气体熔池耦合活性TIG焊弧长影响电弧压力机理的数值分析_黄勇

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1、第４０卷第４期兰州理工大学学报Ｖｏｌ．４０Ｎｏ．４２０１４年８月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＬａｎｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＡｕｇ．２０１４文章编号：１６７３－５１９６（２０１４）０４－００２８－０４气体熔池耦合活性ＴＩＧ焊弧长影响电弧压力机理的数值分析黄勇１，２，张丹丹１，王新鑫１，王艳磊１，陆肃中１（１．兰州理工大学甘肃省有色金属新材料重点实验室，甘肃兰州７３００５０；２．兰州理工大学有色金属合金及加工教育部重点实验室，甘肃兰州７３００５０）摘要：针对气体熔池耦合活性ＴＩＧ（ＧＰＣＡ－ＴＩＧ）焊电弧

2、压力随弧长增加而减小的现象，运用ＦＬＵＥＮＴ软件及其ＵＤＦ的二次开发功能，建立ＧＰＣＡ－ＴＩＧ焊电弧的二维轴对称稳态模型，通过提取相同电流不同弧长等离子体轴向的电磁力和粘度，分析电弧压力随弧长增加而减小的机理．结果表明：随着弧长增加，沿电弧轴向的电磁力几乎没有变化，而近阳极表面的氩等离子体温度下降使其粘度增大，最终导致氩等离子体沿电弧轴向的流速下降，阳极表面的电弧压力下降．关键词：气体熔池耦合活性ＴＩＧ焊；数值分析；电磁力；粘度；电弧压力中图分类号：ＴＧ４０２文献标识码：ＡＮｕｍｅｒｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓｏｆｅｆｆｅ

3、ｃｔｏｆａｒｃｌｅｎｇｔｈｏｆｇａｓ－ｐｏｏｌｃｏｕｐｌｅｄａｃｔｉｖａｔｉｎｇＴＩＧｗｅｌｄｉｎｇｏｎａｒｃｐｒｅｓｓｕｒｅ１，２，ＺＨＡＮＧＤａｎ－ｄａｎ１，ＷＡＮＧＸｉｎ－ｘｉｎ１，ＷＡＮＧＹａｎ－ｌｅｉ１，ＬＵＳｕ－ｚｈｏｎｇ１ＨＵＡＮＧＹｏｎｇ（１．ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＧａｎｓｕＡｄｖａｎｃｅｄＮｏｎｆｅｒｒｏｕｓＭｅｔａｌＭａｔｅｒｉａｌｓ，ＬａｎｚｈｏｕＵｎｉｖ．ｏｆＴｅｃｈ．，Ｌａｎｚｈｏｕ７３００５０，Ｃｈｉｎａ；２．ＫｅｙＬａｂｏ－ｒａｔｏｒｙｏｆＮｏｎｆｅｒｒｏｕｓＭｅｔａｌＡ

4、ｌｌｏｙｓ，ＴｈｅＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，ＬａｎｚｈｏｕＵｎｉｖ．ｏｆＴｅｃｈ．，Ｌａｎｚｈｏｕ７３００５０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｅｄａｔｔｈｅｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎｔｈａｔｔｈｅａｒｃｐｒｅｓｓｕｒｅｏｆｇａｓ－ｐｏｏｌｃｏｕｐｌｅｄａｃｔｉｖａｔｉｎｇＴＩＧ（ＧＰＣＡ－ＴＩＧ）ｗｅｌｄｉｎｇｄｅｃｒｅａｓｅｓｗｉｔｈｔｈｅａｒｃｌｅｎｇｔｈ，ａｔｗｏ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌａｘｉｓｙｍｍｅｔｒｉｃｓｔｅａｄｙ－ｓｔａｔｅｍｏｄｅｌｏｆｉｔｓｅｌｅｃ－ｔｒｉｃａｒｃｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈ

5、ｅｄｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｓｏｆｔｗａｒｅＦＬＵＥＮＴａｎｄｔｈｅｓｅｃｏｎｄａｒｙｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｕｓｅｒｄｅｆｉｎｅｄｆｕｎｃｔｉｏｎｓ（ＵＤＦ）．Ｔｈｅａｘｉａｌｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｆｏｒｃｅａｎｄｖｉｓｃｏｓｉｔｙａｌｏｎｇｔｈｅｓｙｍｍｅｔｒｙ－ａｘｉｓｏｆｐｌａｓｍａｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｒｃｌｅｎｇｔｈａｎｄｉｄｅｎｔｉｃａｌｃｕｒｒｅｎｔａｒｅｅｘｔｒａｃｔｅｄｔｏａｎａｌｙｚｅｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｄｅｃｒｅａｓｅｏｆａｒｃｐｒｅｓｓｕｒｅｗｉｔｈａ

6、ｒｃｌｅｎｇｔｈ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅａｘｉａｌｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｆｏｒｃｅｏｆａｒｃｐｌａｓｍａａｌｍｏｓｔｄｏｅｓｎｏｔｃｈａｎｇｅｗｉｔｈａｒｃｌｅｎｇｔｈ，ｗｈｉｌｅｔｈｅｖｉｓｃｏｓｉｔｙｏｆａｒｇｏｎｐｌａｓｍａｎｅａｒａｎｏｄｅｓｕｒｆａｃｅｗｏｕｌｄｉｎｃｒｅａｓｅｂｅｃａｕｓｅｏｆｔｈｅｄｅｃｒｅａｓｅｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｔｈｅｒｅｉｎ，ｒｅｓｕｌｔｉｎｇｉｎｔｈｅｄｅｃｒｅａｓｅｏｆａｘｉａｌｖｅｌｏｃｉｔｙｏｆａｒｇｏｎｐｌａｓｍａｆｌｏｗａｎｄｔｈｅａｒｃ

7、ｐｒｅｓｓｕｒｅｏｎａｎｏｄｅｓｕｒｆａｃｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｇａｓｐｏｏｌｃｏｕｐｌｅｄａｃｔｉｖａｔｉｎｇＴＩＧｗｅｌｄｉｎｇ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｆｏｒｃｅ；ｖｉｓ－ｃｏｓｉｔｙ；ａｒｃｐｒｅｓｓｕｒｅ近年来提出的活性ＴＩＧ焊得到了学者们的广流动，内层气体保护电弧和熔池，外层气体在电弧中泛关注，但由于其需要在待焊工件表面手工涂覆活分解后实现与熔池的耦合，可以获得良好的焊缝成性剂，限制了其应用．课题组通过改变焊枪结构引入形，同时又能增加焊缝熔深．活性元素，提出了一

8、种新型活性焊接方法—气体熔电弧压力是焊接过程中决定焊接熔池熔深的一池耦合活性ＴＩＧ焊，简称ＧＰＣＡ－ＴＩＧ（ｇａｓｐｏｏｌ个重要参数，电弧压力较大时可以增大熔池熔深，但ｃｏｕｐｌｅｄａｃｔｉｖａｔｉｎｇ，ＴＩＧ）焊，通过将内外层气体分层当电弧压力过大时则可能引起焊道咬边、焊穿等焊接缺陷．因此，搞清楚电弧压力的影响因素对实际焊［１］