我院硕士研究生王丽霞在导师李永凤副教授的指导下，于2025年8月在《International Journal of Thermal Sciences》上发表题为“Shielding gas induced thermodynamics mechanisms in keyhole plasma arc welding studied by experiment and numerical simulation”的研究论文。
为探究保护气体成分对匙孔等离子弧焊热力学行为的作用机制，本研究通过实验与数值模拟相结合的方法，系统研究了Ar-He-O₂混合保护气体对等离子电弧形态、温度场、压力场及传热特性的影响。研究发现，保护气体中氦气比例的提升可使电弧形态由钟形转变为锥形，并显著提高电弧中心温度；电弧压力则随氦气含量增加而降低，而熔透能力呈现先增后减的趋势。氦气增强了电弧的热传导性和收缩效应，但过量氦气会导致热输入集中度下降。研究确定了37.5 at.% Ar + 62.5 at.% He的混合气体比例能实现最优的能量密度、热输入和熔深，从而获得最佳的焊缝质量。此外，添加少量氧气可改善熔池流动性，但也可能引起轻微氧化及咬边缺陷。数值模拟结果与实验数据高度吻合，验证了模型在优化保护气体成分方面的有效性。
该研究得到了山东省自然科学基金(Grant No. ZR2022ME099)和山东省高等学校“青创团队”计划项目(Grant No. 2022KJ089)的资助
《International Journal of Thermal Sciences》是Elsevier旗下的著名期刊，专注于发表传输过程物理学基础研究。该刊主要发表材料和流体的热物性研究、热测量技术、反演方法和实验方法的开发的研究，同时涵盖热传递的建模和数值方法。2025年影响因子达到5.0，为中科院SCI二区期刊。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2025.110244
