论文部分内容阅读
GTAW是利用电弧热作为热源、惰性气体保护焊接熔池及附近金属的连接工艺,而焊接熔池金属的流动直接影响焊接接头的质量。本文使用Fluent流体软件,热源采用双椭球体热源模型,建立移动热源作用下的GTAW熔池流体流动及传热过程的三维瞬态数值模型。研究了焊接参数对熔池形态、温度分布和流场的影响;分析了在浮力、电磁力和表面张力单独以及共同作用下,熔池流体流动的机理;对比分析不同焊接电流、焊接速度和相同热输入下GTAW熔池流动换热差异,并且把模拟结果与1Cr18Ni9Ti不锈钢GTAW熔池实验数据进行对比,两者基本吻合,所建模型可以满足要求。利用Gambit建立模型及网格划分,用C语言编写热源和电磁力源项,考虑表面张力、电磁力和浮力等因素对熔池形态大小、温度分布和流场的影响,对0Cr18Ni9不锈钢和1Cr18Ni9Ti不锈钢熔池进行模拟。模拟结果表明,在电流220A,电压20V,热源移动速度为4mm/s的GTAW焊接熔池中,浮力驱动着液体金属由熔池中心流向边缘流动,熔池最大流速为9.85mm/s,所以对熔池形状的影晌较小;电磁力会使得高温金属从熔池边缘向着中心流动,把更多的热量带到熔池底部,熔池最大流速是为0.134m/s;在表面张力系数为负作用下,熔池最大流速为0.394m/s,熔池金属从中心流向边缘,正表面张力温度系数作用下的熔池流动正好其相反。而在各个驱动力综合作用下,流体流动方向与单独作用负表面张力一致,熔池最大流速达到0.427m/s,与负表面张力作用下的流速相差无几。浮力和负表面张力对熔池的作用都是使得熔池宽而浅,而电磁力和正表面张力与之相反。它们两组中每组的表面张力都大于另一个力。当浮力、电磁力和表面张力共同作用时,表面张力在其中起着主导作用,故熔池形态表现为宽而浅。当其他条件不变时,改变焊接电流,电流越大熔池越深也越宽;改变焊接速度,速度越大熔池越浅也越窄。而在相同热输入条件下,随着焊接速度和电流的增大,熔深和熔宽都增大。