金属学报  2004, Vol. 40 Issue (10): 1085-1092

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A--TIG焊中氧含量对熔池流动方式影响的数值模拟

赵玉珍 雷永平 史耀武

北京工业大学材料学院; 北京 100022

Modeling of the Effects of Oxygen Content on Flow Patterns in A-Tig Welding

ZHAO Yuzhen; LEI Yongping; SHI Yaowu

School of Materials Science and Engineering; Beijing University of Technology; Beijing 100022

赵玉珍; 雷永平; 史耀武 . A--TIG焊中氧含量对熔池流动方式影响的数值模拟[J]. 金属学报, 2004, 40(10): 1085-1092 .
, , . Modeling of the Effects of Oxygen Content on Flow Patterns in A-Tig Welding[J]. Acta Metall Sin, 2004, 40(10): 1085-1092 .

摘要 参考文献 相关文章 Metrics 全文: PDF(6123 KB)   摘要: 建立了三维移动热源作用下焊接熔池的数学模型，模拟了不同氧含量下熔池中的速度场和温度场。结果表明，氧化物活性剂中的氧元素改变了熔池中的表面张力温度系数，从而影响熔池中的流动方式，是熔深和深宽比增加的重要原因；随着氧含量的增加, 深宽比和熔深急剧增加, 熔宽减小。当氧含量超过15010-6时，增加氧量，熔池表面最高温度减小，并逐渐趋于一定值；当氧含量超过20010-6时，深宽比、熔深和熔宽趋于一定值；氧含量小于30010-6时,熔池表面最高温度高于正表面张力温度系数作用的温度范围，正、负表面张力温度系数在熔池中同时存在。当氧含量超过30010-6时，熔池表面最高温度处于正表面张力温度系数作用的温度范围之内,熔池中的表面张力温度系数为正值；随着氧含量的增加，在熔池中出现数目、大小、方向、位置不同的涡流，当两个涡流的方向均由熔池边缘流向熔池中心的环流时，涡流有效地把电弧能带到熔池底部,产生较大的熔深和深宽比。 关键词 ： A-TIG焊,  氧含量,  表面张力     Abstract：A 3D mathematical model was developed to calculate the temperature and velocity distributions in a moving A-TIG weld pool with different oxygen concentrations. It is shown that the oxygen element, which changes the temperature dependence of surface tension coefficient from a negative value to a positive value, can cause significant changes in the weld penetration and depth/width ratio (D/W) of the weld pool. When the oxygen content increases, the weld bead penetration and $ D/W increases sharply while the weld metal width decreases. When oxygen content exceeds 150 10-6, the surface temperature decreases and then remains a constant. When the oxygen content increased beyond 200 10-6, the increase in oxygen content did not effect the weld pool size and shape. As the oxygen content is less than 300 10-6, negative and positive exist at the same time in the weld pool. The increase of oxygen content and the decrease of surface temperature can extend the region of positive surface tension coefficient and increase the depth of the pool. As the oxygen content exceed 300 10-6 the temperature at the maximum surface tension increases beyond the simulated maximum surface temperature, andis positive. Depending upon the oxygen concentrations, three, one, or two vortexes with different positions, strengths, and directions may be found in the weld pool. The contrary vortexes can efficiently transfer the thermal energy from the arc, creating a deep weld pool. Key words： A-TIG welding    oxygen content    surface tension 收稿日期: 2003-08-14      ZTFLH:  TG401   服务 把本文推荐给朋友 加入引用管理器 E-mail Alert RSS 作者相关文章 赵玉珍 雷永平 史耀武 44.8K 链接本文: https://www.ams.org.cn/CN/      或      https://www.ams.org.cn/CN/Y2004/V40/I10/1085 [1] Paskell T. Weld J, 1997; 4: 57 [2] Lucas W. Weld Met Fabr, 1996; 1: 11 [3] Anderson P C J. Weld Met Fabr, 1996; 3: 108 [4] Yang C L, Ushio M. Welding, 2000; 4: 16(杨春利,Ushio M.焊接,2000;4:16) [5] Yang C L, Ushio M. Welding, 2000; 5: 15(杨春利,Ushio M.焊接,2000;5:15) [6] Heiple C R, Roper J R. Weld J, 1982; 61(4) : 97 [7] Heiple C R, Roper J R. Weld J, 1983; 62(3) : 72 [8] Heiple C R, Roper J R. Weld J, 1981; 60(8) : 143 [9] Kou S, Sun D K. Metall Trans A, 1985; 16A(2) : 203 [10] Tsai N S, Eagar T W. Metall Trans B, 1985; 16B: 841 [11] Zacharia T, David S A. Weld J, 1989; 12: 499 [12] Zacharia T, David S A. Weld J, 1989; 12: 510 [13] Pitscheneder W, Debroy T, Mundra K, Ebner R. Weld J, 1996; 3: 71 [14] Wang Y, Shi Q, Tsai H L. Metall Trans B, 2001; 32B(2) :145 [15] Wang Y, Tsai H L. Metall Trans B, 2001; 32B(6) : 501 [16] Aidun D K, Martin S A. J Mater Eng Per/or, 1997; 6:496 [17] Bennon W D, Incropera F P. Int J Heat Mass Trans, 1987;30: 2161 [18] Sahoo P, Debroy T, Mcnallan M J. Metall Trans B, 1998;19B: 483 [19] Lu S P. Mater Trans, 2002; 11: 2926 [20] Hsieh R I, Pan Y T, Liou H Y. J Mater Eng Perfor, 1999;8(1) : 68 [21] Yang C L, Ushio M. Chin J Mech Eng, 2000; 10: 59(杨春利,Ushio M.机械工程学报,2000;10:59) [22] Liu F Y, Lin S B, Yang C L. Trans China Weld Inst, 2002; 23(2) : 5(刘风尧,林三宝.焊接学报,2002;23(2) :5) [23] Zhang R H, Fan D. J Gansu Univ Technol, 2002; 28(1) : 7(张瑞华,樊丁.甘肃工业大学学报,2002;28(1) :7) [1] 郑亮, 张强, 李周, 张国庆. 增/降氧过程对高温合金粉末表面特性和合金性能的影响：粉末存储到脱气处理[J]. 金属学报, 2023, 59(9): 1265-1278. [2] 史永娟 任伊宾 张炳春 杨柯. 钝化处理对316L不锈钢血液相容性的影响[J]. 金属学报, 2011, 47(12): 1575-1580. [3] 陈旭 李晓刚 杜翠薇 梁平. 阴极极化条件下X70钢的缝隙腐蚀行为[J]. 金属学报, 2008, 44(12): 1431-1438. [4] 刘凤尧; 杨春利; 林三宝; 吴林; 张清涛 . 活性化TIG电弧光谱分布的特征[J]. 金属学报, 2003, 39(8): 875-878 . [5] 刘凤尧; 杨春利; 林三宝; 吴林; 张清涛 . 活性化TIG焊熔深增加机理的研究[J]. 金属学报, 2003, 39(6): 661-665 . [6] 崔传孟;徐秀光;张显鹏;王魁汉;韩维儒. B_2O_3-MgO-SiO_2-Al_2O_3-CaO系渣组成对熔体物性的影响[J]. 金属学报, 1996, 32(6): 637-641. [7] 刁日升. 含TiO_2炉渣表面张力测定及其与离子团结构的关系[J]. 金属学报, 1995, 31(18): 247-250. [8] 杨祖磐;吴铿;黄振奇. 含氧化钛高炉型渣表面张力的测定[J]. 金属学报, 1988, 24(2): 210-213. [9] 边茂恕;陈秋;王景唐. 液态Al和Al-RE合金的密度、表面张力及对BN的润湿性和附着功[J]. 金属学报, 1988, 24(2): 207-209. Viewed Full text Abstract Cited   Shared      Discussed