针对mig焊接熔池形成与凝固过程数值模拟

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1、学兔兔www.xuetutu.com俘掳试验研究MIG焊接熔池形成与凝固过程数值模拟上海交通大学上海市激光制造与材料改性重点试验室(200240)吴东升华学明叶定剑张菁顾煜李芳摘要利用FLOW3D软件建立三维数学模型，模拟A36船用低碳钢熔化极惰性气体保护焊(MIG)的瞬态温度场和流场，分析起弧后熔池形成和熄弧后熔池凝固两个过程。采用了双椭球热源模型，考虑了重力、电弧压力、表面张力、电磁力、浮力，以及辐射、蒸发、熔滴的动态冲击作用。结果表明，熔池形成过程中，熔池前部发生下凹变形，熔深慢慢增大，达到准稳态后基本保持不变。电弧下方液态金属温度最高，最高温度随时间变化不大，熔

2、池内同时存在熔滴冲击力、电磁力引起的向内流动和表面张力引起的向外流动。熄弧后，熔池内只存在表面张力引起的向外流动，震荡幅度降低。熔池横截面具有一个较大的外接触角(均大于Ir／2)，此时尽管存在液态金属的震荡，熔池也是稳定的。模拟预测的焊缝尺寸，形状与试验吻合良好。关键词：A36低碳钢双椭球热源熔池流动熄弧熔池凝固中图分类号：TG402滴的动态冲击作用，利用VOF(volumeoffluid)方法来0前言追踪熔池的自由表面。CaoZ．[63在三维瞬态数值模型熔化极惰性气体保护焊(MIG)广泛应用于焊接生中将熔滴假设为具有一定尺寸、速度、温度的球状液产中。焊接过程中，焊丝和

3、工件之间产生电弧，焊丝熔滴，模拟了熔滴下落到熔池后所引起的热传递和流体化形成熔滴，熔滴慢慢长大，在重力、表面张力、电磁力流动效应。M．H．Cho7_也将熔滴近似为一个球状液等作用下脱落。工件在电弧热和熔滴周期性冲击下，滴，利用高速摄影获取熔滴的尺寸、速度、过渡频率，建熔化并形成熔池。立模型模拟脉冲MIG，并对比了测量与预测的焊缝尺熔池内的流体流动受到电弧压力、电磁力、重力、寸、瞬时半径和温度。HuJ．和TsaiH．L．建立了表面张力、浮力、熔滴冲击力等影响，对GMAW最终的一个二维模型研究电弧，电极的熔化，熔滴形成、分离焊缝成形具有重要影响。Y．Adonyi等人⋯研究表

4、明，和对熔池的冲击作用，熔池内的流动，熄弧后电极和熔作用在熔池表面垂直方向上的电弧压力，主要引起熔池的凝固。池表面的变形。作用在熔池内的电磁力需要利用电流此外，M．Schnick_J“J，A．B．Murphy_J’J．Haidar密度分布来预测，钨极惰性气体保护焊(GTAW)的电等人_l在弧焊模型中还考虑了金属蒸发对熔池，电极流密度呈高斯函数分布J，由于受到熔滴过渡的影响，和熔滴的影响。HuJ．14]，ChenJ．¨，D．Cho等MIG的电流密度难以测量。表面张力梯度引起的对流人埔研究了MIG焊V形坡El焊中熔池流动情况。(Marangoni对流)对熔池形貌有重要影响，

5、C．R．HeipieChenM．J．[I2。。，M．H．Cho等人通过模拟熔池内和J．R．Roper发现，在GTAW焊接过程中，利用表面的流动情况来分析高速GMAW焊缝缺陷的形成原因。活性元素(如硫)可改变Marangoni对流的方向。相比起弧后熔池的形成过程已有详细的讨论，但是很GTAW，MIG焊熔池还受到熔滴的冲击作用，在数值模少有学者建立三维模型去研究熄弧后熔池的凝固过型中必须要将其考虑进去。M．Ushio和WuC．_4建立程。文中试图建立一个三维瞬态模型，考虑了重力、电了三维数值模型，研究移动MIG熔池内的流动和热传弧压力、表面张力、电磁力、浮力，以及辐射、蒸发

6、、熔滴递，熔滴对熔池的冲击力近似为一个恒定的力。Wang的动态冲击作用，研究起弧、熄弧后熔池内的流动。Y．和TsaiH．[53在静止GMAW焊数值模型中考虑了熔1试验过程MIG焊接工艺条件为：焊接电流300A，电压28V，收稿日期：2015—03—31基金项目：国家自然科学基金(51275299)焊接速度为0．6m／min，焊丝为1．2mm的JM53牌号62015年第9期学兔兔www.xuetutu.com学兔兔www.xuetutu.com学兔兔www.xuetutu.com学兔兔www.xuetutu.comrLrLrLrLrL学兔兔www.xuetutu.com]

7、"J1J1j]加J1J一试验研究r蜉搭ChoD，NaS，ChoM，eta1．AstudyonV—grooveGMAWMetallurgicalandmaterialstransactionsB，2007，38(2)：forvariousweldingpositions[J]．JournalofMaterialsPro—305—319．cessingTechnology，2013，213(9)：1640—1652．[22]GoldakJ，ChakravartiA．AnewfiniteelementmodelforChoD，SNa．Molte