阮敬平 孙俊华 刘鹏

摘要：通过GAMBIT软件建立穿孔型等离子弧焊焊接316不锈钢的三维有限元模型并划分网格，利用FLUENT软件进行迭代计算。通过编写UDF程序实现移动热源和力源的加载以及相的定义，并利用VOF方程追踪相的界面，求解出横截面、纵截面在不同时刻的温度场云图和熔池内液态金属的流动情况。结果表明：随着焊接时间的变化，工件在电弧热的作用下逐渐被熔透，熔池内液态金属在等离子弧压力和等离子流力及其反作用力的作用下发生动态演变。对6 mm的316不锈钢进行焊接實验，并对比焊缝横截面的数值模拟结果与实验结果，两者基本吻合，验证了数值模拟结果的可靠性。

关键词：316不锈钢;温度场;液态金属;数值模拟

中图分类号：TG409      文献标志码：A         文章编号：1001-2003（2021）05-0056-05

DOI：10.7512/j.issn.1001-2303.2021.05.10

0    前言

等离子弧焊接（PAW）具有能量密度高、焊接速度快、应力应变小、焊缝成形美观等优点，特别适合焊接各种难熔、易氧化及热敏感性强的金属材料（如钨、钼、铜、镍、钛等）。相比于TIG、MIG焊，PAW在焊接中厚板时更具优势;相比于激光焊、电子束焊等，等离子弧焊接具有成本低，对焊件要求低的优点，是焊接中厚不锈钢板常用的方法之一。

316不锈钢是一种碳含量较低的奥氏体不锈钢，由于它在海水或其他介质中的耐腐蚀性能比其他不锈钢更加优异，因此常用于船舶制造、航空航天等领域。但316不锈钢具有较低的热导率、较高的电阻率以及较大的线膨胀系数，焊接难度较大[1-3]。目前，研究者对焊接316不锈钢时的电弧特性、增材制造以及316与其他金属材料的焊接等做了大量研究。……