焊接过程中电弧和熔滴会影响保护气的保护效果,保护效果对焊接质量至关重要,关于旋转电弧传感器焊接保护效果的研究还未见报道。旋转电弧因为具有旋转特点,其形成过程比传统电弧更复杂。常规实验方法对电弧产生机理研究存在一定局限性。本文在磁流体动力学、流体体积函数以及有限元理论的基础上,建立了GMAW电弧、旋转电弧及压缩旋转电弧的三维数学模型,提出电弧模型的基本假设,给出氩气和空气的热力学与输运性质参数,确定合理的边界条件。利用ANSYS CFX有限元软件对电弧等离子体的物理特性进行数值模拟分析,得到了在电弧和熔滴影响下保护气的保护效果。论文首先结合MHD和VOF法对GMAW焊接过程中气体流场进行了研究,并着重研究了电弧及熔滴对气流场的影响,获得了其流场分布。研究结果表明,电弧产生的高温高电磁力引起了强烈的湍流扩散效应,导致气体速度大大提高并强烈向电弧中心聚集,相对于忽略电弧影响时,氩气的保护范围明显减少;相对于忽略熔滴影响时,熔滴导致电弧温度下降且电弧形态也发生了改变,温度降低直接使气体的湍流扩散效应减弱,其保护效果得到明显改善。其次对旋转电弧焊接过程气体流场进行了研究,研究结果表明,在考虑电弧而忽略熔滴影响的情况下,旋转电弧的形态及温度分布类似于同等条件下的GMAW电弧,但在工件表面氩气的分布规律不同,GMAW氩气的分布基本是对称的,而旋转电弧左边的保护效果远好于右边,这是由于导电杆的偏心及焊丝旋转导致的;考虑熔滴影响时,旋转电弧的温度比GMAW温度低,这是由于焊丝旋转导致熔滴受到了一个离心力,使熔滴滴落加速,热量被带走的更快的缘故。最后对压缩旋转电弧焊接过程气体流场进行了研究,研究结果表明,考虑电弧影响时,电弧形态和普通旋转电弧几乎没有差别,但温度要比普通旋转电弧高,压缩的旋转电弧保护气体的保护效果略差于普通的旋转电弧,这是由于温度的增加,气体湍流扩散效应更强的缘故。以上研究成果,可为旋转电弧焊接工艺参数的选择,喷嘴结构设计、熔池研究等提供理论参考。