气体熔池耦合活性TIG焊电弧传热传质过程的数值分析

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1、万方数据第41卷第4期兰州理工大学学报VoL41No．42015年8月JournalofLanzhouUniversityofTechnologyAug．2015文章编号：1673—5196(2015)04-0015-05气体熔池耦合活性TIG焊电弧传热传质过程的数值分析黄勇，陆肃中，王新鑫，李慧(兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室，甘肃兰州730050)摘要：针对气体熔池耦合活性TIG焊电弧，建立焊接电弧传热传质过程的数学模型．采用简化阴极边界层模型对阴极与电弧耦合求解，计算得到气体熔池耦合活性T

2、IG电弧等离子的温度、氧气分布、等离子体流速、电势和电流密度等特征参数，并与传统TIG电弧进行对比．结果表明：氧气主要分布在电弧外围，只有少量进入电弧内部；与TIG电弧相比，相同焊接参数下气体熔池耦合活性TIG焊电弧温度上升，等离子体流速增大，电弧略有收缩，阳极表面电流密度、热流密度与电弧压力峰值均增大．关键词：气体熔池耦合活性TIG焊；双层气体；电弧；氧气；数值模拟中图分类号：TG403文献标识码：ANumericalanalysisofheatandmasstransferprocessofweldingarcduri

3、nggaspoolcoupledactivatingTIGweldingHUANGYong，LUSu-zhong，WANGXin-xin，LIHui(StateKeyLabora／oryofAdvancedProcessingandRecyclingofNonferrousMetals，LanzhouUniv．ofTecK，Lanzhou730050，China)Abstract：AmathematicalmodelisestablishedtOrevealheatandmasstransferprocessofgaspo

4、olcou—piedactivatingTIGweldingarc．ThecouplingofweldingarcwithcathodeisnumericallysimulatedbyU—singsimplifiedcathodesheathmodel．Bymeansofcomputation，thecharacteristicparametersofweldingarcsuchastheplasmatemperature，thedistributionsofoxygen，velocityofplasma，electric

5、potential，andcurrentdensityareobtainedandcomparedwiththoseofthearcoftraditionalTIGwelding．Theresultsshowthatoxygenismainlydistributedinthearcperiphery，andonlyasmallamountdiffusesintothearc，comparedwiththearcofTIGwelding，thearCtemperatureandvelocityofplasmawillincr

6、ease，andthepeakvaluesofcurrentdensity，heatflux，andarcpressureatanodesurfacaincreaseunderthesameweld—ingconditions．Keywords：gaspoolcoupledactivatingTIGweldingTIGweldingwithgas-poolcouplingandactivega—ses；double-layershieldinggas；arc；oxygen；numericaIsimulation钨极惰性气体

7、保护焊(TIG焊)存在焊缝熔深浅，焊接效率低等缺点，在一定程度上限制了其在工业生产中的应用．研究发现，在保护气体中添加Oz或COz可以增加TIG焊缝熔深，提高焊接效率，但是钨极与Oz、COz直接接触易氧化烧损．为克服这一问题，Fujii等[1]提出AdvancedA-TIG焊工艺，将传统焊枪由单层结构改造为双层结构，内层气体收稿日期：2014—10-17基金项目：国家自然科学基金(51265029)作者简介：黄勇(1972一)，男，I四JII绵阳人，博士，副教授为纯氦，在外层通人的氦气中混入少量Oz或COz以便向熔池添加活

8、性元素氧改变熔深．文献[2]在此基础上又提出气体熔池耦合活性TIG焊接法，该方法改变了活性元素的引入方法和控制方式，采用内外双层气体进行TIG焊接，其中内层为惰性气体保护钨极和金属熔池，外层气体引入活性元素氧以增加焊缝熔深或同时引入N元素以改善焊缝性能．通过调整焊枪内外喷嘴的相对位置，可调节外层气体与熔