绝缘固壁约束超窄间隙TIG焊接电弧特性的数值模拟

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超窄间隙TIG焊接方法兼具TIG焊接方法和超窄间隙焊接技术的优势,生产效率高,接头力学性能优良。但是,超窄间隙坡口侧壁改变了TIG焊(钨极惰性气体保护焊)电弧电场分布,从而导致电弧电流向侧壁分流,容易引起底角熔合不良的缺陷。  本文针对这一问题提出绝缘固壁和片状钨极联合调控电弧的新思路,并基于流体力学和麦克斯韦方程组建立超窄间隙焊接过程绝缘固壁约束片状钨极电弧数学模型。在此基础上利用Fluent软件计算了不同焊接工艺参数下约束电弧物理场分布,模拟数据与试验数据一致。结果表明,绝缘固壁约束作用、片状钨极对电弧电流的引导作用及电弧惯性后拖效应的综合影响是改变电弧物理场分布的主要因素;约束电弧温度场、流场、电场及电流密度仅相对于超窄间隙坡口宽度方向对称分布;超窄间隙坡口长度方向温度场和电场发生扩展,且电弧高温区、阴极射流及电流密度均沿该方向产生偏移;绝缘固壁的约束作用越强,电弧高温区、阴极射流和电流密度偏移程度越大,且温度、流速及电流密度峰值均随约束作用增强而升高;调节约束高度能够提升电弧电流密度并限制侧壁分流,改变约束宽度仅能增加电流密度;采用较大的焊接电流,能够使电弧温度、流速及电流密度峰值增加,同时电弧高温区、阴极射流及电流密度将进一步向放电间隙小的位置偏移;较小的弧长会使超窄间隙坡口长度方向电弧温度场收缩,且电弧温度及电流密度峰值均随之增加。
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