熔滴短路過渡建模及熔池三維瞬態(tài)行為模擬

夏勝全， 朱志明， 孫曉明

(1.中國工程物理研究院, 621900 四川 綿陽； 2. 清華大學(xué) 機械工程系, 100084 北京)

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熔滴短路過渡建模及熔池三維瞬態(tài)行為模擬

夏勝全1, 2， 朱志明2， 孫曉明2

(1.中國工程物理研究院, 621900 四川 綿陽； 2. 清華大學(xué) 機械工程系, 100084 北京)

摘要:針對短路過渡CO2焊接的熔滴過渡隨機性強、熔池動態(tài)行為復(fù)雜的特點，考慮熔滴與熔池短路時刻、短路時刻的熔滴半徑、溫度和中心位置等隨機因素，提出了熔滴短路過渡行為模型. 采用非對稱高斯熱源表征電弧熱流密度沿焊接方向的非對稱性，采用附加源項法處理熔池各動量源，采用VOF追蹤熔池氣-液界面，采用液相分數(shù)法和焓-孔隙度法處理液-固糊狀區(qū)熔化金屬凝固潛熱及動量損失，建立了短路過渡焊接熔池的三維瞬態(tài)模型. 基于FLUENT軟件二次開發(fā)，模擬了熔池的動態(tài)行為，研究了熔池溫度場和流場的瞬態(tài)變化. 對比等速送絲和脈沖送絲情況，熔滴短路間隔時間的概率密度分布和焊縫成形的模擬與實驗結(jié)果吻合良好，驗證了熔滴短路過渡行為模型和熔池三維瞬態(tài)模型的有效性.

關(guān)鍵詞:短路過渡行為模型; 熔池動態(tài)行為; 數(shù)值模擬; 短路過渡頻率; 焊縫成形

CO2氣體保護焊因其生產(chǎn)效率高、操作簡單、成本低、焊接質(zhì)量好等特點，在汽車制造、船舶制造、金屬結(jié)構(gòu)及機械制造等方面得到廣泛的應(yīng)用[1]. 對直接影響焊縫成形和接頭質(zhì)量的熔滴短路過渡和熔池動態(tài)行為開展深入研究，具有重要的現(xiàn)實意義和工程……