304不锈钢激光焊接工艺及数值模拟

采用激光自熔焊接技术对304不锈钢进行平板焊接试验,并通过对比分析微观组织和力学性能结果,得出最佳工艺参数为:P=2.6 kW、v=30 mm/s、Δf=+2 mm。通过金相组织表征、X射线荧光衍射和电子背散射衍射等分析方法得出焊接接头的焊缝组织由奥氏体和铁素体组成。依据最佳工艺参数选用大型通用有限元模拟软件ABAQUS,并采用高斯面热源和高斯旋转体组合热源对激光焊接过程进行模拟。将模拟获得的焊缝截面形貌和试验获得的焊缝截面形貌进行对比,并根据对比结果优化模拟模型。仿真结果表明,在移动热源的前端位置,等温线较密集,温度梯度较大,而移动热源后方,等温线较为稀疏,温度梯度减小。     

“GAUSS+半椭球”热源模拟激光焊接北大核心

为了模拟7A52高强度铝合金激光焊接焊缝熔池轮廓形貌,根据7A52高强度铝合金的元素含量、物理性能建立材料文件;分析材料不同物态对激光的吸收和衍射,建立一种新型热源模型,命名为“GAUSS+半椭球”热源模型。施加“GAUSS+半椭球”热源、双椭球热源、三维高斯圆锥热源模拟焊缝截面形貌,提出以模拟与试验的焊缝截面面积之比为度量模拟准确率的方法。结果表明,“GAUSS+半椭球”热源模拟焊缝截面形貌的准确率为81.9%,其他热源的准确率分别是57%和73.6%。明确了新型复合热源模型能准确地模拟出缝截面熔池轮廓及温度场分布,模拟结果与试验结果吻合度高,有助于确定焊接工艺参数。     

窄间隙热丝TIG焊接工艺研究及缺陷分析

研究了Polysoude窄间隙热丝TIG焊接系统的焊接工艺,分析焊缝产生缺陷的原因。通过对焊接电流、电弧电压、送丝速度、焊接速度、热丝电流等参数的优化分析,得到一组相互匹配的最优参数组合。试验结果表明,采用优化后的工艺参数对大口径无缝钢管进行焊接,可以获得焊缝表面形貌美观、内部无缺陷的优质焊接接头。     

焊接顺序对大型薄板装甲钢结构焊接变形的影响

基于有限元软件SYSWELD建立了大型薄板装甲钢结构的焊接有限元模型,采用Local-Global方法研究了焊接顺序对薄板结构焊接变形的影响. 通过对比焊缝截面宏观形貌,利用SYSWELD热源拟合工具,建立了适合现场焊接工艺的双椭球热源模型. 采用热弹塑性有限元法分析了T形和对接接头的焊接过程,获得了局部塑性应变和焊缝刚度,进而模拟了不同焊接顺序下薄板结构变形情况. 结果表明,现场焊接顺序下结构中部薄板焊接变形严重,最大变形量为9.6 mm,模拟结果与试验结果吻合较好;采用优化的焊接顺序,可有效控制薄板焊接变形,最大变形量可减小75%.     

TA2薄壁钛管双TIG焊温度场和残余应力分布对接头组织性能的影响

针对纯钛TA2薄壁管的钨极氩弧焊(TIG)高速焊接时出现的咬边、驼峰等成形缺陷,以及焊接效率低等问题,提出采用双TIG焊接工艺,可有效提高焊接速度,改善焊缝成形的解决措施。同时采用ABAQUS对两种焊接方法建立焊接热弹塑性有限元模型,对比分析焊接温度场和焊后残余应力分布,并进一步对焊接TA2薄壁钛管进行显微组织分析及力学性能测试。试验结果表明:模拟所得的两种接头的焊缝轮廓尺寸与实际接头相近,双TIG焊接时焊缝中心温度低于TIG焊接,且双TIG焊缝附近Von Mises应力大于200 MPa的宽度小于TIG焊缝,焊后稳态时焊缝中心的Von Mises应力相近。双TIG焊缝中心及热影响区显微组织比TIG焊细小,两种接头的各项力学性能和耐海水腐蚀性能均满足相关标准要求。φ19 mm×0.7 mm的TA2钛管在获得良好焊缝成形的条件下,采用双TIG焊接工艺的焊接速度可达5 m/min。与TIG焊接工艺相比,生产效率大为提高,基本实现焊缝零缺陷。     

镁合金真空电子束焊焊缝形貌与性能研究

准确掌握焊接过程温度场的变化情况,对提高镁合金的焊接质量有着重要作用.采用数值模拟方法针对不同焊接速度的工艺条件下,计算出AZ61镁合金真空电子束焊接过程中温度场的分布状态和焊缝的形貌情况,从而获得较优的焊接工艺参数;并通过试验数据,进一步讨论在优化工艺参数条件下的焊缝形貌、硬度分布情况.结果表明,在焊缝表面熔池宽度和横向焊缝深度等方面计算结果与试验结果十分吻合,接头没有明显的热影响区;焊缝为细小的等轴晶且第二相均匀分布在其间,焊缝硬度分布沿焊缝横向成依次递减趋势且大于母材.     

基于神经网络的316L不锈钢激光焊焊缝形貌预测

在316L不锈钢的激光焊接过程中,其焊接工艺参数直接影响焊缝的形貌,建立焊接工艺参数与焊缝几何形状之间的关系对于优化焊接工艺参数,降低焊接成本非常重要. 根据316L不锈钢焊缝二维不光滑轮廓形貌特点,采用分段函数思想,分别使用Hermite插值和最小二乘拟合的方法描述焊缝轮廓,构建广义回归神经网络焊缝二维形貌预测模型. 结果表明,采用Hermite插值的方法能够获得更准确的焊缝形貌,其平均相对误差为?3.49%. 该模型为316L不锈钢激光焊焊缝预测提供一种有效方法.     

镍管纵缝等离子+TIG焊接接头组织性能研究

针对纯镍焊接时易出现裂纹、气孔、熔合不良等缺陷,采用等离子+TIG双枪焊接方法,进行5 mm厚N6纯镍管纵缝平板模拟试焊,通过正交试验优化焊接工艺参数,并对接头的组织和性能进行了研究。试验结果表明,最优焊接工艺参数下,接头抗拉强度为328 MPa,达到母材的90%;焊接接头中等离子焊接区(焊缝中下层)范围大,焊接接头的断裂属于以韧性断裂为主的混合断裂;分析接头的显微组织可知:N6母材为单相奥氏体组织,焊缝的TIG焊接区(焊缝中上层),由于两次受热,主要由粗大的奥氏体柱状晶组成,焊缝的等离子焊接区是粗大的奥氏体胞状晶。     

12Cr18Ni10Ti钢TIG焊工艺及接头力学性能

通过对12Cr18Ni10Ti不锈钢板材和管材进行焊接工艺试验,确定与优选了焊接工艺参数,对比了手工TIG焊及自动TIG焊的室温、高温拉伸力学性能、焊缝硬度及其金相组织.结果表明:管材的室温拉伸性能与板材的相当;手工TIG的焊缝中部组织基本上倾向于等轴状铸造枝晶组织,自动TIG焊的焊缝中部组织倾向于柱状枝晶组织;热影响...     

TATM700钢等离子-MIG复合焊接工艺

采用等离子-MIG复合焊接设备对12.5 mm厚的汽车结构件低合金高强度TATM700大梁钢进行了焊接工艺研究,分析了不同坡口形式下焊缝成形、焊缝组织及力学性能,并与药芯焊丝多层多道手工TIG焊的方法进行了对比. 结果表明,坡口形式对等离子-MIG复合焊接焊缝影响较小. 复合焊焊缝成形良好,截面形状合理. 焊缝组织由少量的侧板条铁素体和大量的针状铁素体构成. 接头强度和弯曲性能均优于手工TIG焊接,抗拉强度达到了母材的95%,但硬度略低于多层多道手工TIG焊接.     

P-T复合焊接对单面焊接头成型和微观组织的影响

采用等离子弧焊和氩弧焊的复合焊方法(PAW+TIG),对6 mm厚316L不锈钢板进行对接试验,测试了最佳工艺参数,研究了这种焊接接头的形貌、显微组织及其显微硬度。结果表明,在不开坡口的情况下,采用PAW+TIG组合工艺可实现单面焊双面成形焊接,热影响区较小,焊接质量优良。焊缝截面呈T字型,焊缝组织主要是由奥氏体组成,热影响区由奥氏体和少量的铁素体组成,铁素体沿晶界自熔合区向母材延伸生长。焊接接头的显微硬度从焊缝中心向母材递减,焊缝处最高,HAZ热影响区硬度与母材的硬度相差不大。     

激光焊接KMN钢的工艺参数及组织和性能

通过设计KMN钢板激光自熔焊的正交试验,研究了焊接工艺参数对焊缝的影响。结果表明,在选定的焊接工艺参数范围内,光斑直径对焊缝熔透程度和表面质量有显著影响。经正交试验初步选定激光焊接工艺参数为：光斑直径0.8 mm,焊接速度24 mm/s,激光功率4.2 kW。选出能量密度不同的2组参数,考察焊缝宏观形貌、显微组织和维氏硬度随焊接工艺参数的变化。发现在能量密度较高时,焊缝的熔深、熔宽较大,马氏体板条更粗,对应区域的硬度也略低。由于单板自熔焊与对接自熔焊存在一定差异,故需对优化参数进行适当调整。利用调整后的参数进行激光对接焊,将得到的接头与TIG焊接接头的力学性能进行比较,发现激光焊接头强度和塑性均高于TIG焊,而冲击韧性略低。     

321不锈钢角焊缝TIG焊接温度场分布3D有限元分析

采用焊接专用有限元分析软件研究了TIG焊接321不锈钢角焊缝的热过程,分析了不同热输入条件下的温度场分布、熔池形态,探索与接头适配的最优热源参数。采用试验方法验证了最优热源参数的可靠性,分析了相应热源参数下热循环曲线的特点。结果表明:基于仿真结果,取焊接电流为90 A、焊接速率为2.3mm/s进行实际焊接试验,焊缝横截面形貌的试验结果与模拟结果吻合良好,验证了所建立有限元模型的可靠性。     

单组分氟化物对钛合金氩弧焊电弧形态的影响

针对厚2.5mm的BT20钛合金平板,沿不同氟化物涂层进行TIG焊接工艺试验,对沿不同氟化物TIG焊接过程中的电弧形态以及焊后焊缝成形进行了研究,并与相同焊接工艺参数下的常规TIG焊进行了对比.试验结果表明,不同的单组分氟化物对焊接电弧形态的影响有较大区别,并由此总结出了电弧形态变化与焊缝熔深的关系.     

冷轧双相钢激光焊接工艺优化与数值模拟研究

采用正交试验法对DP980冷轧双相钢进行了激光焊接工艺参数优化,采用Gambit软件对9组焊接工艺参数下的焊接接头的焊缝宽度和面积进行了数值模拟,并与实际焊缝测量结果进行了对比。结果表明,采用正交法得到DP980双相钢最优焊接工艺为:激光功率为1100 W、焊接速度为7 mm/s和离焦量为-2.5 mm;DP980钢激光焊接接头的焊缝正面宽度、背面宽度和横截面面积的数值模拟结果与实际结果具有较好的一致性。     

GH3128合金激光焊接头组织与性能

采用激光焊方法对3 mm厚GH3128合金进行对接焊,研究焊接工艺参数对焊缝成形的影响,同时与非熔化极惰性气体保护焊(tungsten inert gas welding,TIG焊)进行显微组织及力学性能的对比分析. 结果表明,在激光功率4 kW、焊接速度1.5 m/min和离焦量 + 3 mm的焊接工艺参数下可以获得成形良好的焊缝. 激光焊与TIG焊焊缝区组织均由奥氏体γ' + 脆性碳化物组成. 与TIG焊相比,激光焊焊缝区的组织晶粒细小,且分布于枝晶间和晶界处的碳化物尺寸较小,激光焊接头室温抗拉强度低12%,高温抗拉强度相近,室温轴向低周疲劳应力循环次数高4.5倍. 与TIG焊相比,激光焊接头室温抗拉强度低和低周疲劳性能高,主要是受焊接过程元素烧损和碳化物尺寸的影响.     

钛合金激光-TIG复合焊接保护状态对焊缝成形及性能影响

用激光-TIG复合热源对2.5 mm厚TA15钛合金进行对接焊试验.利用万能力学拉伸机、红外热成像仪、电子探针（EPMA）、扫描电镜（SEM）等分析手段对焊接接头进行测试分析,并与单TIG焊进行对比.分析焊接工艺参数和接头保护时间对焊接接头形貌和性能的影响.结果表明,实现2.5 mm厚钛合金全熔透焊接时,激光-TIG复合焊比单TIG焊速度更快、热输入更低,焊缝和热影响区更窄,晶粒更细;相同保护条件下,激光-TIG复合焊接头比单TIG焊接头具有更高的强度、塑性和更好的疲劳性能;激光-TIG复合焊缝冷却速率高于单TIG焊,获得良好的保护状态时所需保护时间更短.     

变形镁合金AM60焊接接头的组织与性能

以AM60变形镁合金薄板为研究对象，分别采用TIG焊和CO2激光焊两种方法进行焊接，探讨在不同工艺条件下材料的焊接特点．并从宏观成形、微观组织、力学性能等方面对焊接质量进行评价。试验结果表明：在工艺参数合适的条件下，加焊丝TIG焊和激光焊均能获得成形较好的焊接接头TIG焊接头热影响区较宽．焊缝深宽比小，而激光焊时热影响区不明显，焊缝深宽比大；两种焊接方法所获得的焊缝区组织均为均匀的等轴晶，但激光焊时焊缝组织更细，从而使接头抗拉强度大幅度提高，达到母材的94％左右。     

DP600薄钢板的激光拼焊工艺响应曲面法优化研究

采用Box-Behnken响应面分析优化激光拼焊的焊缝表面形貌,选取焊接电压、脉冲频率、脉冲宽度和焊接速度4个因素进行试验设计,得到二次响应曲面模型。响应面分析表明,焊接压力、脉冲频率对焊缝形貌特征的影响较大,其次是焊接速度和脉冲宽度。通过优化发现当焊接电压、脉冲频率、脉冲宽度、焊接速度分别为265.42 V、19.65 Hz、10.22 ms、321.26 mm/min时,焊缝形貌最佳。此外,通过模型方差得到F值为5.51,说明该二次方程是显著的,该模型在整个回归区域内拟合较好,可用于分析和预测焊缝形貌特征的过程。通过试验对比分析发现,最优工艺参数下焊缝形貌、组织与硬度值较好。     

镍基合金TIG焊接熔池及热影响区组织模拟

基于枝晶生长动力学和晶粒长大理论,采用元胞自动机法(CA)建立了焊接熔池及热影响区的微观组织演变模型. 通过有限元模型计算了TIG焊接过程的温度场分布,并利用插值算法将热循环曲线应用于CA模型,计算了镍基合金TIG焊接熔池凝固过程枝晶生长及热影响区的晶粒长大. 结果表明,焊缝边缘的晶核主要以柱状晶的形式向焊缝中心生长,其最终形貌取决于半熔化母材晶粒上的联生结晶及不同取向枝晶间的竞争生长,焊缝中心为等轴晶组织. 焊接热影响区的晶粒长大使得熔池凝固形成的柱状晶组织粗大. 模拟结果与试验结果吻合较好.