摇动电弧窄间隙FCAW立焊流体流动数值分析模型

摘要

目前关于摇动电弧窄间隙药芯焊丝气体保护焊(Fluxed-cored arc welding, FCAW)的研究较少涉及熔池内部物理现象,缺乏对其成形机理的深入认识,从而影响了焊接质量的稳定性,因此利用数值模拟方法对熔池动态行为进行研究,利于焊接参数的优化及质量可靠性的提高。基于FLUENT软件,建立了适用的摇动电弧窄间FCAW立焊熔池流体流动数值分析模型,将电弧热输入视为双椭圆平面热源,并同时考虑了电弧移动路径、移动方向和接头几何特征对电弧热流分布的影响,将金属和熔渣填充过程视为液体金属和熔渣从熔池上部流入过程;假定两者流速相同,并通过对流速施加时间脉冲函数表征过渡频率。此外,模型还考虑了导电杆折弯角度对电弧力的影响。利用FLUENT软件对药芯焊丝摇动电弧窄间隙立焊熔池动态行为进行模拟计算。结果表明,模型能够合理地描述药芯焊丝窄间隙立焊熔池液体金属和熔渣的流体动力学特征,计算结果和试验结果吻合较好。熔池纵截面中部区域出现涡流,熔渣向坡口中间部位聚集;向上的电弧应力分量和熔渣有助于抑制熔池下淌。