Status and Prospects of Numerical Simulation of Activating Welding Technology

LI Xiaohang; REN Changjing; NI Yu; HUANG Yong; HUANG Jiankang

doi:10.7512/j.issn.1001-2303.2023.11.06

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Status and Prospects of Numerical Simulation of Activating Welding Technology
Vol. 53, Issue 11, Pages: 35-43(2023)
Received：12 April 2023，

Revised：2023-09-14，

Published：25 November 2023
DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2023.11.06
稿件说明：

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李潇航，任昌敬，倪昱，等.数值模拟在活性焊接技术研究中的应用现状及展望［J］.电焊机，2023，53（11）：35-43. DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2023.11.06.

LI Xiaohang, REN Changjing, NI Yu, et al.Status and prospects of numerical simulation of activating welding technology[J].Electric Welding Machine, 2023, 53(11): 35-43. DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2023.11.06.

摘要

高效率生产是焊接工作者持续追求的目标之一，而实现深熔深焊接是重要途径之一，尤其是能获得优异焊接质量但熔深较浅的TIG焊。活性焊接方法起源于AF-TIG焊（Activating Flux TIG welding），通过在普通TIG焊接前在待焊母材表面涂敷活性剂材料，可使得熔深显著增加，达到TIG焊熔深的2倍及以上。为了推动活性焊接方法的应用与发展，通过介绍活性焊熔深增加的两种机理，数值模拟在熔池流动、应力应变、活性剂过渡方面的应用，深入理解活性元素对熔深增加和焊缝性能的影响。并认为活性剂增加熔深机理有待厘清，加强研究活性元素在低温凝固阶段中的冶金行为及其对熔池金属相变过程和焊缝性能的影响规律，将会促进活性元素引入精细控制技术和新型活性焊接方法的开发。

Abstract

Deep weld penetration is the main way to achieve high welding productivity pursued by welding workers

especially for the TIG welding process with perfect weld quality but lower weld penetration. Activating welding method originates from the AF-TIG (Activating Flux TIG) welding

in which a thin layer of activating flux is applied onto the surface of workpiece before common TIG welding and results in dramatic increase of weld penetration

more than two times of TIG welding. In order to promote the application and development of active welding methods

this paper introduces two mechanisms of increasing welding depth in activating welding

and the application of numerical simulation in molten pool flow

stress-strain

and active flux transition. It is easy to deeply understand the influence of active elements on the increase of weld penetration and weld properties. It is suggested that the mechanism of increasing weld penetration by active fluxes needs to be clarified

and research on the metallurgical behavior of active elements in the low-temperature solidification stage and their influence on the phase transformation process of the molten pool and welding seam properties should be strengthened. This will promote the introduction of active elements into fine control technology and the development of new activating welding methods.

关键词

Keywords

references

彭小洋，凌泽民，廖娟，等 . 活性TIG焊的研究进展［J］. 机械工程材料， 2013 ， 37 （ 08 ）： 1 - 4+58 .

PENG X Y ， LING Z M ， LIAO J ， et al . Research Progress of A-TIG Welding ［J］. Materials for Mechanical Engineering ， 2013 ， 37 （ 08 ）： 1 - 4+58 .

Simonik A G . The Effect of contraction of the arc discharge upon the introduction of the eletronegative elements ［J］. Welding Production ， 1976 （ 3 ）： 49 - 51

Heiple C R . Mechanism for minor element effect on GTA fusion zone geometry ［J］. Welding J. ， 1982 ， 61 .

Oreper G M ， Szekely J . The effect of an externally imposed magnetic field on buoyancy driven flow in a rectangular cavity ［J］. J. Crystal Growth ， 1983 ， 64 （ 3 ）： 505 - 515 .

Zacharia T ， David S A ， Vitek J M ， et al . Modeling the effect of surface active elements on weld pool fluid flow， heat transfer and geometry ［C］// International conference on trends in welding research ，Gatlinburg，TN， USA ， 1989 .

Wang Y ， Shi Q ， Tsai H . L. Modeling of the effects of surface-active elements on flow patterns and weld penetration ［J］. Metallurgical and Materials Transactions B ， 2001 ， 32 （ 1 ）： 55 - 57 .

David S A ， DebRoy T ， Vitek J M . Phenomenological Modeling of Fusion Welding Processes ［J］. MRS Bulletin ， 1994 ， 19 （ 1 ）： 29 - 35 .

赵玉珍，雷永平，史耀武 . 表面活性元素硫对焊接熔池流动方式和深宽比的影响［J］. 机械工程学报， 2004 （ 09 ）： 138 - 143 .

ZHAO Y Z ， LEI Y P ， SHI Y W . Effects of surface-active elements sulfur on flow patterns and depth/width ratio of welding pool ［J］. Chinese Journal of Mechanical Engineering ， 2004 （ 09 ）： 138 - 143 .

董文超，陆善平，李殿中，等 . 微量活性组元氧对焊接熔池Marangoni对流和熔池形貌影响的数值模拟［J］. 金属学报， 2008 （ 02 ）： 249 - 256 .

DONG W C ， LU S P ， LI D Z ， et al . Numerical Simulation of effects of the Minoractive-Element Oxygen on the Marangoni convection and the weld shape ［J］. Acta Metallurgica Sinica ， 2008 （ 02 ）： 249 - 256 .

Lu S P ， Dong W C ， Li D Z ， et al . Numerical simulation for welding pool and welding arc with variable active element and welding parameters ［J］. Science and Technology of Welding and Joining ， 2009 ， 14 （ 6 ）： 509 - 516 .

张瑞华，尹燕，樊丁，等 . A-TIG焊熔深增加机理的数值模拟［J］. 机械工程学报， 2008 （ 05 ）： 175 - 180 .

ZHANG R H ， YIN Y ， FAN D ， et al . Numerical Simulation of the Mechanism for Penetration Increasing of A-TIG Welding ［J］. Chinese Journal of Mechanical Engineering ， 2008 （ 05 ）： 175 - 180 .

Qin B ， Qu R ， Xie Y F ， et al . Numerical Simulation and Experimental Study on the TIG （A-TIG） Welding of Dissimilar Magnesium Alloys ［J］. Materials ， 2022 ， 15 （ 14 ）： 55 - 57 .

Sahoo R ， Debroy T ， Mcnallan M J . Surface tension of binary metal surface active solute systems under conditions relevant to welding metallurgy ［J］. Metallurgical Transactions B ， 1988 ， 19 ： 483 - 491 .

樊丁，黄自成，黄健康，等 . 活性元素氧对AA-TIG焊熔池传输行为影响的数值模拟［J］. 焊接学报， 2016 ， 37 （ 03 ）： 62-66+131 - 132 .

FAN D ， HUANG Z C ， HUANG J K ， et al . Numerical Simulation of the effect of active- elemental oxygen on the transport behaviour of the AA-TIG welding pool ［J］. Transactions of The China Welding Institution ， 2016 ， 37 （ 03 ）： 62-66+131 - 132 .

Pourmand S ， Jafari A R ， Ebrahimi A . Numerical investigation of heat， flow and particle trajectory in A-TIG welding pool of 304L-SS ［J］. Welding in the World： Journal of the International Institute of Welding ， 2020 （ 12 ）： 64 .

黄勇 . 铝合金活性TIG焊接法及其熔深增加机理的研究［D］. 甘肃：兰州理工大学， 2007 .

HUANG Y . Study on Activating TIG Welding and Mechanism of Fluxes Increasing Weld Penetration for Aluminum Alloys ［D］. Gansu ： Lanzhou University of Technology ， 2007 .

汪建华，陆皓 . 焊接预测理论和数值模拟技术的发展［J］. 造船技术， 2001 （ 04 ）： 23 - 26 .

WANG J H ， LU H . Development of Welding Prediction theory and Numerical Simulation Techniques ［J］. Marine Technology ， 2001 （ 04 ）： 23 - 26 .

Pavan A R ， Arivazhagan B ， Sharma G K ， et al . Influ