在预留间隙TIG单面焊双面成形操作时,有经验的焊工为了获得熔透及成形良好的焊缝,通常需要使熔池前端形成熔孔。熔孔的出现不仅可以表征工件的熔透状态,其动态行为也与熔池温度场、流场变化及熔池稳定性紧密相关,从而影响焊缝的最终成形。随着计算机技术的发展,模拟越来越广泛地应用在焊接领域,不仅可以获得工艺试验过程中难以观测到的数据,还可以进一步地节约成本。因此利用模拟手段探究不同焊接工艺参数下,熔孔行为与熔池稳定性之间的联系,对于自动化焊接过程中将熔孔作为实现焊缝良好成形的依据具有重要指导意义。本文针对预留对接间隙填丝TIG焊过程建立了三维瞬态数值模型。考虑间隙的影响,采用了随熔池自由表面变形自适应的组合式热源模型,并引入了热量守恒参数;考虑间隙及熔孔存在对电弧造成的影响,分别引入了上表面及间隙热源热量调控参数;建立了与热源模型相对应的电弧压力模型;在合理假设下建立了熔滴过渡模型。利用ANSYS FLUENT软件,分别模拟了间隙为1.3 mm、1.5 mm、1.7 mm,焊接速度为220 mm/min以及间隙为1.5 mm,焊接速度为180 mm/min、140 mm/min的填丝TIG焊过程。综合分析了不同预留对接间隙条件下的熔池温度场、流场及熔孔演变。随着间隙尺寸的增加,焊缝背部余高增加。间隙为1.3 mm时,焊接过程中无熔孔出现,液态金属向焊接方向流动趋势最强,向下流动趋势最弱,背部焊缝存在内凹现象;间隙为1.5mm或1.7 mm时,焊接过程中均形成熔孔,液态金属向下流动趋势较间隙1.3 mm时更强。间隙为1.5 mm,焊接速度为220 mm/min时,在熔孔相对稳定存在阶段,背部熔孔宽度浮动范围为2.21 mm至2.46 mm,背部熔孔长度浮动范围为2.43 mm至2.97 mm;随着间隙增加至1.7mm,熔孔相对稳定存在时间缩短,背部熔孔宽度在2.47 mm至2.59mm之间波动,当熔孔长宽比超过1.31时,熔孔发生纵向失稳。综合分析了间隙为1.5 mm时不同焊接速度条件下的熔池温度场、流场及熔孔演变。随着焊接速度的减小,工件熔透时间缩短,熔池向前推进速度下降,熔孔后壁面上流体环向流动趋势减弱,流体沿熔孔壁面向下流动趋势增加,熔孔相对稳定存在时间缩短,背部熔孔平均宽度增加。当背部熔孔宽度超过2.87mm时,熔孔均存在失稳倾向,此时熔孔表现为横向扩张。不同工艺条件下,该焊接过程中熔池纵截面内流体均存在两种不同的流动趋势:流体的顺时针及逆时针环流。两种不同的流体流动趋势一方面保持熔池不断前移,另一方面使熔池上表面保持相对平直状态向前推进。熔孔纵向及横向失稳均导致熔池彻底失稳,并伴随熔孔宽度及长度的迅速增加。