机械工程学报

作者：李岩, 王领, 张冀翔, 武传松

单位：1. 中国石油大学(北京)机械与储运工程学院 北京 102249;2. 中国石油大学(北京)过程流体过滤与分离技术北京市重点实验室 北京 102249;3. 山东大学材料液固结构演变与加工教育部重点实验室 济南 250061

关键词：多物理作用,电弧-熔池耦合模型,小孔型模式,热流密度,电弧压力；

基金：国家自然科学基金（52076216，51706246）和国家市场监督管理总局科技计划（2017QK022）资助项目。

基于电场、磁场、温度场和流场的多物理作用，建立电弧与熔池耦合的等离子弧焊接模型，揭示小孔型模式的焊接熔池形成机制。计算结果表明电弧热流密度和压力均呈现高斯分布形式，并且压力作用范围比热作用范围小一半。发现焊接熔池形成过程具有明显的阶段性，前期增长较快，后期增速变缓，增速下降60%以上。等离子弧受到电磁力压缩作用，能量密度集中，电弧区的电磁力比熔池区高2个数量级。受电弧压力和Marangoni力、曳力等共同作用，熔池底部和顶部边缘分别出现对称分布的环流，熔池横截面逐渐形成“倒喇叭”状的焊缝。进行焊接试验，计算的焊缝熔合线和电弧压力均与试验结果吻合良好。模型能够简便快捷地为等离子弧焊接工程应用提供指导。

来源：2021年第18期

《机械工程学报》期刊编辑部

查看机械工程学报杂志2021年第18期