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考虑金属蒸汽的钨极惰性气体保护焊电弧与熔池交互作用三维数值分析

樊丁 黄自成 黄健康 王新鑫 黄勇

考虑金属蒸汽的钨极惰性气体保护焊电弧与熔池交互作用三维数值分析

樊丁, 黄自成, 黄健康, 王新鑫, 黄勇
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  • 基于局域热平衡状态假设并考虑金属蒸汽的作用, 建立了钨极惰性气体保护焊电弧与熔池交互作用的三维数学模型. 电弧等离子体的热力学参数和输运系数由温度和金属蒸汽浓度共同决定, 并使用第二黏度近似简化处理金属蒸汽在氩等离子中的输运过程. 在考虑熔池流动时, 主要考虑了浮力、电磁力、表面张力和等离子流拉力的作用. 通过对麦克斯韦方程组、连续性方程、动量守恒方程、能量守恒方程和组分输运方程的耦合求解, 得到了金属蒸汽在电弧中的空间分布、电弧和熔池的温度场、速度场和电流密度分布等重要结果. 通过与未考虑金属蒸汽的结果对比, 研究了熔池上表面产生的金属蒸汽对电弧等离子体行为的影响, 以及电弧等离子对熔池行为的影响. 结果表明, 金属蒸汽主要富集在熔池上表面附近; 金属蒸汽对电弧等离子体有明显的收缩作用, 而对等离子速度和电势影响较小; 金属蒸汽的出现对熔池上表面速度分布和剪切力分布以及熔池形貌并无明显影响. 求解结果与已有的实验结果和计算结果符合良好.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 51074084, 51205179)和甘肃省自然科学基金(批准号: 1010RJZA037)资助的课题.
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    Tanaka M, Yamamoto K, Tashiro S, Nakata K, Yamamoto E, Yamazaki K, Suzuki K, Murphy A B, Lowke J J 2010 J. Phys. D: Appl. Phys. 43 434009

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出版历程
  • 收稿日期:  2014-11-05
  • 修回日期:  2014-12-26
  • 刊出日期:  2015-05-20

考虑金属蒸汽的钨极惰性气体保护焊电弧与熔池交互作用三维数值分析

  • 1. 兰州理工大学材料科学与工程学院, 兰州 730050;
  • 2. 省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室, 兰州 730050
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号: 51074084, 51205179)和甘肃省自然科学基金(批准号: 1010RJZA037)资助的课题.

摘要: 基于局域热平衡状态假设并考虑金属蒸汽的作用, 建立了钨极惰性气体保护焊电弧与熔池交互作用的三维数学模型. 电弧等离子体的热力学参数和输运系数由温度和金属蒸汽浓度共同决定, 并使用第二黏度近似简化处理金属蒸汽在氩等离子中的输运过程. 在考虑熔池流动时, 主要考虑了浮力、电磁力、表面张力和等离子流拉力的作用. 通过对麦克斯韦方程组、连续性方程、动量守恒方程、能量守恒方程和组分输运方程的耦合求解, 得到了金属蒸汽在电弧中的空间分布、电弧和熔池的温度场、速度场和电流密度分布等重要结果. 通过与未考虑金属蒸汽的结果对比, 研究了熔池上表面产生的金属蒸汽对电弧等离子体行为的影响, 以及电弧等离子对熔池行为的影响. 结果表明, 金属蒸汽主要富集在熔池上表面附近; 金属蒸汽对电弧等离子体有明显的收缩作用, 而对等离子速度和电势影响较小; 金属蒸汽的出现对熔池上表面速度分布和剪切力分布以及熔池形貌并无明显影响. 求解结果与已有的实验结果和计算结果符合良好.

English Abstract

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