论文部分内容阅读
电磁搅拌焊接技术是一种改进和优化焊接工艺的有效方法，通过在焊接过程中添加外加磁场，控制电弧形态,进而影响母材的加热和熔化，同时对焊接熔池进行搅拌,改变熔池金属的结晶状况，从而提高焊接质量。本文研究了外加纵向磁场下TIG焊接5mm厚的AZ91镁合金板的过程，通过流体力学方法研究外加纵向磁场下熔池的变化情况，分析外加磁场强度、焊接速度和焊接电流对熔池温度场，流场以及熔池形状的影响。本文建立了一个外加纵向磁场TIG熔池的数值模型，使用ANSYS软件中的Fluent模块计算AZ91镁合金TIG焊熔池的温度场与速度场。利用Matlab拟合出不同外加磁场强度下阳极表面的热流密度和电流密度的函数表达式，将热流密度函数以边界条件的形式加入工件上表面。计算结果表明，在磁场强度为0-0.05T焊接电流为200A，焊接速度为7mm/s时，外加纵向磁场的加入使熔池的最高温度从1072K减少到865K，熔池表面的能量分布变得更均匀，熔池的温度梯度变小。随着外加纵向磁场强度的增大，熔池的长度和宽度呈现先增大后减小的趋势，熔池长度在B=0.02T时达到最大值19.8mm，而熔池的宽度在B=0.03T时达到最大值14.4mm。焊接电流为200A，外加磁场强度为0.02T，焊接速度为5mm/s-10mm/s时，随着焊接速度的增加，外加磁场TIG焊熔池的最高温度逐渐下降，熔池的长度和宽度均变小，熔池长度减小的幅度要小于熔池宽度减小的幅度。当焊接速度大于7mm/s时，工件不能被焊透，熔深随着焊接速度的增加而减小。当焊接速度为7mm/s,外加磁场强度为0.02T，焊接电流为160A-260A时，焊接电流的增加能显著的增大熔池的最高温度和熔池的尺寸，减小熔池后方的温度梯度，促进熔池的流动，在当焊接电流低于200A时，工件不能被焊透。在外加纵向磁场作用下，熔池区的液态金属在附加磁场力和表面张力的作用下产生平行于上表面方向的高速的旋转运动，造成熔池尾部出现不对称现象，尾部出现明显的y方向偏移，并且偏移的方向取决于外加磁场的方向，正向外加纵向磁场驱动液态金属做顺时针转动，大量的高温液态金属堆积在y轴的正半轴一侧，造成了熔池尾部在y轴正方向出现了偏移。当磁场方向为负时，液态金属的流动方向是逆时针，造成了熔池尾部在y轴负方向出现偏移。在不同强度（B0=0，0.01T，0.02T，0.03T，0.04T，0.05T）的外加纵向磁场作用下，熔池内液体的流动速度会发生变化，随着磁场强度的提高，液态金属的最高旋转速度增加，从无外加磁场时的0.073mm/s增大到外加磁场强度为0.05T时的0.798mm/s。熔池的面积呈现先增大后减小的趋势，当外加磁场强度为0.02T时，熔池的面积最大，尾部偏转角随着外加磁场强度的增加而增大，在外加磁场强度为0.05T时能够达到20.6°这对于熔池的搅拌作用是有利的。