TIG焊是现代制造业中,尤其是在锅炉、压力容器和承压管道等重要构件的制造中,应用最为广泛的焊接技术之一,是单面焊双面成形中打底焊最重要的焊接方法。而在实际生产中,打底焊通常为预留间隙的对接焊,间隙对于保证熔透和背面良好成形起到至关重要的作用。因此,利用数值模拟的方法研究预留间隙的对接焊过程可以实现整个焊接过程的定量分析,了解焊接热过程以及熔池流场的动态行为,对于深入理解间隙对熔池的传热与传质作用,进而了解间隙对焊接过程及焊接质量的影响具有重要的意义。建立了预留对接间隙的TIG焊熔池三维瞬态传质传热数值分析模型。通过引入电弧热流和电弧压力的控制函数,建立了预留对接间隙的TIG焊过程中随熔池自由表面变形自适应变化的电弧热和电弧压力模型,简化了对接间隙和熔池表面变形对电弧热流和电弧压力分布的复杂影响,考虑了少量电弧穿过间隙后,总热输入的守恒和总电弧压力的守恒。采用ICEM CFD软件划分计算网格,利用ANSYS FLUENT软件进行模拟计算。通过VOF方法追踪熔池界面,采用PISO算法进行求解。分别模拟计算了无预留间隙和预留间隙为0.4mm、0.6mm、0.8mm的焊接过程,以及预留间隙为0.6mm时,焊接电流分别为60A、65A、70A的焊接过程,定量分析了熔池从形成、熔合到填满间隙向前流动的过程,以及熔池横截面、纵截面和上表面的温度场-流场特点。根据预留对接间隙的TIG焊接工艺实验测得焊缝横断面形状尺寸,对所建立的数值分析模型进行了实验验证。比较了不同预留间隙和不同焊接电流情况下的焊接热过程,分析了间隙的变化对熔池温度场和流场的影响。结果表明熔合后的熔池上表面大体呈现出两种流动趋势:熔池的液态金属整体向后流动,在熔池后方形成回流;熔池最前端的液态金属呈现出向前流动-向后流动的周期性变化,但流向熔池背面的金属量较小,对工件背面熔化的促进作用有限。电弧可以通过间隙直接作用于两侧工件的对接面,使得熔池前方工件在厚度方向能够受到电弧的直接加热,较大的促进了工件背面的熔化。随着对接间隙的增大,填充间隙所需的液态金属也增多,熔池的最大下塌量较大,熔池上表面积越小。工件上表面金属熔化以后,受重力作用迅速向熔池最低处流动,将热量更多的带入到间隙中。而对接间隙较小时,熔池上表面的下塌较小,工件上表面金属熔化以后,受重力作用流向间隙中间速度较小,在熔池的边界处会形成较大的回流,将热量带到熔池的边界处。