微束等离子弧焊电弧多物理场耦合

对微束等离子弧焊电弧温度场、流场、电磁场、电弧压力场进行了计算分析.结果表明,轴向和径向温度分别随距钨棒端部和电弧轴中心距离的增加而降低;轴向流速经一段时间后趋于稳定,喷嘴内等离子体径向流速较喷嘴外小,且喷嘴内外流场方向相反;电磁力随距钨棒端面距离的增加而减小,喷嘴内较喷嘴外大,且喷嘴内外电磁力方向也不完全一样;阳极表面上的电弧压力远小于普通等离子弧焊的电弧压力.此外,各物理场之间相互耦合.高速摄影相机拍摄后经处理得到的电弧等灰度线分布与数值模拟轴向等温线分布趋势一致;三维动态光谱检测系统检测计算得到的径向温度分布与数值模拟得到的径向温度分布一致.

微束等离子弧焊电弧温度场的数值模拟

建立了微束等离子弧三维有限元模型,考虑了阴极钨棒以及喷嘴的约束,采用ANSYS软件对微束等离子弧的温度场进行了数值模拟,比较了不同焊接电流以及不同阴极端面形状对电弧温度场的影响,并通过光谱检测计算对电弧端面温度场分布进行了试验验证。研究结果表明,在焊接电流为2 A,离子气体流量0.5 L/min的工艺条件下,微束等离子弧焊时在靠近阴极端部电弧的温度达到了15 000 K,电弧端面温度场的光谱检测计算结果与模拟结果一致;在电流较大以及阴极端面较小的情况下,微束等离子弧的最高温度得到了提高。

微束等离子弧焊气体流量配比的数值模拟

等离子弧焊电弧稳态性好,电弧能量高,穿透力强,能实现单面焊双面成形,特别适合超薄板的焊接。在焊接过程中,电弧的形态和稳定性以及对工件的热输入对焊缝成形和焊接质量的影响都是显著的,单从工艺试验和电弧宏观上的表现无法准确反映电弧与焊接质量的关系。得益于计算机技术的快速发展和有限元分析软件在焊接领域的应用,利用ANSYS有限元分析软件,建立了电弧的三维有限元模型,比较不同离子气与保护气流量的配比的电弧温度场、流场、电磁力和电弧压力的分布特征,通过数据分析,选择合适的气体流量配比,为工艺试验提供可靠的数据参考。