等离子弧焊熔池数值模拟的研究现状

以等离子弧焊熔池为对象,简述了等离子弧焊接数值模拟的发展历程,概括了近年来等离子弧焊接电弧及熔池数值模拟领域的发展情况,分析了现有数学模型中存在的问题。     

等离子弧焊电弧的数值模拟

建立了等离子弧焊静止电弧的三维有限元数学模型,考虑等离子气、保护气的作用,利用ANSYS有限元分析软件对电弧的温度场、速度场、压力以及阳极工件表面的电流密度等进行了数值模拟,并与TIG焊进行了比较.结果表明,由于喷嘴的约束作用,等离子弧焊与TIG焊相比,电弧温度显著提高,焊接电流为150 A时电弧最高温度达到30 000 K.等离子弧焊的另一个显著特点是等离子体流速和电弧压力显著增大.通过计算马赫数、有效粘度和动力粘度之比,认为等离子体电弧处于层流不可压缩状态.     

等离子弧焊铜合金温度场数值模拟

采用有限元分析软件,对铜合金等离子弧焊接温度场进行了模拟研究并进行了等离子弧焊接试验.结果表明,用有限元数值模拟的方法得到的焊接温度场分布规律与实测结果基本一致.     

铝合金变极性等离子弧焊应力场数值分析

以传热学及热弹塑性有限元分析法为理论基础,利用ANSYS有限元分析软件,对铝合金变极性等离子弧焊接温度场、应力场进行数值模拟. 建立 "高斯+双椭球"热源模型,通过正反极性不同尺度热源模型的循环加载,实现对焊接温度场及其应力场较准确的计算;焊后在焊缝的纵、横方向选取不同的点进行残余应力实际测量. 结果表明,不同路径上焊接残余应力值其分布规律与理论基本相同;实际测量结果同计算结果进行比较,二者数值相差较小,说明数值分析的计算结果具有一定的理论指导意义.     

等离子弧焊中电弧反翘现象的数值模拟

根据流体的质量、动量、能量守恒方程,建立了穿孔等离子弧焊接过程中的等离子电弧三维数学模型,用磁矢量法求解磁场问题.模型包括了一部分喷嘴和钨阴极,小孔也被包含进模型中.利用ANSYS有限元分析软件求解模型,得到等离子电弧的温度分布,以研究等离子弧焊中电弧反翘现象.结果表明,等离子电弧反翘随小孔尺寸的增大而减弱,电弧尾焰随小孔尺寸的增大而增强;而适当的增加焊接速度以使小孔轴线与电弧轴线之间形成一定的偏差是形成等离子电弧反翘现象的必要条件;焊接电流主要是通过改变小孔尺寸而对电弧反翘产生影响.     

等离子弧焊接过程数值模拟的现状及发展

以等离子弧焊接过程为对象，分别从焊接电弧和焊接熔池的角度，概括了近年来等离子弧焊接电弧及熔池数值模拟领域取得的一些进展，分析了现有数学模型中存在的问题，提出了今后的发展方向。     

等离子切割炬喷嘴的改进

目前,空气等离子切割技术已在国内广泛应用。但是,还有为数不少的厂家,拥有早年国产LG—400等类型的大功率等离子切割机。这些切割机有其切割厚度大、生产效率高等优越性。我们在应用这类切割机的过程中,掌握了一     

等离子弧焊离子气流量控制器

设置在气路中的气体压差传感器检测离子气流量，输出电压信号，经放大调制后与设定电压进行比较，经压频转换作为步进电机的控制信号来调节气阀的开度，以实现离子气流量按设定规律变化或保持恒值的闭环控制。     

非转移弧等离子体炬及其射流的数值模拟

通过求解等离子体弧柱区的质量方程、动量方程、能量方程、电动势方程、磁场方程和组分方程,对非转移弧等离子体炬及其产生的等离子体射流的传热与流动特性进行了数值模拟研究,获得了等离子体炬及其射流区域的温度和速度分布。结果表明:呈现上升的伏安特性曲线;等离子体炬出口处温度和速度呈现抛物线分布;等离子体进气速度增加,等离子体速度增加,温度变化不明显;电流增加,等离子体速度和温度都明显增加。     

非转移弧等离子体炬传热与流动的数值模拟

以非转移弧等离子体炬为研究对象,对等离子体电弧和阳极的传热与流动进行了数值模拟,并求解了质量方程、动量方程、能量方程、电势方程和磁场方程,获得了等离子体弧的温度、速度和电流密度分布。计算结果表明,阳极内壁面温度变化不大;等离子体炬出口处径向温度和速度分布类似抛物线形分布;提高进气速度或减小电弧电流,均使得电弧阳极斑点向下游移动。     

等离子焊枪气体保护效果数值模拟

针对三种不同结构等离子焊枪,用数值模拟方法解释保护气体流动造成焊接过程不稳定的原因,为等离子焊接工艺确定和焊枪的设计提供了理论依据。在PHOENICS软件中建立等离子焊接保护气体流动的三维数学模型,在未考虑焊接温度场对保护气体流动影响的基础上,模拟气体流量、喷嘴与工件的距离、保护气罩的位置、喷嘴结构等参数对流场的影响,得到了速度场的分布。     

纵向磁场下GTAW电弧传热与流动数值模拟

针对外加纵向磁场(LMF)下的焊接电弧的传热与流动特性,建立基于磁流体动力学的二维轴对称数学模型,将流体动力学理论与麦克斯韦方程组进行耦合对电弧的温度场、电势场、电弧压力以及电流密度等进行求解,又分别对磁感应强度为0与0.06 T下的阳极热进行定量分析与对比. 结果表明,外加LMF驱动带电粒子旋转并使电弧扩张,其中心出现负压并形成反重力流将阳极热汇聚于阴极附近,同时电弧因高速旋转增大热对流损失,降低焊接热效率.当磁感应强度为0.06 T时,阳极表面的电流密度、热流密度以及电弧压力等由中心分布转化为双峰分布模式.     

穿孔等离子弧焊接热场和流场的数值模拟

考虑熔池和小孔的耦合作用,建立了穿孔等离子弧焊接热过程的三维瞬态模型.采用焓孔隙度法处理了凝固熔化过程中相变潜热以及动量损耗问题.基于流体体积函数法（VOF）对小孔界面实施追踪.对等离子弧焊从小孔形成到穿孔的瞬态演变行为、熔池流场的动态变化过程进行了数值模拟.开展了穿孔等离子弧焊接试验,对数值模拟结果进行了试验验证.结...     

埋弧焊焊接及校正过程数值模拟

针对金属结构在焊后易产生残余应力和焊接变形的问题,以一种对焊钢制梁为例,采用有限单元法模拟埋弧焊焊后的残余应力和变形.结果表明,钢制梁焊后存在较大的残余应力,且纵向残余应力大于横向残余应力.以焊接结果为初始条件,分析是否考虑残余应力对校正后钢制梁应力分布的影响,结果显示校正后焊缝处仍存在较大的应力,因此焊接残余应力不能...     

旋转电弧传感焊炬空间姿态与仿真分析

为了使得旋转电弧传感焊炬便于在狭小空间进行焊接作业,焊炬空间姿态信息分析及识别处理研究必不可少. 通过建立焊炬高度数学模型,分析在不同焊炬跟踪角、焊炬工作角、焊炬行走角、焊缝左右横向偏差、坡口夹角的情况下焊炬高度变化关系及对焊缝偏差提取精度的影响. 仿真结果表明,对于偏差识别精度,焊炬工作角影响最大,其它均在合理范围之内. 但在焊炬空间姿态均有所变化时,偏差识别精度不稳定. 基于此为焊炬空间姿态信息合理解耦和精确识别提供了理论依据.