外加高频磁场下电弧快速成形过程的电磁-流体耦合数值模拟

来源：机械工程学报杂志2016年第4期北京时间：

作者：柏兴旺, 张海鸥, 周祥曼, 王桂兰

单位：1. 南华大学机械工程学院 衡阳 421001; 2. 华中科技大学机械科学与工程学院 武汉 430074; 3. 华中科技大学材料科学与工程学院 武汉 430074

摘要：外加电磁作用是改善电弧快速成形零件组织和性能的有效方式之一。为了揭示高频磁场对熔池传热、对流和形态的影响机理,采用有限元电磁计算和有限体积流体分析耦合的方法,建立电磁场、熔池温度场和流体流动场分析的三维模型,分析工件和熔池中高频电磁力/热的分布特征,研究高频电磁力与表面张力、电弧力以及熔滴冲击共同作用下的熔池表面动态变形,对比分析有/无外加高频磁场情况下熔池温度分布和流体流动模式上的差异,并由此预测外加高频磁场对凝固组织和熔池形态的改变。结果表明,高频电磁力驱动熔池流体在垂直焊接方向的平面内形成单漩涡旋转对流,有利于熔断枝晶细化晶粒,熔池表面形状向远离线圈一侧倾斜,熔宽增大。金相和焊道横截面测试证实了上述模拟结果。

关键词：高频磁场,快速成形,熔池流动,数值模拟；

基金资助：国家自然科学基金资助项目(51505210,51374113)