研究背景与问题

本研究聚焦于电弧焊接与增材制造领域，其中电弧热源作为一种重要的能量载体，在金属构件连接与成形制造中扮演着核心角色。然而，传统电弧热源存在一个显著问题，即传热与传质行为高度耦合，无法实现独立调控。这一缺陷导致工件的热输入与丝材的熔敷率紧密绑定，使得在追求高效率沉积与高质量成形的双重目标时，难以得到有效兼顾。此外，这种耦合效应还可能引发热裂纹、变形等缺陷，严重制约了制造工艺的优化和发展。

研究方法

为了解决传统电弧热源存在的问题，本研究采用了一种热质传递解耦方法。该方法首先通过建立电弧热源与工件之间的热质传递模型，对传热与传质过程进行分离分析。在此基础上，结合数值模拟与实验验证，对解耦方法进行优化。具体而言，研究方法包括以下步骤： 1. 建立电弧热源与工件之间的热质传递模型； 2. 对模型进行数值模拟，分析传热与传质行为； 3. 设计实验方案，验证模型的准确性和解耦方法的可行性； 4. 优化解耦方法，提高制造效率和质量。

核心结果

本研究通过数值模拟和实验验证，取得了以下核心结果： 1. 成功建立了电弧热源与工件之间的热质传递模型，实现了传热与传质行为的分离； 2. 通过优化解耦方法，有效降低了工件的热输入和丝材的熔敷率之间的绑定关系； 3. 实验结果表明，解耦方法能够显著提高制造效率，降低成形缺陷的产生； 4. 解耦方法在增材制造和焊接领域具有广泛的应用前景。

结论与意义

本研究针对传统电弧热源存在的问题，提出了一种热质传递解耦方法。该方法通过模型建立、数值模拟和实验验证，实现了传热与传质行为的有效分离，为解决电弧焊接与增材制造中的热质传递耦合问题提供了新的思路。该研究成果不仅有助于提高制造效率和质量，降低成形缺陷的产生，而且为增材制造和焊接领域的技术创新提供了理论支撑。因此，本研究具有重要的理论意义和实际应用价值。

文章来源：《材料工程》 网址: http://www.cailiaogongcheng.cn/qikandaodu/2026/1027/331.html

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