PAW焊接熔池-小孔流場(chǎng)與熱場(chǎng)動(dòng)態(tài)行為的數(shù)值分析.pdf

1、在穿孔等離子弧焊接(PAW)過(guò)程中，小孔的形成與維持涉及復(fù)雜的物理機(jī)制，其動(dòng)態(tài)演變過(guò)程(形成、維持、閉合)對(duì)焊縫熔深大小以及焊接質(zhì)量有著決定性的影響。熔池中出現(xiàn)小孔時(shí)，小孔與熔池相互影響相互作用，小孔形狀和尺寸的改變，直接影響到熔池中的流體流動(dòng)和傳熱過(guò)程；而熔池液態(tài)金屬流場(chǎng)與熱場(chǎng)也反過(guò)來(lái)影響小孔的形狀與尺寸。目前，對(duì)等離子弧焊接熔池與小孔相耦合的流動(dòng)與傳熱問(wèn)題，研究的還很不深入。通過(guò)數(shù)值分析，研究PAW焊接熔池與小孔的交互作用以及流場(chǎng)與

2、熱場(chǎng)的特點(diǎn)，對(duì)于優(yōu)化焊接工藝參數(shù)和過(guò)程控制，提高PAW工藝的裕度和過(guò)程穩(wěn)定性，具有重大的理論意義和工程實(shí)用價(jià)值。
　　 采用不銹鋼試件開(kāi)展了穿孔等離子弧焊接工藝試驗(yàn)。利用圖像采集系統(tǒng)測(cè)試了不同工藝條件下工件背面的小孔形狀與尺寸，焊后制作了焊縫橫截面的金相照片，獲得了焊縫輪廓形狀和尺寸。探討了工藝條件對(duì)穿孔過(guò)程和焊縫成形的影響機(jī)制。
　　 在深入分析等離子弧熔池流體流動(dòng)以及傳熱規(guī)律的基礎(chǔ)上，考慮熔池與小孔的耦合、交互作用，

3、建立了三維瞬態(tài)熔池和小孔熱場(chǎng)與流場(chǎng)的數(shù)學(xué)模型。模型中采用雙橢圓的電弧壓力分布模式，考慮了電磁力、浮力、重力以及表面張力的影響。采用流體體積函數(shù)法(VOF)計(jì)算小孔的形狀與尺寸，利用焓孔隙度法處理凝固熔化過(guò)程中相變潛熱以及動(dòng)量損耗問(wèn)題?？刂品匠滩捎糜邢摅w積法進(jìn)行離散，采用PISO算法求解離散的控制方程組。對(duì)FLUENT軟件進(jìn)行了二次開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)了穿孔等離子焊接過(guò)程的數(shù)值分析。
　　 針對(duì)穿孔等離子弧焊接的工藝特點(diǎn)，建立了隨小孔深度動(dòng)

4、態(tài)調(diào)整的組合式體積熱源模式?？紤]等離子弧焊接電弧的挖掘作用而形成的倒喇叭狀的焊縫形貌，體積熱源模型上部分采用雙橢球體熱源，下部分采用錐體熱源。計(jì)算過(guò)程中，在每個(gè)時(shí)間步后，根據(jù)小孔的深度變化對(duì)組合式體積熱源的有關(guān)分布參數(shù)加以動(dòng)態(tài)調(diào)整，描述了隨小孔變深等離子弧沿工件厚度方向的熱作用。
　　 利用建立的三維瞬態(tài)熔池和小孔熱場(chǎng)、流場(chǎng)的數(shù)學(xué)模型，采用動(dòng)態(tài)的組合式體積熱源模式，分別對(duì)6mm和8mm板厚的不銹鋼工件進(jìn)行了穿孔PAW焊接數(shù)值模擬