基于电弧-熔池耦合的小孔型等离子弧焊接简化模型

基于电场、磁场、温度场和流场的多物理作用,建立电弧与熔池耦合的等离子弧焊接模型,揭示小孔型模式的焊接熔池形成机制。计算结果表明电弧热流密度和压力均呈现高斯分布形式,并且压力作用范围比热作用范围小一半。发现焊接熔池形成过程具有明显的阶段性,前期增长较快,后期增速变缓,增速下降60%以上。等离子弧受到电磁力压缩作用,能量密度集中,电弧区的电磁力比熔池区高2个数量级。受电弧压力和Marangoni力、曳力等共同作用,熔池底部和顶部边缘分别出现对称分布的环流,熔池横截面逐渐形成"倒喇叭"状的焊缝。进行焊接试验,计算的焊缝熔合线和电弧压力均与试验结果吻合良好。模型能够简便快捷地为等离子弧焊接工程应用提供指导。