焊枪喷嘴结构对保护气体流场的影响

【目的】传统焊枪喷嘴结构设计中存在开发周期长、成本高、保护气体流场保护效果不明确的问题，优化焊枪喷嘴结构、控制保护气体流场等显得尤为必要。【方法】采用计算流体动力学软件Fluent，针对保护气体流量、焊枪喷嘴结构、喷嘴与坡口的间距等关键参数进行数值模拟，并通过气体染色试验与焊接试验，对模拟结果进行验证。【结果】在管道窄间隙坡口熔化极气体保护电弧焊（Gas Metal Arc Welding, GMAW）工艺中，选用20 L/min的保护气体流量可以获得良好的保护效果；锥形与扁锥喷嘴效果较为理想，其中扁锥喷嘴结构使得保护气体的流场呈现较小的圆锥度且流动更为挺直，在相对较低的保护气体流量下即可有效抵抗侧风干扰，保持稳定的焊接环境；当焊枪喷嘴与坡口的间距控制在15 mm以内时，保护气体的流场具有良好的保护效果。采用气体染色试验及焊接试验对锥形与扁锥喷嘴的模拟结果进行验证，流场及焊接质量与模拟结果相符，表明采用数值模拟方法对保护气体流场的优化设计是切实可行的。【结论】计算流体动力学模拟技术能有效优化焊枪喷嘴的结构设计、缩短研发周期、增强焊接质量的稳定性，并显著提高窄间隙坡口GMAW工艺中保护气...