PDF《熔池表面形状对电弧电流密度分布的影响 ！》

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!65#$物理学报78179 : ;

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? C ( 电弧中心线与熔池表面最大下凹处的交点, ! # ! $ % 由图#可见, 在熔池表面变形较大的情况下, $ !$# , $ !$ $ , 这样, 较多的电流就会通过以 $ # , $$ 所代表的路径流入熔池, 而在离开 $ # , $ $ 的部 位, 流入的电流较少% 假设局部电流密度在变形后的 熔池表面上分别以 !# , !$ 为原点按高斯函数分 布, 即在!# 点&

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在!$ 点&

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$ $ ! $ * ( ) $ , 式中&

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$ % 分别为 !# , !$ 点的最大电流密度;

! * # , ! * $ 为电流分布参数;

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为从原点!# 或!$ 开始 的曲线弧长% 图# ) * +焊接试件在+! 截面上电流密度的分布示意图 根据, - . /等人 [

0 ] 关于! * 与弧长$ 基本成正比 例关系的实验结果, 假定有下式成立: ! * # $# ( ! * $ $$ % ( # ) 因焊丝端部 # 至熔池表面的距离$ 越大, 流 过此处熔池表面的电流密度越小, 假定&

% 与$成反比, 即&

#%$# (&

$ % $$% ( $ ) 焊丝端部 # 至工件表面的距离#1 影响电流 分布参数的大小% #1 越大, 电流在熔池表面上的作 用区域越大, 所以电流分布参数越大;

#1 越小, 电 流分布参数越小% 电流分布的区域, * #2 , * $与#1 满 足以下关系: , * #-, * $ (. (#1 ) , (

3 ) . (#1 ) 是#1 的函数, 文献 [0 ,

4 ] 通过试验和计算 方法研究了焊接工艺参数对电流密度在工件表面上 分布区域大小的影响规律, 本文根据这些实验及计 算结果选取. (#1 ) % 求解能量方程、 动量方程、 连续性方程和熔池表 面变形的控制方程 [ $ ] , 可以确定熔池表面的曲面方 程, 根据熔池表面上的坐标和焊丝端部点 # 的坐 标( , ,/ ),可确定 !# 、 !$ 点% 同样也可确定出0 ! 截面所得熔池上表面曲线上的 !3 , !0 点, 即!# (0 # , ,

1 ) (0 # , ) ) , !$ (0 $ , ,

1 ) (0 $ , ) ) , !3 ( , + # ,

1 ) ( , + # ) ) , !0 ( , )+ # ,

1 ) ( , )+ # ) ) , 熔池表面凹陷最低点 ! 的坐标为 ( , ,

15 ( , ) ) % 根据图$所示的几何关系, 由(3)式可得到 $

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0 # $ - [ (0 # , ) ) ( , ) ] $ - $

6 ! * $20 $2

0 $ $- [ (0 $ , ) ) ( , ) ] $ (. (#1 ) % (

0 ) 由(#)和(0)式联立求解, 可求出! * # , ! * $% 如图$所示, 当!# , !$ , !3 , !0 不在一个水平 面上时, 取0点/坐标的平均值作为一系列电流密 度分布原点的/坐标值, 即/# (1) (

0 # , ) - (

0 $ , ) - ( , + # ) - ( , )+ # )

0 , (

4 ) 即在变形后的熔池表面上, 将/坐标值为/#的所有 点连接起来, 构成一条封闭的曲线, 一系列局部电流 密度分布的原点都处在该封闭曲线上% 图$ 焊接电流密度分布原点之间的几何关系 电流密度分布与焊丝端部点 # 到熔池表面的 距离$ 有关, 熔池表面非 !# 和!$ 点的电流密度 分布参数&

% ( #) , ! * ( #) 由&

# %, &

$ %及! * #, ! * $ (+!

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0 $ 物理学报08卷 截面上 !! 和! 点的参数) 通过插值求出 当!# $ #― % $ #, $ &