外加磁場(chǎng)TIG電弧溫度場(chǎng)的研究

摘 要：本論文以外加磁場(chǎng)TIG電弧模型為研究對(duì)象，求解質(zhì)量方程、動(dòng)量方程、能量方程、電勢(shì)方程和磁場(chǎng)方程，得到了不同外加磁場(chǎng)TIG電弧溫度場(chǎng)的分布。

關(guān)鍵詞：外加磁場(chǎng)；TIG；電弧溫度場(chǎng)

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(shù)方法，已經(jīng)應(yīng)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(xiàn)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(xué)性能比母材差，而細(xì)化晶粒是提高焊接接頭力學(xué)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(duì)其進(jìn)行攪拌或振動(dòng)，就可以達(dá)到細(xì)化晶粒的目的。焊接電弧本身是由帶電粒子組成的導(dǎo)電體，外加磁場(chǎng)通過改變帶電粒子的運(yùn)動(dòng)方向，所以可以通過磁場(chǎng)控制帶電粒子的運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)對(duì)焊接電弧的控制。正是基于此，出現(xiàn)了一種新型焊接技術(shù)，即磁控焊接技術(shù)。

本文以外加磁場(chǎng)作用下的TIG（鎢極氬弧焊）為研究對(duì)象，通過求解質(zhì)量方程、動(dòng)量方程、能量方程、電勢(shì)方程和磁場(chǎng)方程進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，以期達(dá)到為生產(chǎn)實(shí)際提供有利理論依據(jù)。

1 物理模型

基本假定：等離子體在局部熱動(dòng)態(tài)平衡（LTE）狀態(tài)；等離子體是光學(xué)薄的；等離子體流動(dòng)是穩(wěn)定的層流；忽略電弧自感應(yīng)電場(chǎng)和重力場(chǎng)；流動(dòng)區(qū)域忽略壓力變化。

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

2 計(jì)算結(jié)果

如圖1所示為不同磁感應(yīng)強(qiáng)度下電弧溫度場(chǎng)分布。從圖中可以看出，在沒有外加磁場(chǎng)時(shí)，電弧溫度場(chǎng)在每一個(gè)水平截面上都是中心溫度最高（如圖1（a）所示）；在外加磁場(chǎng)作用下，電弧下部出現(xiàn)低溫區(qū)，使電弧下部水平截面上溫度呈雙峰分布；且隨著磁感應(yīng)強(qiáng)度的增加，低溫區(qū)的溫度變的更低，區(qū)域頂部更加接近鎢極；低溫區(qū)的半徑先是隨著磁感應(yīng)強(qiáng)度的增大而變大（如圖1（a）、（b）、（c）所示），隨后變?。ㄈ鐖D1（c）、（d）所示）。

3 結(jié)論

通過外加磁場(chǎng)TIG電弧的模擬分析研究，發(fā)現(xiàn)電弧下部出現(xiàn)低溫區(qū)，電弧下部溫度場(chǎng)在水平截面上呈現(xiàn)雙峰分布。

參考文獻(xiàn)：

[1]阿勃拉洛夫，阿勃杜拉赫曼諾夫.電磁作用焊接技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1984.

[2]韓海玲.軸向外磁場(chǎng)作用下鎢極氬弧焊電弧溫度場(chǎng)的研究[J]. 遼寧省交通高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)，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.，F(xiàn)auchais P.，Pfender E..Thermal Plasmas-Fundamentals and Applications Vol 1[M].New York：Plenum， 1994.

基金項(xiàng)目：遼寧省交通高等?？茖W(xué)校2016年度校級(jí)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