双钨极TIG电弧-熔池传热与流动数值模拟
本文选题：双钨极 + 数值模拟 ； 参考：《金属学报》2015年02期
【摘要】：针对双钨极TIG电弧热源,在已建立的双钨极电弧-熔池统一的三维数学模型的基础上,以SUS304不锈钢为母材,模拟得到了双钨极TIG电弧和熔池的温度、速度、电流密度、磁通密度和电磁力等分布,模拟结果与已有的实验结果吻合良好.考虑了熔池所受浮力、电磁力、等离子流拉力和Marangoni剪切力以及湍流效应,分析了熔池热输入的分布和熔池表面剪切力的变化,并分别比较了这几个力单独作用下的熔池流动与传热,同时结合无量纲数Pe,比较了熔池热传导和热对流的相对强弱.结果表明,双钨极电弧的非轴对称特性导致熔池表面的电流密度、热流密度、等离子流拉力和Marangoni剪切力等出现非轴对称分布,最终形成了熔池的非轴对称形貌,而熔池的发展演化对电弧行为无明显影响.与TIG电弧相比,双钨极TIG电弧的等离子流拉力明显减小.Marangoni剪切力决定不锈钢熔池的流动状态,且对流传热主导不锈钢熔池的热传递,这两者的共同作用决定熔池的传热过程,是形成不同熔池形貌的根本原因.
[Abstract]:Aiming at the TIG arc heat source with double tungsten electrode, the temperature, velocity and current density of TIG arc and weld pool are simulated by using SUS304 stainless steel as the base metal on the basis of the established three-dimensional mathematical model of double tungsten arc and melting pool. The distribution of flux density and electromagnetic force is in good agreement with the experimental results. Considering the buoyancy, electromagnetic force, plasma flow tension, Marangoni shear force and turbulence effect of the molten pool, the distribution of heat input and the variation of shear force on the surface of the molten pool are analyzed. The flow and heat transfer of the molten pool under the action of these forces are compared, and the relative strength of heat conduction and heat convection in the molten pool are compared with the dimensionless Pe. The results show that the non-axisymmetric characteristics of the double-tungsten arc lead to the non-axisymmetric distribution of the current density, heat flux density, plasma flow tension force and Marangoni shear force on the surface of the molten pool, and finally the non-axisymmetric morphology of the molten pool is formed. However, the evolution of the molten pool has no obvious effect on the arc behavior. Compared with TIG arc, the plasma flow tension of TIG arc with double tungsten electrode decreases obviously. Marangoni shear force determines the flow state of stainless steel pool, and convection heat transfer dominates the heat transfer of stainless steel molten pool. It is the fundamental reason for the formation of different molten pool morphology.
【作者单位】： 兰州理工大学材料科学与工程学院;兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室;
【基金】：国家自然科学基金项目51074084和51205179资助~~
【分类号】：TG444.74
【参考文献】
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【共引文献】
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，本文编号：2111507
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