机械工程学报

作者：忻建文, 吴东升, 李芳, 张跃龙, 华学明

单位：1. 上海交通大学焊接与激光制造研究所 上海 200240;2. 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

关键词：等离子弧焊,数值模拟,匙孔效应,光谱诊断；

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(MARK Ⅲ型)材料应用研究)资助项目。

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2 400 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。

来源：2020年第20期

《机械工程学报》期刊编辑部

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