变极性等离子弧焊电弧物理特性的数值模拟

• 作者: 徐斌 蒋凡 陈树君
• 来源期刊: 金属学报
• 学科: 工学
• 关键词: 变极性等离子电弧 三维模型 数值模拟
• 年，卷（期）: 2017,（5）
• 页码范围: 631-640
• 页数: 10页
• 分类号: TG456.2
• 语种: 中文
• DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00263

摘要

基于磁流体动力学及Maxwell方程组,建立了变极性等离子电弧的三维瞬态计算模型,依据变极性等离子弧焊对铝合金板材穿孔焊接过程的物理特性,提出了随电弧极性变化的分时导电模型,通过计算得到了变极性等离子电弧的温度场、流场、电流密度和电弧压力的分布情况,以及电弧压力随时间的变化过程.通过实验测量了工件表面电弧中心压力,得到了不同极性时的电弧形态.结果表明:相同电流条件下,正极性时电弧温度场分布比反极性时更加分散,但正极性时电弧最高温度范围小于反极性时;反极性电弧压力和电流密度在电弧中心处均大于正极性,在径向距电弧中心一定距离处,2种极性时的电弧压力和电流密度的大小出现反转;电弧压力对焊接电流响应迅速,正极性电弧压力小于反极性电弧压力,焊接电流过零时,电弧压力会降低到较低的值,电流增加时电弧压力变化存在“过冲”现象;对实验与计算得到的变极性等离子电弧正反极性时电弧图像和工件表面电弧中心压力进行了对比,结果吻合良好.