考虑自由表面的TIG焊熔池行为数值模拟

石 玗，郭妍宁，黄健康，樊 丁，顾玉芬

（1.兰州理工大学甘肃省有色金属新材料重点实验室，甘肃兰州730050；2.兰州理工大学有色金属合金及加工教育部重点实验室，甘肃兰州730050）

考虑自由表面的TIG焊熔池行为数值模拟

石 玗1，郭妍宁2，黄健康2，樊 丁1，顾玉芬2

（1.兰州理工大学甘肃省有色金属新材料重点实验室，甘肃兰州730050；2.兰州理工大学有色金属合金及加工教育部重点实验室，甘肃兰州730050）

根据TIG焊接过程中的实际情况，利用VOF方法追踪自由表面，建立了包括自由表面的三维瞬态TIG焊熔池模型。采用FLUENT软件，考虑浮力、电弧压力、电磁力以及表面张力，对不同焊接电流下的TIG焊熔池行为进行数值模拟，得到了熔池的温度场、流场和自由表面变化情况。结果表明：所建立的TIG焊熔池模型是正确的，随着焊接电流的增大，熔池最高温度升高，熔深、熔宽以及自由表面变形程度也随之增大。

TIG焊；自由表面；熔池；数值模拟

0 前言

在焊接过程中，由于熔池内部复杂的动力学过程，很难采用实验手段直接观察熔池行为。而焊接过程中的电弧压力、表面张力、熔池重力、熔滴的冲击力等会使熔池表面产生一定变形，从而改变熔池内部的传热条件，继而影响整个熔池的温度场和流场[1]。

近年来，国内外越来越多的学者采用数值模拟进行焊接熔池自由表面的研究，从而可以更准确地分析熔池行为。Choo[2]等人研究了TIG焊接时电弧熔池耦合作用下的熔池流体流动和传热过程，但该研究下的自由表面变形是由实验数据提前设定的，并不能真实反映焊接过程的实际情况。……