热导型等离子弧焊电弧物理特性和熔池动态行为

李子晗¹，忻建文¹，肖笑²，王欢³，华学明¹，吴东升¹

1. 上海交通大学焊接与激光制造研究所2. 河南科技大学材料科学与工程学院3. 沪东中华造船(集团)有限公司

摘 要：基于等离子弧和熔池的数值模拟,研究了热导型等离子弧焊的电弧物理特性和熔池动态行为,并使用光谱诊断、熔池红外热成像和示踪粒子检测对数值模拟结果进行了实验验证。结果表明,在热导型等离子弧焊中,等离子体向下冲击熔池表面后,向熔池边缘流动。在熔池内部存在2个相反的涡流,熔池中心的逆时针涡流由电弧压力、Marangoni力和Lorentz力驱动,而熔池尾部的顺时针涡流则由电弧剪切力、Marangoni力和浮力驱动。此外,热导型等离子弧焊中的熔池温度高于小孔型等离子弧焊,这是由热导型等离子弧焊中等离子弧能量密度相对较高,熔池内部对流相对较弱导致的。

关键词：热导型等离子弧焊;数值模拟;光谱诊断;红外热成像;示踪粒子检测;