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等离子弧定点焊熔池穿孔过程的数值分析

王小杰武传松陈茂爱

金属学报 doi:10.3724/SP.J.1037.2010.00021

利用Level-Set理论与方法追踪小孔界面的演变过程, 建立了等离子弧定点焊熔池与小孔的数学模型, 对不锈钢试件等离子弧定点焊熔池的穿孔过程进行数值模拟,获得了多种工艺条件下熔池与小孔形状和尺寸的动态变化数据. 结果表明,6 mm厚度不锈钢试件等离子弧定点焊, 当焊接电流为170和180 A时, 分别在2.7和2.5 s形成贯穿工件厚度的小孔; 等离子弧定点焊过程中, 小孔断面的形状由开始的U字型转为V字型, 穿透工件后又呈现类似双曲线型. 通过测量熔池穿孔时刻的等离子弧尾焰电压信号, 对数值分析结果进行了实验验证.

关键词: 等离子弧定点焊 , keyhole , weld pool , numerical simulation

等离子弧焊接穿孔、传热与流动的耦合过程

李岩 , 冯妍卉 , 张欣欣 , 武传松

工程热物理学报

本文建立了考虑穿孔效应的等离子弧焊接传热与流动的三维数学模型.在该模型中,开发出一种新颖的随小孔连动的热源模型,即能量密度仿照实际的焊接热物理过程随小孔增长而动态变化,有效地表征了热量沿厚度方向传输过程.同时应用体积流函数(VOF)方法追踪小孔界面,将小孔深度作为热源参数调控热源分布,实现了穿孔过程与熔池内传热及流动的动态耦合.针对实验工况,数值求解了穿孔焊接过程中动态热量传输和相应的焊接温度场,并考察了小孔界面及其周围熔融金属流动的演变过程;焊接熔池形状尺寸和焊件穿孔时间的计算值与实验数据吻合较好,验证了本文模型的正确性.

关键词: 热源模型 , 熔体流动 , 体积流函数 , 小孔 , 等离子弧焊接

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