交变磁场作用下的GTAW非稳态电弧数值模拟
来源：机械工程学报杂志2018年第16期北京时间：
作者：肖磊, 樊丁, 黄健康
单位：1. 兰州理工大学材料科学与工程学院 兰州 730050;；2. 兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室 兰州 730050
摘要：基于计算流体动力学（Computational fluid dynamics，CFD）软件Fluent，建立钨极惰性气体保护焊（Gas tungsten arc welding，GTAW）电弧非稳态三维数值模型，研究交变磁场作用下的非稳态电弧特性，为交变磁场在磁控焊接技术中的应用提供理论支撑。计算获得了外加交变轴向磁场作用下GTAW焊接电弧的温度场、速度场和压力场等结果，揭示了等离子体最高温度、阳极表面压力分布、阳极表面电流密度分布与时间的关系。对比分析磁场方向改变前后的计算结果发现，当外加磁场方向改变时，在反向旋转力作用下等离子体最大加速度能够达到6×107 m/s2，在此加速度作用下，距离钨极较近的等离子体迅速改变旋转方向，而远离钨极的等离子体则来不及改变方向。当外加磁场磁感应强度为0.03 T、频率小于100 kHz时电弧均能实现正反往复旋转，且阳极表面压力及电流密度分布不再是单一的双峰分布而是呈现单/双峰交替的周期性变化。试验中采用高速摄像系统拍摄了磁场方向改变后的电弧形态，焊接电弧先收缩后扩张，与模拟结果一致。
关键词：交变轴向磁场,数值模拟,钨极惰性气体保护焊；
基金资助：国家自然科学基金（51775256）、甘肃省基础研究创新群体计划（17JR5RA107）和甘肃省高效协同创新团队项目（2017C-07）资助项目。
