动力的相对作用大小,将计算结果和Peclet数Pe相结合强调了熔池热对流与热传导的相对作用.结果表明,与等离子拉力和Marangoni剪切力相比,浮力和电磁力对熔池对流的作用较小;等离子拉力和Marangoni剪切力处于同一数量级,而Marangoni剪切力大于等离子流拉力,两者共同作用使熔池表面金属由内向外流动.与热传导相比,熔池金属这种向外流动导致的热对流主导传热过程,是造成 TIG 焊宽而且浅的焊缝形貌的本质原因.

关键词：钨极惰性气体保护焊、统一模型、相对作用、流动、传热

所属期刊栏目：51

分类号：TG404(焊接、金属切割及金属粘接)

资助基金：国家自然科学基金资助项目51074084,51205179

在线出版日期：2015-08-07（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共10页

页码：69-78