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1、第27卷第1期江苏大学学报(自然科学版)Vol.27No.12006年1月JournalofJiangsuUniversity(NaturalScienceEdition)Jan.2006钨极氮弧焊焊接电弧数值分析雷玉成,李彩辉,郁雯霞,程晓农(江苏大学材料科学与工程学院,江苏镇江212013)摘要:以直流钨极氮弧焊电弧为研究对象,根据磁流体动力学理论构建轴对称两维数学模型,建立模型时考虑阴极的几何形状,在此模型上对氮气保护TIG焊接电弧进行数值分析.数值模拟所得电弧等离子体温度分布规律显示氮气电弧的最高温区出现于近阳极区域,这个结果与试验情况相当吻
2、合,并与相同条件下氩气电弧的温度场进行了比较.在此基础上对电弧压力和电流密度以及等离子速度场进行了模拟分析;同时分析了不同电流和弧长对等离子流速度分布的影响,结果表明等离子体速度值随着电流的增加而增大,随着弧长的增加而减小.关键词:钨极氮弧焊;焊接电弧;磁流体动力学;数值分析中图分类号:TG402文献标识码:A文章编号:1671-7775(2006)01-0047-04NumericalanalysisonnitrogenprotectingofTIGweldingarcLEIYu2cheng,LICai2hui,YUWen2xia,CHENGXia
3、o2nong(SchoolofMaterialScienceandEngineering,JiangsuUniversity,Zhenjiang,Jiangsu212013,China)Abstract:Nitrogenprotectingtungsteninertgas(TIG)weldingarcwasstudied.Amathematicmodelwasdevelopedaccordingtothetheoryofmagneticfluiddynamics.Theelectrodetipgeometryisconsi2deredinthemod
4、el,andtheTIGweldingarcwasnumericallyanalyzedbasedonthismodel.Thecalcu2latedresultofarcplasmatemperatureagreeswiththeexperiment,andiscomparedwithArprotectingarcatthesamecondition.Thearcpressure,currentdensitydistributionandvelocitydistributionwereana2lyzedbasedonthemodel.Theinfl
5、uencesofthedistributionofvelocityofthearcplasmaaboutdifferentcurrentandarclengthareanalyzed.Thevelocityincreaseswiththeincreaseofcurrentanddecreaseswiththeincreaseofarclength.Keywords:nitrogenprotectingTIGwelding;weldingarc;magneticfluiddynamics;numericalanalysis钨极氮弧焊由于其高热特性,在焊
6、接厚壁紫铜难通过实验直接观测到电弧的行为特征.对此,数值时有一定的应用.氮气保护TIG电弧有其独特的性分析是较为有效的研究方法.国内外近几十年来在质,是一种有发展潜力和应用前景的热源.但现阶段氩气保护的TIG焊接电弧的数值模拟方面已经取得对它的行为特征的研究还很少,数值模拟的研究也了一定的进展,建立了相对完整的电弧数学模[1-2]很少报导.与其他焊接电弧一样,氮气电弧的行为特型,但同时还存在着一些不足:①假定了阴极表征(包括电弧压力、电流密度和温度)直接影响熔池面的电流密度分布,运算结果存在着较大的随机性;表面的热流分布和电流密度分布,从而影响熔池的
7、②假定阴极尖端为平头,没有考虑阴极尖端的几何形状,对焊缝的成形以及焊缝质量产生影响.由于实形状.笔者建立数学模型将考虑阴极的几何形状,根际焊接时,高温、高电流密度和强烈弧光的干扰,很据磁流体动力学原理构建电弧数学模型,避免对阴收稿日期:2005-07-06基金项目:国家“863”计划资助项目(2003AA305970)作者简介:雷玉成(1962-),男,天津人,教授(yclei@ujs.edu.cn),主要从事焊接工艺及设备、焊接过程控制及模拟方面的研究.李彩辉(1978-),女,河北唐山人,硕士研究生(smile39@163.com),主要从事焊接
8、过程控制及电弧数值模拟的研究.48江苏大学学报(自然科学版)第27卷22极表面电流密度分布形式进行假设,以使
