穿孔等离子弧焊接(PAW)过程中,熔池内出现小孔。小孔与熔池相互作用,小孔形状与尺寸直接影响熔池内流体的流动和传热,因而对焊缝成型质量有重要影响。本文在课题组前期研究基础上,探讨等离子弧热-力作用在穿孔过程中的动态变化,进一步提高小孔与熔池流场与热场的数值分析精度,具有重要的理论意义和工程实用价值。根据穿孔等离子弧焊接的工艺特点,建立了随小孔深度动态调整的组合式热源模型以及等离子弧压力分布模型。热源模型的实时调整包括两部分。首先,热源在不同时刻作用区域不同。其次,不同时刻两部分热源所占总的热量输入的比例不同。电弧压力分布模型根据小孔深度变化而实时调整。当没有小孔形成时,等离子弧作用在一定区域内,当小孔逐渐形成后,等离子弧作用区域明显变化。因此,随着小孔深度不断增加,小孔界面上的等离子弧压力分布要相应调整。利用建立的三维瞬态熔池和小孔热场、流场的数学模型,采用动态的组合式体积热源模式和电弧压力分布模型,分别对6mm和8mm厚度不锈钢工件进行了穿孔PAW焊接数值模拟,获得了等离子弧焊接过程中从熔池出现、小孔形成、流场与热场演变、工件熔透、穿孔等动态过程的基础数据。开展了穿孔等离子弧焊接工艺试验,将计算得到的工件背面小孔形状尺寸、焊缝横截面以及穿孔时间与实验结果进行比对,两者基本吻合,验证了所建立的模型在不同工艺条件下的适应性。