外加磁場TIG電弧溫度場的研究

摘 要：本論文以外加磁場TIG電弧模型為研究對象，求解質量方程、動量方程、能量方程、電勢方程和磁場方程，得到了不同外加磁場TIG電弧溫度場的分布。

關鍵詞：外加磁場；TIG；電弧溫度場

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.24.248

0 引言

焊接作為材料連接的重要技術方法，已經應用很廣泛。眾所周知，各種焊接缺陷（氣孔、夾渣等）和焊接后出現的組織變化（晶粒粗大、晶粒生長的方向性等）使得焊接接頭力學性能比母材差，而細化晶粒是提高焊接接頭力學性能的有效途徑之一[1]。由金屬凝固理論分析可知，如果在金屬凝固的過程中，對其進行攪拌或振動，就可以達到細化晶粒的目的。焊接電弧本身是由帶電粒子組成的導電體，外加磁場通過改變帶電粒子的運動方向，所以可以通過磁場控制帶電粒子的運動來實現對焊接電弧的控制。正是基于此，出現了一種新型焊接技術，即磁控焊接技術。

本文以外加磁場作用下的TIG（鎢極氬弧焊）為研究對象，通過求解質量方程、動量方程、能量方程、電勢方程和磁場方程進行數值計算，以期達到為生產實際提供有利理論依據。

1 物理模型

基本假定：等離子體在局部熱動態平衡（LTE）狀態；等離子體是光學薄的；等離子體流動是穩定的層流；忽略電弧自感應電場和重力場；流動區域忽略壓力變化。

控制方程組和計算模型見參考文獻[2]。陰極電流密度設置見文獻[3]，其它設置見文獻[4]，氬氣的物理屬性見文獻[5]。

2 計算結果

如圖1所示為不同磁感應強度下電弧溫度場分布。從圖中可以看出，在沒有外加磁場時，電弧溫度場在每一個水平截面上都是中心溫度最高（如圖1（a）所示）；在外加磁場作用下，電弧下部出現低溫區，使電弧下部水平截面上溫度呈雙峰分布；且隨著磁感應強度的增加，低溫區的溫度變的更低，區域頂部更加接近鎢極；低溫區的半徑先是隨著磁感應強度的增大而變大（如圖1（a）、（b）、（c）所示），隨后變小（如圖1（c）、（d）所示）。

3 結論

通過外加磁場TIG電弧的模擬分析研究，發現電弧下部出現低溫區，電弧下部溫度場在水平截面上呈現雙峰分布。

參考文獻：

[1]阿勃拉洛夫，阿勃杜拉赫曼諾夫.電磁作用焊接技術[M].北京：機械工業出版社，1984.

[2]韓海玲.軸向外磁場作用下鎢極氬弧焊電弧溫度場的研究[J]. 遼寧省交通高等專科學校學報，2016，18（04）：12-14.

[3]Hsu K.C.，Etemadi K.，Pfender E..Study of the free-burning high-intensity argon arc[J].J.Appl.Phys.，1983，54（03）：1293-1301.

[4]Freton P.，Gonzalez J.J.，Gleizes A..Comparison between a two- a three-dimensional arc plasma configuration[J].J. Phys.D：Appl.Phys.，2000，33（19）：2442-2452.

[5]Boulos M.I.，Fauchais P.，Pfender E..Thermal Plasmas-Fundamentals and Applications Vol 1[M].New York：Plenum， 1994.

基金項目：遼寧省交通高等專科學校2016年度校級課題（Lnccky201613）

作者簡介：韓海玲（1976-），女，山西廣靈人，博士，副教授，從事材料加工方面的研究。endprint