CMT电弧增材制造过程传热传质数值模拟

冷金属过渡(Cold metal transfer, CMT)电弧增材制造技术具有熔敷效率高、热输入低、成形稳定等优点，在大尺度构件直接成形领域应用前景广阔。然而，其成形过程熔池热-流等物理场演变机理尚不明确，且很难通过试验手段获得。基于动网格技术，建立了二维CMT电弧增材制造热-流场数值模型。模型中，采用流体体积法追踪金属-气体界面，采用焓-孔隙法处理金属熔化与凝固，采用椭球热源周期性加载等效CMT电弧起收弧过程。基于建立的模型，以铝合金为研究对象，计算分析了不同驱动力对熔池流动行为影响、CMT熔滴过渡过程熔滴与熔池相互作用及不同基板热条件对熔覆层形貌和熔池尺寸的影响。结果表明：Marangoni力对熔池流动行为影响最为剧烈，其次是电弧压力；当熔滴随着焊丝向下运动时，熔滴表面液态金属向下流动，而其内部金属向上流动，形成环流；当熔滴进入熔池后，熔池表面金属向两侧边缘铺展，并在底部形成两股反向涡流；随着基板温度的升高，熔覆层形貌从瘦高状向扁平状转变。