机械工程学报

作者：赵文勇, 魏艳红, 胥国祥, 胡庆贤, 王耀伟

单位：1. 江苏科技大学材料科学与工程学院 镇江 212114;2. 南京航空航天大学材料科学与技术学院 南京 211106

关键词：电弧增材制造,数值模拟,多物理场耦合,传热流动；

基金：国家自然科学基金资助项目(52405366,51975263,52375340)。

深入理解工艺参数条件与复杂物理现象及成形质量之间的内在影响机理是获得结构合理、性能可靠、无缺陷的高质量电弧增材构件的重要前提。本研究综合考虑电弧传热、熔滴过渡、金属蒸发、熔池自由表面变形、熔池金属对流、金属熔化与凝固及焊枪与基板相对移动等多物理过程，构建铝合金电弧增材制造电弧-熔滴-熔池一体化三维瞬态数值模型。模型中，采用流体体积分数法追踪气液自由界面，基于“局部热力学平衡-扩散近似”模型考虑鞘层复杂热效应，采用移动参考系处理焊枪与基板的相对运动，并从熔滴过渡及熔覆层形貌两方面验证了模型的准确性。基于建立的模型，模拟分析焊接电流和熔覆速度对铝合金电弧增材单道成形形貌演变、液态金属传热和流体动力学行为的影响机理。结果表明：随着焊接电流的增加，熔覆层截面形貌由圆弧状向扁平状转变，熔池金属温度梯度和流速升高，但流动类型变化较小；随着熔覆速度的增加，熔覆层截面形貌由扁平状向圆弧状转变，熔池深度和内部金属温度梯度降低，同时液态金属整体向熔池后方流动的流动行为转变加快。

来源：2025年第22期

《机械工程学报》期刊编辑部

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