外加磁场TIG电弧温度场的研究

摘 要：本论文以外加磁场TIG电弧模型为研究对象，求解质量方程、动量方程、能量方程、电势方程和磁场方程，得到了不同外加磁场TIG电弧温度场的分布。

关键词：外加磁场；TIG；电弧温度场

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.24.248

0 引言

焊接作为材料连接的重要技术方法，已经应用很广泛。众所周知，各种焊接缺陷（气孔、夹渣等）和焊接后出现的组织变化（晶粒粗大、晶粒生长的方向性等）使得焊接接头力学性能比母材差，而细化晶粒是提高焊接接头力学性能的有效途径之一[1]。由金属凝固理论分析可知，如果在金属凝固的过程中，对其进行搅拌或振动，就可以达到细化晶粒的目的。焊接电弧本身是由带电粒子组成的导电体，外加磁场通过改变带电粒子的运动方向，所以可以通过磁场控制带电粒子的运动来实现对焊接电弧的控制。正是基于此，出现了一种新型焊接技术，即磁控焊接技术。

本文以外加磁场作用下的TIG（钨极氩弧焊）为研究对象，通过求解质量方程、动量方程、能量方程、电势方程和磁场方程进行数值计算，以期达到为生产实际提供有利理论依据。

1 物理模型

基本假定：等离子体在局部热动态平衡（LTE）状态；等离子体是光学薄的；等离子体流动是稳定的层流；忽略电弧自感应电场和重力场；流动区域忽略压力变化。

控制方程组和计算模型见参考文献[2]。阴极电流密度设置见文献[3]，其它设置见文献[4]，氩气的物理属性见文献[5]。

2 计算结果

如图1所示为不同磁感应强度下电弧温度场分布。从图中可以看出，在没有外加磁场时，电弧温度场在每一个水平截面上都是中心温度最高（如图1（a）所示）；在外加磁场作用下，电弧下部出现低温区，使电弧下部水平截面上温度呈双峰分布；且随着磁感应强度的增加，低温区的温度变的更低，区域顶部更加接近钨极；低温区的半径先是随着磁感应强度的增大而变大（如图1（a）、（b）、（c）所示），随后变小（如图1（c）、（d）所示）。

3 结论

通过外加磁场TIG电弧的模拟分析研究，发现电弧下部出现低温区，电弧下部溫度场在水平截面上呈现双峰分布。

参考文献：

[1]阿勃拉洛夫，阿勃杜拉赫曼诺夫.电磁作用焊接技术[M].北京：机械工业出版社，1984.

[2]韩海玲.轴向外磁场作用下钨极氩弧焊电弧温度场的研究[J]. 辽宁省交通高等专科学校学报，2016，18（04）：12-14.

[3]Hsu K.C.，Etemadi K.，Pfender E..Study of the free-burning high-intensity argon arc[J].J.Appl.Phys.，1983，54（03）：1293-1301.

[4]Freton P.，Gonzalez J.J.，Gleizes A..Comparison between a two- a three-dimensional arc plasma configuration[J].J. Phys.D：Appl.Phys.，2000，33（19）：2442-2452.

[5]Boulos M.I.，Fauchais P.，Pfender E..Thermal Plasmas-Fundamentals and Applications Vol 1[M].New York：Plenum， 1994.

基金项目：辽宁省交通高等专科学校2016年度校级课题（Lnccky201613）

作者简介：韩海玲（1976-），女，山西广灵人，博士，副教授，从事材料加工方面的研究。endprint