变极性频率对铝合金变极性等离子弧穿孔立焊熔池稳定性的影响机理

为研究变极性频率(VPF)对变极性等离子弧焊熔池稳定性的影响机理,采用变极性有限元模型分析了小孔熔池的热力耦合过程。该模型基于计算流体力学(CFD)技术,能够实现变极性电弧对熔池热-力作用的周期性变化。此外,为了更准确地表达小孔边界上热量和力分布沿小孔深度的变化,还考虑了小孔的二次压缩效应对热流和电弧压力的影响。比较了不同VPFs条件下小孔边界的热-力振荡强度和熔融桥在临界穿透时的受力平衡情况。结果表明,在小孔形成过程中,随着VPFs的增大,小孔边界的电弧压力、热流密度和流动速度的“振荡强度”减小。另外,不同的热-力振荡条件引起熔池温度场的变化,进而导致熔池表面张力的变化,改变了熔融桥在穿透时的受力平衡条件,影响穿孔熔池的稳定性。当EP相电流占空比为1/5,VPFs大于33,小于83时,匙孔边界的热-力“振荡强度”较弱,熔融桥在临界熔透状态下能保持力平衡,熔池稳定。当VPFs小于33时,“振荡强度”较强,并且熔融桥的受力平衡被打破,熔池趋于被切割。当VPFs大于83时,虽然此时熔融桥“振荡强度”较弱,但因熔融桥受力平衡被打破,熔池处于不稳定状态。最后,通过熔合线形状、小孔穿透时间和焊缝背面小孔尺寸的比较,验证了所建立模型的准确性。