电弧增材制造具有成本低、设备简单、堆积效率高等优点,广泛应用于航空、汽车等领域。在电弧增材制造中,焊丝受热熔化形成熔滴,熔滴落入熔池后,在热和力的综合作用下流动并逐渐凝固形成最终的堆积层。熔滴的形状、尺寸、过渡频率以及融入熔池后的稳定过程直接影响着最终的成形质量,而引入外加磁场可以对熔滴过渡以及熔池的流动行为进行调节。基于此,本文采用FLUENT流体计算软件对单层单道增材制造中熔滴过渡行为以及融入熔池过程进行解析,探讨工艺参数及外加纵向磁场对该过程的影响机理,为实际生产提供理论参考。首先,根据流体动力学理论和电磁学理论,建立了熔滴过渡二维轴对称模型。计算了电流为175A时的大滴过渡行为并分析了熔滴内部的流场、压力场分布,分别计算并对比了电流为220A时射滴过渡、350A时射流过渡的电磁场分布,发现电磁力取代表面张力成为了熔滴过渡的主要作用力。计算了不同电弧扩展角度、电弧电导率及考虑金属蒸汽条件下的熔滴过渡过程,发现增加电弧扩展角或者提高电弧电导率会使熔滴过渡周期变短、熔滴体积缩小;金属蒸汽的存在会促使熔滴过渡周期变长、熔滴体积增大。然后,综合考虑重力、电磁力、表面张力、电弧压力以及热浮力,建立了熔池流动三维瞬态模型,对熔滴融入熔池的过程进行数值计算。计算结果表明滴状熔滴冲击对熔池自由液面造成的波动基本维持在10ms以内,前一滴熔滴的冲击基本不影响后一滴熔滴的融入,射流熔滴冲击时熔池表面会保持一个宽而深的大变形。提高堆积速度促使熔滴动量转化为后向动量,提高堆积电流促使熔滴动量转化为向下动量。最后,在模型中引入纵向稳态磁场,对熔滴过渡及熔池流动行为进行计算。结果表明,纵向磁场使熔滴沿中心轴线旋转,熔滴体积增大,过渡周期变长。磁场强度小于0.005T时熔滴由椭球形逐渐变为球形,磁场强度大于0.005T时熔滴由球形过渡为扁球形。纵向磁场对熔池产生搅拌作用,熔池内部水平流动趋势增强,熔滴融入熔池后大部分被牵引至前进方向的左侧,造成增材堆积层的层高减少、层宽增加。