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《GTA焊接电弧与熔池系统的双向耦合数值模拟》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第卷第期今漓学玻年月盯‘焊接电弧与熔池系统的双向藕合数值模拟‘雷永平顾向华史耀武村川英一北京工业大学材料科学与工程学院,北京西安交通大学机械工程学院,西安日本大阪大学焊接研究所,大阪摘要建立了焊接过程电弧与熔池双向藕合统一数学模型该模型考虑了熔池自由表面变化对电弧和熔池的影响,并通过不断更新自由表面形状实现了电弧与熔池相互捆合电弧和熔池的两组控制及辅助方程采用有限差分法进行求解计算中采用了适体坐标系以确定不断变化的自由表面形状用所建模型对不锈钢材料的定点焊接过程进行了数值计算分析,取得了良好效果关键词飞人焊接,电弧与熔池,相互作用,数值模拟中,文献标识码文章编号一一一图
2、法分类号户匕一吸军丫入一丫一石皿儿几卯‘夕,爪夕入,石叮儿,对呱且兀注体吸爪己无沪,叭,,,,七,,,,‘夕忍忍,。乞叩”,坛妙乞二,吻一一于勿,,,,,符号说明电荷,液相分数元素艺的活度今入石重力加速度,·表面张力常数,一一焙,一·周向磁场,一··对流辐射联合换热系数,一一··,一一常压热容,弄,几径向和轴向电流密度一兀渗透率,一一国家项目“新”常数一代钢铁材料重大基础研究表面偏聚嫡常数,一和留学回国人员基金资助项目,收到初稿一一,一一压力日期收到修改稿日期,作者简介雷永平,男,年生,博士,副教授电弧压力金属学报卷甲欲气体常数表面形状的影响,所以,只能说是电弧与熔池的
3、单向祸合求几,,径向和轴向坐标解最近等也采用了上述方法分别对焊接,·一辐射热损失电弧和熔池进行了模拟,分析了钨极不同尖端角度和熔池变量毋的广义源项表面下凹深度对电弧形态的影响等曾将,温度焊接电弧与试样热传导过程作为一个统一体系,实现了焊,天液相线和固相线温度,接电弧与被焊试样温度场的整体求解但他们并没有考虑熔点温度,试样熔池形成引起的流体流动和熔池自由表面的变形参考温度,本文将,定位焊接电弧与熔池作为研究整体,建环境温度,立了电弧熔池系统的统一数学模型,通过动态交互边时间,,,·界条件的不断更新实现了电弧熔池系统双向祸合求一牡,径向和轴向速度,·一解本研究是超细晶粒钢焊
4、接过程组织演化数值模拟与仿△熔化潜热·,△标准吸附热一一真前期工作的一部分考虑到不锈钢材料在公,,口热膨胀系数一开的文献中可获得较完整的热物理参数所以首先以此材,,·表面张力一料的熔化过程为研究对象以考核模型和算法的正确性守·熔点表面张力,一守,控制方程和辅助方程一一一几表面饱和过剩乡广义扩散系数基本假设体,表面发射率以定位焊接过程为建模基础基本模型如图,·一一热导率所示拼闪脚祝乘子以·,’一一电弧等离子体动力粘度一·,’一一液态金属动力粘度,空间磁导率,一石、、变换后的坐标系,密度’一电导率,一一电势,】在焊接过程中,焊缝的形成始终伴随着电弧与熔池的双向作用在电弧作用
5、下,工件发生熔化,形成熔池而一旦形成熔池后其表面发生的、图定点焊接示意图许多物理化学过程合金元素的汽化表面活性元素的偏聚、自由表面变形、表面张力诱导的流体流动与传热、表即,,,,,杭、、面辐射与对流等又对电弧的热电力作用行为产生影响因此,从本质上看,电弧和熔池构成一个相互作用的对于焊接电弧的主要假设为,统一体然而,迄今为止,关于,焊接过程的模拟大电弧是轴对称的且处于层流状态都将电弧和熔池作为独立研究对象,二者的相互作用是通电弧等离子体处于局部热平衡状态过适当的边界条件实现的等离子体具有光学薄层特性,即辐射的重新吸收等曾分别对定位焊接电弧和熔池进行和总辐射相比可忽略不计了
6、数值模拟他们在模拟电弧时将熔池自由表面处理成一浮力和粘性热耗散忽略不计个具有某一特定形状的刚性表面,以考虑熔池表面变形对对于焊接熔池的主要假设为,电弧形态的影响,而后用求得的表面热流分布和电流密度流体流动和传热是轴对称的熔池内的流体为不分布作为求解熔池流体流动和传热的边界条件可见,由于可压层流体这种求解方法采用了假设的熔池表面形状,不能完全真实除表面张力温度系数、比热和热导率外,其余热反映求解条件下电弧与熔池双向藕合作用,只反映了熔池物理常数与温度无关假设成立表面形状对电弧形态的影响,而没有反映电弧形态对熔池电弧压力只与熔池表面的下凹有关期雷永平等焊接电弧与熔池系统的双
7、向藕合数值模拟控制方程糊状区内流休流动液固混合区的流体根据以上假设,在圆柱坐标下,用以描述,焊接流动按多孔介质处理,在径向和轴向动量方程中分别引入一,电弧和熔池系统的统一模型控制方程组通用形式为一个与温度有关的项。一渗透率按下式,口毋,二。毋、计算一一不丁一一一不,牡梦一义必十不甲少十石口︸、了,,一。拿婴争,,一豁珊刀全全其中少为通用变量取不同的量时上式表示不同的方程,毋时为连续性方程必二。和时分别为径向和轴向的动量方程少时为能量方程焙的形式在液相区,,动量方程中的速度即实际流速,乡和争是与之对应的广义扩散系数和广义源项在固相区,一,动
