1.2.3 摇动电弧窄间隙GMAW的优势和不足

摇动电弧窄间隙焊作为一种低成本、高生产率、高焊接质量的特殊电弧焊接工艺技术，与普通焊接工艺相对比，其主要优点有[11]：大量减少焊缝横截面大小，减少焊材的破费与减轻电能消耗，大幅度增加焊接生产率并降低了焊接生产花费；窄间隙焊可以减小焊缝变形，从而降低焊缝残余应力，因而易于控制焊接装配；深而窄的坡口侧壁可以加强焊缝区的冶金保护，使焊缝金属的杂质含量更少；熔池的凝固速度更快，焊缝组织来不及长大，能够使焊缝组织细化，且焊接热影区的塑、韧性损伤大大减小，缺口韧性相对提高；不仅可焊接低碳钢，还可以焊接低合金高强钢、高合金钢、铝和钛及其合金。

虽然窄间隙GMAW大量应用于大型工件中的厚板焊接，但窄间隙GMAW在厚板焊接上已有工艺存在着一些应用上的问题。窄间隙GMAW存在高效且能在各种位置进行焊接，因而得到的应用很多，但是不容易修补，需要一次性焊接到位，所以需要有较高的焊接操作技能；增加装配时间；麻花焊丝式需要对焊丝进行预处理，工艺复杂、成本较高；焊接时飞溅大、导电嘴磨损大；以上缺陷造成原因不一，有很大的发展空间。对于窄间隙熔化极气体保护焊而言，有待改进的地方还有很多，像导电嘴、焊机、焊接精度、跟踪系统都是值得研究从而获得改进的；这些缺陷限制了该工艺的实施，使窄间隙GMAW离实际生产应用还有很大距离。

1.3 摇动电弧窄间隙GMAW数值模拟研究现状

1.3.1 数值计算在焊接中的应用

1.3.2 国内外摇动电弧窄间隙GMAW数值模拟的研究现状

1.4 本文主要研究内容

(1) 本课题主要研究的是在不同焊接条件下进行摇动电弧窄间隙焊接实验，检测其焊缝成形。

(2) 综合考虑摇动电弧窄间隙立焊热源移动轨迹、接头几何特征，基于FLUENT软件，建立摇动电弧窄间隙焊熔池流体流动三维数值分析模型，对不同条件下熔池动态行为进行模拟计算；并将焊缝横断面形状尺寸的计算结果与实验结果，验证模型的准确性。

(3) 基于计算结果，分析摇动电弧窄间隙立焊熔池流体流动特征，研究不同摇动频率对其影响规律；从流体动力学角度，探讨摇动电弧窄间隙焊抑制熔池下塌机理。

第二章 实验设备和方法

2.1 实验设备

图2-1为摇动电弧窄间隙GMAW立焊实验装置示意图。摇动电弧窄间隙焊接装置系统构成主要由Fronius公司生产的TPS4000型焊接电源及配套送丝装置、摇动电弧窄间隙焊接控制器、机床（行走机构）、摇动电弧窄间隙焊炬及供气系统等构成。