随着航空航天,轨道交通,船舶重工行业的迅速发展,对于高质量、高效化焊接方法的需求更加迫切。实现这一愿望的有效途径之一就是将不同种类的电弧或热源结合起来构成复合热源焊接。等离子-MIG就是将等离子弧焊和熔化极惰性气体保护焊结合起来的一种复合热源焊接技术。由于其焊枪结构的独特性,产生了这种工艺方法的一系列特点,如熔深大、焊接过程稳定、无飞溅等。尤其是在焊接机车转向架,压力容器或者密室等特殊工况下,等离子-MIG复合焊能达到常规焊接方法所不能达到的熔深效果。在焊接角焊缝时,通常选择的方法是增大坡口角度或者采用双面坡口焊接的方法来满足质量要求。当板厚过大时,还需要多层多道焊接,带来的问题则是热输入过大而导致工件变形严重,焊接接头机械性能降低。现有的等离子-MIG焊枪在焊接窄坡口角焊缝时出现根部未焊透,考虑到焊枪的可达性问题,需要对这种特殊工况下的焊接过程进行内部机理研究。但是,焊接电弧的温度非常高,想通过普通的检测和观察手段来研究电弧是非常困难的;焊接熔池中的流体流动及传热过程是一个动态时变过程,对发生于熔池内部的一些现象进行实验检测存在很大的困难。近年来数值模拟方法以强劲的势头迅速发展,通过计算机模拟电弧形态及熔池形成,有助于从更深层次上理解焊接过程的物理实质。作者运用FLUENT模拟软件,结合流体动力学方程、磁流体动力学理论和麦克斯韦方程组,建立了等离子-MIG复合焊焊接低碳钢T型角焊缝的三维数学模型,对焊接过程的焊接电弧和熔池的温度场和流场等进行了模拟计算。首先,运用solidworks制图软件进行三维建模,导入到hypermesh软件对其进行网格的划分。按照流体动力学所遵守的三大守恒方程(质量守恒、动量守恒、能量守恒)和麦克斯韦方程组,建立了三维等离子-MIG复合电弧的数学模型。通过计算可以得到稳态的复合电弧的温度场,流场等。通过改变等离子电流大小、MIG电流大小、等离子气以及保护气流量来观察复合电弧形态的变化;为验证模拟结果的准确性,在焊接过程中运用高速摄像系统记录焊接过程中电弧的形态。其次,建立了等离子-MIG复合电弧-熔池耦合的三维数学模型,这种统一模型更加贴近工程实际。通过计算可以得到母材的熔化过程及最后熔池截面的形状;在相同焊接工艺下进行焊接试验,通过试验结果与模拟结果的对比验证模拟结果的准确性。本文通过模拟特殊工况下等离子-MIG复合焊的电弧和熔池,更加深刻的理解了焊接的物理本质,为制定和优化复合焊接工艺提供理论依据。