贾传宝武传松高进强
金属学报
doi:10.3724/SP.J.1037.2010.00073
利用自主研发的受控脉冲穿孔等离子弧焊接系统及其控制模式, 进行了等厚度板和变厚度板的受控脉冲穿孔等离子弧焊接工艺实验. 本文中定义小孔的热滞后时间(tL)为尾焰电压信号达到其峰值70\%时所需时间(tVE0.7)与焊接电流达到峰值所需时间(tIP)之差, 并测定了不同工艺条件下小孔的热滞后时间.实验结果表明, 等厚度不锈钢板焊接实验条件下, 小孔的热滞后平均时间是0.36 s; 变厚度不锈钢板焊接实验条件下, 随着试件厚度逐渐变薄, 焊接电流峰值不断降低,但各个周期内小孔的热滞后时间的波动幅度不大, 其平均值为0.22 s.
关键词:
小孔
,
thermal lag effect
,
controlled pulse current
,
plasma arc welding
徐斌
,
胡庆贤
,
陈树君
,
蒋凡
,
王晓丽
金属学报
doi:10.11900/0412.1961.2015.00518
基于流体动力学原理, 同时考虑电弧压力、表面张力、电磁收缩力、浮力和重力等因素影响, 建立了随小孔深度增加热力作用二次变化的三维瞬态计算模型. 利用上部双椭球体下部锥体的组合式体积热源描述等离子电弧对焊接工件的热作用, 提出了可以维持小孔稳定的“孔内固体搅动式”计算方法. 为了提高计算效率, 建立了相对焊缝纵截面对称的计算区域; 计算过程利用流体体积函数(VOF)法追踪小孔边界, 基于FLUENT软件对穿孔型等离子弧准稳态焊接过程进行了数值模拟, 得到了准稳态焊接过程中小孔、熔池及流场的动态变化行为, 分析了穿孔型等离子弧焊接(K-PAW)准稳态过程的稳定性, 探讨了影响小孔稳定的工艺因素, 最后进行了计算模型的验证实验. 结果表明, 在设定的焊接工艺参数下, 3.0 s之后焊接过程达到准稳态, 准稳态焊接过程中小孔前壁熔池较薄, 平均厚度为0.6 mm, 且小孔前壁有一定倾斜现象, 使得背面小孔中心相对焊接中心向后偏移, 焊接不同时刻偏移量在0.46~0.97 mm之间波动. 在准稳态焊接过程中熔池内存在稳定的逆时针涡流, 计算所得的背面小孔宽度与实验结果吻合良好.
关键词:
K-PAW准稳态过程
,
小孔
,
熔池
,
流场
,
数值模拟
胥国祥
,
张卫卫
,
刘朋
,
杜宝帅
金属学报
doi:10.11900/0412.1961.2014.00464
考虑熔滴和小孔对熔池的影响,建立了基于FLUENT软件的激光+熔化极电弧(GMAW)复合热源焊三维瞬态熔池流体流动数值分析模型.利用双椭球体热源描述电弧热输入,将激光热输入视为热流峰值可调节的双曲线旋转体热源,其热源分布参数通过简化的小孔形状尺寸模型确定;将熔滴过渡过程视为从熔池上部特定区域流入熔池高温液态金属的过程,并通过建立液态金属流速对时间的周期函数表征熔滴过渡频率;将小孔视为由激光致蒸汽反作用力引起的熔池表面变形,以简化计算过程,重点考虑小孔的存在对熔池流体流态的主要影响.利用所建模型对不同焊接条件下的激光+GMAW复合热源焊小孔形态、熔池流体流动和温度场进行模拟计算,分析了激光+GMAW复合热源焊流场特征,探讨了激光功率对复合焊熔池动态行为的影响规律.结果表明,在1 m/min焊速条件下,GMAW焊(激光功率为0 W)出现驼峰缺陷;当激光功率为500W时,驼峰缺陷消失,但熔池中无小孔产生,且流体流动模式与GMAW焊相近;而当激光功率增至2000w,熔池中出现小孔,使得流体流动模式更为复杂.将焊缝横断面形状尺寸的计算结果与实验结果进行比较,2者吻合较好,从而证明了模型的准确性和适用性.
关键词:
复合焊
,
熔池
,
流体流动
,
小孔
,
数值模拟
菅晓霞
,
武传松
金属学报
doi:10.11900/0412.1961.2016.00008
建立了包含Fe蒸气影响的等离子弧焊接一体化模型,其计算区域包含w极、等离子弧、熔池和小孔,通过在整个区域使用统一的控制方程实现各区域的自适应耦合.使用黏性近似法处理Fe蒸气的扩散系数.模拟了焊接电流分别为150,170和190A时,3种工艺条件下的穿孔过程中,Fe蒸气在阳极液态金属表面的产生、扩散及其在等离子弧中的聚集过程.对比分析了Fe蒸气对等离子弧的温度场、电场和熔池形态的实时影响.结果表明,Fe蒸气的产生决定于液态熔池温度分布.在等离子流力的作用下,Fe蒸气聚集在等离子弧的边缘区域,导致该区域的辐射损失增加、电流密度降低.而弧柱中心区域受Fe蒸气的影响较小.与不考虑Fe蒸气影响的等离子弧焊接模型相比,考虑Fe蒸气影响时计算出的焊缝尺寸与实验测试值更接近.
关键词:
等离子弧焊接
,
Fe蒸气
,
熔池
,
小孔
,
等离子弧
,
数值分析
徐斌
,
胡庆贤
,
陈树君
,
蒋凡
,
王晓丽
金属学报
doi:10.11900/0412.1961.2015.00518
基于流体动力学原理,同时考虑电弧压力、表面张力、电磁收缩力、浮力和重力等因素影响,建立了随小孔深度增加热力作用二次变化的三维瞬态计算模型.利用上部双椭球体下部锥体的组合式体积热源描述等离子电弧对焊接工件的热作用,提出了可以维持小孔稳定的“孔内固体搅动式”计算方法.为了提高计算效率,建立了相对焊缝纵截面对称的计算区域;计算过程利用流体体积函数(VOF)法追踪小孔边界,基于FLUENT软件对穿孔型等离子弧准稳态焊接过程进行了数值模拟,得到了准稳态焊接过程中小孔、熔池及流场的动态变化行为,分析了穿孔型等离子弧焊接(K-PAW)准稳态过程的稳定性,探讨了影响小孔稳定的工艺因素,最后进行了计算模型的验证实验.结果表明,在设定的焊接工艺参数下,3.0s之后焊接过程达到准稳态,准稳态焊接过程中小孔前壁熔池较薄,平均厚度为0.6 mm,且小孔前壁有一定倾斜现象,使得背面小孔中心相对焊接中心向后偏移,焊接不同时刻偏移量在0.46～0.97 mm之间波动.在准稳态焊接过程中熔池内存在稳定的逆时针涡流,计算所得的背面小孔宽度与实验结果吻合良好.
关键词:
K-PAW准稳态过程
,
小孔
,
熔池
,
流场
,
数值模拟
