● 摘要
超高频脉冲钨极氩弧焊（Ultra high frequency pulse gas tungsten arc welding, UHFP- GTAW）是近年来快速发展的一种新型焊接技术，具有降低焊缝气孔敏感性、提升能量密度、细化晶粒、提高接头力学性能等工艺特点。
焊接电弧对焊接过程及焊接质量均有重要影响，其热能特性和力学特性可直接影响熔池和母材表面的热量分布、熔池内部的热传递以及液态金属的流动。在UHFP- GTAW焊接过程中，由于高频脉冲电流的加入，使得电弧形态和热量分布发生变化，从而对焊接过程产生直接而重要的影响。研究并掌握电弧行为特点，可从本质上了解电弧物理实质，为焊接工艺及过程控制提供理论支撑，为此，本文针对其电弧形态开展试验，考查脉冲电流参数对电弧宏观形态的影响，并建立UHFP-GTAW电弧数学模型，运用FLUENT数值模拟软件对焊接电弧等离子体的温度场、流场等进行数值计算，讨论超高频脉冲电流对电弧形态及其行为的作用效果。
基于建立的UHFP-GTAW电弧形态采集试验平台，完成了电弧形态试验，结果显示，电弧宏观形态在定点燃烧及匀速焊接状态下均呈典型的钟罩形，与常规直流GTAW电弧相比，UHFP-GTAW电弧整体燃烧范围及电弧端部直径有所增加；将电弧弧柱区划分为不同区域，发现当电弧形态改变时，各区域面积并不按同一比例变化，当电弧中心区域范围相对增加时，外层区域会相对减小。
数值模拟结果表明，对于常规直流GTAW电弧，增大电流会使电弧温度明显升高，中心高温区域显著增大，钨极尖端附近等离子体流速增加，阳极表面总压力也有所增加；对于UHFP-GTAW电弧等离子体，其温度、速度分布均呈周期性变化规律，温度和速度对脉冲电流的响应存在一定的滞后，脉冲电流对钨极尖端附近区域的影响最大；与常规直流GTAW电弧相比，UHFP-GTAW电弧的温度更高，等离子体流速也更大，电弧轴线的温度、速度和电流密度在钨极尖端附近区域呈周期性变化，在流向阳极的过程中逐渐趋于稳定，加入脉冲电流可显著提高阳极表面压力。