复合脉冲磁场辅助GMAW电弧-熔滴行为的数值分析

【作者】 陈姬； 王林； 武传松；

【机构】 山东大学现代焊接技术研究所；

【摘要】 建立了外加复合磁场作用下的GMAW电弧及熔滴数值模型,主要包括焊丝、喷嘴、电弧、工件等,其控制方程主要包括质量连续性方程、动量守恒方程、能量守恒方程、电流连续性方程、磁矢势方程、欧姆定律、磁感应强度方程。计算结果显示,施加磁场后电弧始终沿焊接方向向前倾斜,而沿y方向上(垂直于焊接方向),在前半个周期,电弧先沿y轴正方向偏转,而在后半个周期,电弧逐渐沿y轴负方向偏转。在一个周期内,电弧逐渐由左上方偏转到左下方,电弧加热面积变大。同时,施加磁场与未施加磁场相比,熔滴速度大小未发生明显变化,但速度方向变化明显。未施加磁场时,熔滴速度主要沿竖直方向,当熔滴到达工件表面时沿焊丝中心向四周铺展。施加磁场后,熔滴获得一个水平方向的速度分量,当熔滴到达工件表面时,熔滴主要沿偏转方向向前铺展。分析认为,加入外加磁场后,由于外加电磁力在电弧各区域的大小和方向存在差异,导致电弧受到的合力在左右和前后方向存在差异,使电弧在垂直焊缝方向发生左右偏转,在焊接前进方向发生前倾。在此基础上,建立了外加复合磁场作用下的GMAW电弧及熔滴数值模型,分析了GMAW电弧的热力特性,研究了外加复合磁场对GMAW电弧温度场、熔滴过渡的影响。初步揭示了外加复合磁场调控GMAW电弧及熔滴的作用机理。结果表明,外加复合磁场能够使GMAW电弧在垂直焊缝方向发生偏转、在焊接前进方向发生前倾。电弧偏转是导致熔滴偏转的主要原因。更多还原