【摘要】：TIG焊作為一種常用的焊接方法,在生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用。由于其焊接質(zhì)量高,焊縫質(zhì)量好,在對焊接質(zhì)量要求較高的焊接中經(jīng)常使用。在對于鎂、鋁及其合金的焊接中,由于材料自身屬性的原因,極易被氧化。在焊接過程中,母材表面的氧化物對焊接質(zhì)量、焊縫的成型影響嚴(yán)重。在對于鎂、鋁及其合金的焊接時,經(jīng)常用到直流反接TIG焊或者交流TIG焊。采用直流反接TIG焊時,母材作為陰極,電弧中質(zhì)量較大的陽離子向陽極流動,對陽極表面產(chǎn)生較大的沖擊,可以對母材表面產(chǎn)生的氧化膜進行清理,從而提高焊接效率和焊接質(zhì)量。但是在直流反接焊接中鎢極作為陽極,電子向陽極流動,使得陽極溫度升高,從而使鎢極燒損。在交流TIG焊接中,鎢極為負(fù)極性半周期時,陰極發(fā)射電子帶走部分能量,鎢極溫度較低,可以用作對電極正極性半周的鎢極進行冷卻。采用不同焊接方式其等離子體特性不同。本文將采用數(shù)值模擬的手段,對直流焊和交流焊中等離子體的運動狀態(tài)進行研究,并分析直流正接、直流反接和交流TIG焊的電弧特性。首先,建立針對TIG焊焊接條件進行分析,建立二維軸對稱模型。采用磁流體力學(xué)方程組和麥克斯韋方程組針對焊接過程建立數(shù)學(xué)模型。使用Fluent軟件選擇壓力計求解器,采用Simple算法對直流正接和直流反接TIG焊進行穩(wěn)態(tài)計算,同時針對交流TIG焊進行瞬態(tài)計算。然后,比較了直流正接和直流反接時的TIG電弧等離子體特性的計算結(jié)果,并分析了電弧電流變化對其特性的影響規(guī)律。結(jié)果表明:相對于直流正接時,直流反接時的電弧等離子體表現(xiàn)為一定程度的收縮,其溫度、電勢、壓力、電流密度及速度均有所升高,且溫度梯度和壓力梯度都很大,電弧高溫區(qū)更接近鎢極,母材表面的壓力、電流密度、熱流密度也都增大,鎢極表面溫度甚至能達到鎢極熔點以上。隨著電弧電流增大,不論直流正接還是直流反接時電弧等離子體的溫度、電勢、壓力、電流密度及速度都增大。最后,針對交流方波TIG電弧,研究了等離子體特性隨時間的演變過程,并分析了電弧電流變化對其的影響規(guī)律。結(jié)果表明:交流方波TIG電弧的等離子體特性呈現(xiàn)周期性變化過程。電流過零時的等離子體溫度、電勢、壓力和流速等特性都遠小于穩(wěn)定電流時的數(shù)值。電極正極性半周的數(shù)值都高于電極反極性半周的,且弧柱高溫區(qū)更靠近鎢極。電流過零時,電流上升沿的溫度、電勢、壓力和流速都低于電流下降沿的。隨著電流增大,等離子體的溫度、電勢、壓力和流速都升高。電流過零后達到穩(wěn)定狀態(tài)的過程中,等離子體特性變化相對于電流變化都存在一定的延遲性,并且電弧電流越大,這種延遲性越明顯。
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG444.74

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本文編號：2784285