氩氮保护tig焊电弧特性的模拟研究

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1、江苏大学硕士学位论文摘要氩氮混合气体保护的TIG焊接电弧因为同时具有氩气电弧和氮气电弧的特性，具有高的热特性，因此越来越受到关注。本文运用ANSYS软件对氩氮保护直流TIG焊电弧进行数值模拟，同时对氩氮保护TIG焊接电弧的电特性和热特性进行了实验研究。本文根据磁流体动力学理论，应用流体动力学方程和麦克斯韦方程，建立直流氩氮气体保护TIG焊电弧轴对称数学模型，并以之模拟焊接电弧的热过程和流体流动。模型中采用了符合实际的具有尖端的阴极形状，选取合理的边界条件，氨气和氮气物性参数对温度高度非线性，计算电场时将阴极和弧

2、柱结合起来，避免对阴极电流密度分布的假设。在ANSYS软件分析中采用模块化计算，分别建立温度场、电磁场和流场的几何模型，相互调用计算结果迭代运算。采用温升法测量了电弧的热功率和静特性。通过测试发现，随着氮气含量的增大，电弧电压逐渐增大。对电弧热功率的计算表明，随着氮气含量的增加，不仅总的电弧热功率增加，阳极热功率占整个电弧热功率的比例明显提高。验证了氩氮电弧的高热特性。直流氩氮保护TIG焊电弧数值模拟的结果表明：随着氮气含量的增加，电弧的温度、电流密度以及等离子体速度均增大，符合实验所测定的氩氮电弧的高热特性。

3、ANSYS强大的矢量图示功能使得对电弧内部离子运动以及各种场的实际分布非常直观。对直流氩氮TIG焊电弧的模拟为实现焊接过程的虚拟制造奠定了基础，为熔池行为的研究提供了最重要的熔池表面电流密度分布和电弧压力分布的边界条件。关键词：氩氮保护、TIG焊电弧、数值模拟、电弧磁流体动力学、ANSYS分析软件江苏大学硕士学位论文ABSTRACTN2一心protectingTIGweldingarchasbeentookintoaccountedforitspeculiaritybothN2protectingTIGweld

4、ingarcandArprotectingTIGweldingarCandhighcapacitydensity．InthisarticleANSYSsoftwareareusedtonumericalanalyzeofN2-心protectingTIGweldingarc，andelectricandthermalpeculiaritiesofarcareprovedbyexperimentsatthesametime．AnaxisymmetricmathematicalmodelofN2·mprotecti

5、ngTIGweldingarcisdevelopedaccordingtothetheoryofmagneticfluiddynamicsandtheweldingarcmaybedefinedbyfluiddynamicsequationandMaxwellequation．Heattransferandfluidflowofweldingarcareanalyzedbasingonmathematicalmodel．Actualsharpshapeofcathodeandreasonableboundary

6、conditionsandnonlinearcharacterofphysicalparameterofargongasandnitrogengasareadoptedinthemodel．Inthemodelcathodeandarccolumnareconductedtogetherincalculationonelectricfield，andtheassumptionmethodoncurrentdistributiondensityoncathodetiphasnotbeenused．Geometry

7、modelsaboutelectricfield，magneticfieldandplasmafluidfieldaredevelopedrespectively．ModularizationisadoptedinANSYSanalysisandtheanalysisresultsfromthesefieldsarerepeatedlycalledeachotheruntilsatisfactorylevel．ElevatedtemperaturemethodiSusedtomeasurethethermalp

8、owerandelectricalpropertiesofweldingarc．TheresultshowsthattheelectricvoltageincreasedwiththeenhancementofN2content，andthecalculationonthermalpowerindicatedwiththeenhancementofN2content，notonlyth