穿孔型等离子弧焊接,由于等离子弧具有温度高、能量高度集中、穿透力强等特点,在不开坡口的情况下能实现厚板的单面焊双面成形,是一种很有前途的焊接工艺方法。因此,对其焊接过程进行模拟具有重要的理论和实践指导的意义。首先基于双区域近似电弧模型的简单理论,研究了转移型等离子弧焊接时在喷嘴出口处所产生的电弧特性,讨论了工艺参数对焊接等离子弧的影响,并与实验数据进行比较,比较结果表明,计算结果与实验测量值吻合良好。根据流体力学理论和传热学机理,建立了运动等离子弧作用下穿孔焊接熔池流场和温度场的三维瞬态数值分析模型,并采用有限元法对模型进行离散化处理。模型中,考虑了熔池内部液态金属的对流传热和熔池外部的固体导热、材料热物理性能参数随温度的变化、焊件表面通过对流和辐射向周围环境的散热以及熔化/凝固相变潜热对熔池流场与温度场的影响,焊接热源采用高斯分布函数,计算中对边界条件进行了处理。根据穿孔熔池温度场与流场模型的特点,采用非均匀网格对单元进行划分,并采用分区异步长算法确定时间步长,利用ANSYS有限元软件对所建立的模型进行了求解。通过实验测量焊缝几何尺寸与计算结果相比较,验证了本模型的计算结果和实际相差不大,是基本正确和可靠的。最后通过与实验的对比和对穿孔型等离子弧焊接现象的进一步分析,提出了本文所建穿孔熔池模型的改进方法,可为后续的研究工作提供基础和借鉴。