等离子弧焊匙孔对电弧物理特性影响规律的研究

作     者：忻建文 吴东升 李芳 张跃龙 华学明 XIN Jianwen;WU Dongsheng;LI Fang;ZHANG Yuelong;HUA Xueming

作者机构：上海交通大学焊接与激光制造研究所上海200240 上海交通大学上海市激光制造与材料改性重点实验室上海200240 

出 版 物：《机械工程学报》 (Journal of Mechanical Engineering)

年 卷 期：2020年第56卷第20期

页      面：82-87页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0802[工学-机械工程] 0701[理学-数学] 080201[工学-机械制造及其自动化] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

基　　金：工业和信息化部高技术船舶科研计划(薄膜型围护系统(MARKⅢ型)材料应用研究)资助项目。 

主　　题：等离子弧焊 数值模拟 匙孔效应 光谱诊断 

摘      要：匙孔是等离子弧焊的重要特征。建立等离子弧焊电弧数值模型,对比分析含匙孔和不考虑匙孔的两种情况下,电弧温度场、流场、电磁场等物理特性的差异性,揭示匙孔对等离子弧物理特性的影响规律。采用光谱诊断方法计算电弧温度分布,从而验证模拟结果。数值模拟研究结果表明,匙孔的出现,导致电弧体积增大,弧柱区平均电流密度下降,从而导致电弧最高温度降低约2400 K,等离子体最大流速从437 m/s降低到349 m/s。匙孔直径沿匙孔深度方向减小,对电弧产生附加的机械压缩作用,使匙孔底部电弧的温度和速度上升。数值模拟与光谱诊断获取的轴线上温度大小及变化规律相接近,证明电弧数值模型的可靠性,也说明建立等离子弧数值模型时,应当考虑匙孔的影响。