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。     

氮氩气体保护的TIG焊接电弧等离子体流场的数值分析

以直流TIG焊接电弧为对象,依据磁流体动力学理论构建电弧的数学模型,运用ANSYS有限元分析软件对二维稳态下轴对称的、氮氩混合气体保护的TIG焊接电弧进行了数值分析,得到了ψ(N2)50% Ar混合气体保护下焊接电弧的温度场、速度场的形态分布特征.分析表明,氮氩电弧的最高温度出现在近阳极区域,电流密度、等离子体速度和电弧压力的最大值均出现在近阴极区.同时分析了不同电流、弧长对阳极表面电流密度的分布的影响,随着电流的增大,阳极表面电流密度增大,而随着弧长的增大,电流密度减小.     

基于FLUENT的等离子弧数值模拟

以磁流体动力学为理论依据建立了转移型等离子弧的数学模型,利用FLUENT软件耦合求解质量、动量、能量守恒方程以及麦克斯韦方程组,得出了等离子弧的温度场和速度场等分布。同时分析了不同电流、气流量对等离子弧能量及形态分布变化的影响。结果表明,阴极电流越大,等离子弧的温度越高,速度、电弧压力也越大,弧的高温区向阳极扩张;大的离子气流量加强了喷嘴对电弧的热压缩作用,电弧直径被迫缩小,因此能得到更高能量密度的等离子弧。     

空心钨极TIG焊电弧特性数值模拟

建立了内径2 mm的空心钨极TIG焊电弧数值模型,用Fluent软件用户自定义函数(UDF)功能加载了氩气电导率、动量方程和能量方程的源项,计算了稳态下焊接电流为60 A时电弧的温度场、流场以及电弧压力,并与相同条件下实心钨极TIG焊电弧作了对比. 结果表明,空心钨极TIG焊电弧呈钟罩形,空心钨极圆环放电和钨极中心气流的冷却作用使得电弧温度分布云图顶部下凹;电弧等离子体在钨极下方运动速度较快,阳极表面电弧压力呈柱状分布,弧柱区空间压力分布比较均匀;与相同电流条件下TIG焊相比,空心钨极TIG焊电弧峰值温度降低17.3%,钨极下方2 mm位置处峰值温度降低27%,等离子体最大运动速度降低40%,电弧压力峰值降低57%,堆焊焊缝熔宽增加30%,熔深减小27.9%.     

双丝夹角对双丝间接电弧特性的影响

建立了双丝间接电弧的三维有限元数学模型,分析了不同双丝夹角对双丝间接电弧特性的影响.利用高速摄像机拍摄电弧图片与计算结果对比,以验证计算结果的准确性.结果表明,双丝间接电弧的温度、速度和电流密度等电弧参数在阴极区和阳极区较高,在弧柱区较低,弧柱区下端最低;随着双丝夹角的增加,双丝间接电弧的温度、速度、电流密度在阴极区、阳极区以及弧柱区上端增加,在弧柱区下端下降;上述电弧参数的变化率在阴极区和阳极区大于弧柱区,阳极区大于阴极区,弧柱区上端大于弧柱区下端;双丝间接电弧的偏转程度随着双丝夹角的增加而增加.     

等离子体焊枪的数值模拟

以不同直径和不同喷嘴孔道比的等离子体焊枪为研究对象,通过求解等离子体弧柱区的质量方程、动量方程、能量方程、电势方程和磁场方程,得到等离子体焊枪的温度、速度和电流密度分布。结果表明,等离子体焊枪的喷嘴直径起决定性作用,其次是喷嘴长度。在阴极端部和喷嘴内部,焦耳热对能量起主要作用;在阳极附近,辐射能量起主要作用。     

钨极氦弧焊接电弧的数值分析

以钨极氦弧焊接电弧为研究对象,根据磁流体动力学理论和局部热动态平衡假设,构建静止电弧的三维数学模型,通过求解质量、动量、能量、电场和磁场方程,得到了电弧形态的分布情况。所得计算结果与试验情况相当吻合,并与钨极氩弧焊接进行比较。同时,对等离子速度场以及电弧压力和电流密度进行了数值计算;文中进一步分析了不同电流和弧长对电弧温度、等离子速度和阳极电流密度的影响。结果表明,钨极氦弧焊对提高阳极的热输入有利,但钨极氦弧焊的电弧在轴向上的速度梯度大,压强梯度大,致使其电弧不稳定。     

切割用等离子弧的数值分析

以转移型直流电弧等离子体切割炬为研究对象,根据局部热力学平衡假设和磁流体动力学理论构建了电弧数学模型,采用数值模拟方法分析了等离子体炬内等离子体的传热和流动特性,阴极形状、锥角、内缩量和喷嘴形状对切割气流的速度和等离子温度分布的影响.并对五种常用形状阴极和两种不同内缩量的割炬内等离子流体速度场和温度场进行了比较.从数值分析的角度验证了阴极斑点较小的阴极能产生较大的焰流速度和热量,以及内缩量的增加对电弧的压缩具有显著作用.     

熔焊

20091086氩氮混合等离子焊接电弧的数值分析/雷玉成…//焊接学报.-2008,29(8):17~20以直流正极性氩氮混合工作气体等离子焊接电弧为研究对象,依据磁流体动力学理论构建电弧的数学模型,运用有限元分析软件ANSYS建立了三维稳态下轴对称的、氩氮混合工作气体的1/2等离子焊接电弧的数学模型,得到了焊接电弧的温度场、电场、电磁场、速度场的形态分布特征。分析了氩氮混合工作气体等离子弧的特性,并与纯氩气时的等离子弧的温度场及阳极热流密度分布进行了对比。结果表明,采用混合离子气时,等离子电弧的弧心最高温度相对于纯氩气时有所提高,另外弧柱区的高温区向阳极偏移,阳极的热流密度相对增加。图8参520091087等离子体弧柔性成形技术研究/李刚//电焊机.-2008,38(7):36~41等离子体弧柔性成形技术是利用热应力和热应变来实现板材成形的新型技术,在国内外逐渐成为研究的热点。因为等离子体弧与其它热源相比更经济、安全、灵活、实用,但是目前相关工作研究非常有限,如仅利用直线扫描路径研究板材成形情况,考察弯折区域金相组织的变化等问题,在探讨了薄板等离子体弧柔性成形技术的成形机理基础上,通过不同形状的板材,以实验...     

熔焊

20091086氩氮混合等离子焊接电弧的数值分析/雷玉成…//焊接学报.-2008,29(8):17~20以直流正极性氩氮混合工作气体等离子焊接电弧为研究对象,依据磁流体动力学理论构建电弧的数学模型,运用有限元分析软件ANSYS建立了三维稳态下轴对称的、氩氮混合工作气体的1/2等离子焊接电弧的数学模型,得到了焊接电弧的温度场、电场、电磁场、速度场的形态分布特征。分析了氩氮混合工作气体等离子弧的特性,并与纯氩气时的等离子弧的温度场及阳极热流密度分布进行了对比。结果表明,采用混合离子气时,等离子电弧的弧心最高温度相对于纯氩气时有所提高,另外弧柱区的高温区向阳极偏移,阳极的热流密度相对增加。图8参520091087等离子体弧柔性成形技术研究/李刚//电焊机.-2008,38(7):36~41等离子体弧柔性成形技术是利用热应力和热应变来实现板材成形的新型技术,在国内外逐渐成为研究的热点。因为等离子体弧与其它热源相比更经济、安全、灵活、实用,但是目前相关工作研究非常有限,如仅利用直线扫描路径研究板材成形情况,考察弯折区域金相组织的变化等问题,在探讨了薄板等离子体弧柔性成形技术的成形机理基础上,通过不同形状的板材,以实验...