微量活性组元氧对焊接熔池Marangoni对流和熔池形貌影响的数值模拟

金属学报, 2008, 44(2): 249-256. doi: 10.3321/j.issn:0412-1961.2008.02.023

微量活性组元氧对焊接熔池Marangoni对流和熔池形貌影响的数值模拟

董文超 ^1, , 陆善平 ^2, , 李殿中 ^3, , 李依依 ^4,

1.中国科学院金属研究所,沈阳,110016

2.中国科学院金属研究所,沈阳,110016

3.中国科学院金属研究所,沈阳,110016

4.中国科学院金属研究所,沈阳,110016

基金项目: 中国科学院金属研究所创新基金和沈阳市科技计划(1071275-0-02)

关键词：微量活性组元 , 氧 , Marangoni对流 , 熔池形貌 , 数值模拟

NUMERICAL SIMULATION OF EFFECTS OF THE MINOR ACTIVE-ELEMENT OXYGEN ON THE Marangoni CONVECTION AND THE WELD SHAPE

针对SUS304不锈钢的定点钨极惰性气体保护焊过程,建立三维瞬态定点热源作用下的焊接熔池数学模型,系统研究了不同氧含量下的熔池温度场、速度场以及熔池形貌演变过程.结果表明:随着熔池中活性组元氧的增加,熔池内的对流模式经历了以外对流为主、内外对流共存到以内对流为主的演变过程,熔池形貌由浅且宽形、"勺"形变成深且窄形.熔池中微量氧直接影响熔池表面张力温度梯度系数,改变熔池表面Marangoni对流模式和熔池最终形貌.当氧含量低于80×10-6时,熔池表面以外向Marangoni对流为主,熔池形貌宽且浅;当氧含量超过120×10-6时,熔池表面以内向Marangoni对流为主,熔池形貌窄且深;当氧含量处于(80-120)×10-6之间时,熔池形貌为"勺"形,并且随时间的增加,熔池内外对流区域逐渐变小,内对流区域逐渐变大.定点联合保护焊实验结果表明,熔池形貌变化规律的模拟结果与实验结果吻合.

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