激光电弧复合焊接顺序对304不锈钢T形接头影响的模拟试验分析

建立304不锈钢T形接头三维有限元模型,研究激光电弧复合焊接顺序对304不锈钢T形接头热变形及残余应力的影响. 采用高斯面热源加高斯锥形体热源组合的热源模型,模拟激光电弧复合热源,并通过304不锈钢激光电弧复合堆焊工艺试验验证数值模拟激光电弧复合焊接过程的可靠性. 结果表明,焊缝截面熔池形貌的数值仿真结果与焊接工艺试验结果吻合较好,该热源模型能有效模拟激光电弧两种热源的复合作用. 确定多种焊接顺序方案,分析不同焊接顺序下T形接头温度场、残余应力和热变形情况,激光电弧复合焊接顺序对T形接头残余应力及热变形均有影响,通过对比不同顺序下残余应力值及热变形量发现,顺序焊接能有效减小焊接残余应力,同时反向焊接产生的热变形量最小. 综合分析,不锈钢T形接头顺序反向焊接的效果最佳.     

热压条件下激光深熔焊接温度场的数值模拟

对铝合金LF3Y2搭接板进行了热压条件下激光深熔焊接.建立了该条件下的焊接热源模型,热源模型由作用在工件表面的高斯面热源和沿激光入射方向的旋转高斯体热源构成.使用该热源模型和ANSYS有限元分析软件对前述的试验进行了数值模拟.结果表明,热压使激光在高速焊接时依然有足够的熔深和熔宽;试件表面的等温线呈椭圆形,在移动热源前方温度梯度大,后方温度梯度小;计算所得的熔池截面成形与工艺试验结果吻合良好,验证了该热源模型的合理性.     

激光-等离子弧复合焊温度场的数值模拟

利用峰值热流随深度衰减的高斯体热源与高斯面热源相结合的方法,建立了激光等离子弧复合焊三维运动热源模型,重点考虑了由热源间距引起的激光束与等离子弧之间相互作用对热源模型的影响.基于所建立的热源模型对2 mm厚1420铝锂合金板的激光等离子弧复合焊接温度场进行了有限元分析,得到了不同热源间距条件下焊接区域的温度场分布.结果表明,仿真结果与试验结果相符合,证明了该热源模型是反映了客观实际的.此工作对于激光电弧复合焊接传热及工艺研究具有指导意义.     

高温钛合金TA12激光-MIG复合焊应力场有限元分析

通过采用旋转高斯曲面体热源与双椭球热源线性叠加的方法来模拟激光-MIG复合焊接的有限元模型。并基于建立的热源模型,对厚8 mm的TA12钛合金板材的激光-MIG复合焊接的温度场和应力场进行耦合分析,并对比分析模拟结果与实际焊接结果。结果表明,TA12钛合金激光-MIG复合焊焊接变形和残余应力实验结果与数值计算值吻合较好,证明了该组合热源模型的适用性。     

铝合金激光深熔焊接热过程有限元数值模拟

对铝合金5A06简体纵缝进行激光深熔焊接。采用旋转高斯体热源模型和ANSYS有限元分析软件对其进行了数值模拟。结果表明,用有限元数值模拟方法得到的焊接温度场分布规律与实测结果基本一致。     

铝合金LB-VPPA复合焊接残余应力场预测

针对双高能束激光-变极性等离子弧(LB-VPPA)复合焊接热源,基于SYSWELD软件热源模型二次开发功能,在理论分析LB-VPPA复合焊接热源电弧形态的基础上,建立了“双椭球体+三维锥体+圆柱体”热源模型,通过正、反极性不同特性热源模型的循环加载,准确计算出了LB-VPPA复合焊接温度场. 根据热弹塑性理论对相应节点应力的瞬时演变及焊后残余应力分布进行了数值计算,并通过实际焊接工艺试验获得的焊缝截面及残余应力的实际测量,验证了数值计算的准确性. 通过分析对比10 mm厚5A03铝合金VPPA焊和LB-VPPA复合焊接残余应力场发现,LB-VPPA复合焊由于能量更加集中,高温区更为密集,虽然最大纵向残余应力相对较大,但呈最大残余拉应力的区域面积较VPPA焊小. 研究结果对铝合金LB-VPPA复合焊接工艺的研究及实际应用具有一定的指导意义.     

铝合金T型接头激光+GMAW复合热源焊温度场的有限元分析

从宏观传热学出发,综合考虑焊缝横断面形状特点及接头形式对焊接热流的影响,建立了适用的T型接头激光+GMAW复合热源焊的组合式热源模型.利用双椭球体热源模型描述电弧热流和熔滴热焓,采用热流峰值指数递增-锥体热源模型表征激光热输入,并通过坐标系转换的方法旋转热源模型,以考虑焊枪倾斜对焊接热流分布的影响,推导出适用于T型接头复合焊的热源模型表达公式,从而简化了T型接头焊接数值模拟中的模型加载过程.将所建立的模型用于不同焊接条件下铝合金T型接头激光+GMAW单侧双面焊接焊缝形状和尺寸的模拟计算,计算结果与实验结果吻合较好,从而证明了模型的准确性和适用性;利用该模型计算了铝合金T型接头复合焊近缝区不同位置的热循环曲线,分析了铝合金T型接头复合焊热循环特征,为其组织和性能的预测奠定了基础.     

X80管线钢激光电弧复合焊接数值分析

根据激光电弧复合热源焊接的物理特征,建立双椭球体热源焊接模型。使用ANSYS有限元分析软件对X80管线钢激光电弧复合焊接的温度场和应力场进行耦合分析,在此基础上对10 mm厚X80管线钢进行对接焊试验,并对比分析数值计算结果和实际焊接试验结果。结果表明,数值仿真得到的焊缝截面形状、焊缝尺寸以及试件残余应力与焊接试验所得结果吻合,验证了选用热源模型的适用性,为焊缝组织和性能的预测奠定了基础。     

旋转电弧窄间隙焊温度场和侧壁熔深的数值模拟

针对旋转电弧窄间隙MAG焊焊缝成形研究需要,采用Ansys软件对旋转电弧窄间隙MAG焊接温度场进行数值模拟,研究焊缝成形的影响因素.考虑旋转电弧窄间隙MAG焊特点,实现热源模型旋转加载和旋转电弧窄间隙焊接三维温度场数值计算,模拟温度场结果与试验焊缝形貌吻合良好.为进一步提高计算效率,根据热源等效和旋转电弧热源分布特点,提出了一种类似马鞍形圆环的等效热源,侧壁熔深模拟结果与实际较符合,且计算效率大为提高.研究结果为进一步的熔深控制和焊接变形研究奠定基础.     

铝合金激光焊接过程有限元模拟与分析

激光焊接铝合金过程非常复杂,针对铝合金激光焊接过程的实际情况建立了有限元模型,试图通过有限元模拟的方法揭示激光焊接过程的特点.建模过程中激光热源模型考虑了表面热源和体热源,分别反映等离子体的影响和激光束的作用.利用有限元模型分析了激光焊接过程中小孔的形成和长大过程,同时将模拟结果与试验结果进行比较,模拟出的焊缝宏观截面形状与试验结果表现出较好的一致性,证明所建立的有限元模型是合理的.有限元模型可以用来预测实际焊接过程中不同焊接工艺参数下焊缝的成形情况,可以为激光焊接工艺参数的选择提供理论指导和参考,更好地发挥铝合金激光焊接的优势.     

Numerical simulation of temperature field in deep penetration laser welding of 5A06 aluminum cylinder

Deep penetration laser welding temperature field of 5A06 aluminum alloy canister structure was simulated using the surface-body combination heat source model by ANSYS, which was made up of Gauss surface heat source model and Gauss revolved body heat source model. Convection, radiation and conduction were all considered during the simulation process. The thermal cycle curves of the points both on the shell outer surface and in the seam thickness direction were calculated. Simulated results agreed well with the experiment results. It concluded that the surface-body combination heat source model was fit for the temperature field simulation of deep penetration laser welding of the aluminum alloy canister structure. This method was proved to be an efficient way to predict the shape and dimension of welded joint for deep penetration laser welding of the aluminum alloy canister structure.     

异厚度铝合金薄板激光拼焊温度场数值模拟

利用ANSYS软件对异厚度铝合金激光拼焊的温度场进行三维瞬态有限元分析.为了提高计算精度和效率,采用过渡网格划分形式划分网格以保证焊缝处网格足够细小.选取高斯函数分布的热源模型,利用ANSYS软件的APDL语言编写程序实现移动热源的加载.在模拟中既考虑一般激光焊接中材料热物理性能参数的温度相关性、熔化潜热、边界条件、等离子体、熔池对流、保护气体等对温度场的影响,又考虑异厚度铝合金激光拼焊的特性.利用高温热电偶检测异厚度铝合金激光拼焊过程中的温度场,将模拟值与实测值进行对比分析,结果表明,模拟值与实测值吻合良好.     

基于改进热源模型的铝合金MIG焊数值分析

采用CMOS高速摄像机检测和分析铝合金熔化极气体保护焊(MIG焊)熔滴过渡行为,确定MIG焊熔滴的过渡频率和速度.在理论分析MIG焊热源特性、热作用模式以及焊缝形貌前提下,从宏观焊接热过程出发,提出并开发了适用于MIG焊的组合体积热源分布模式,MIG焊电弧被处理描述为经典的双椭球体热源模型,熔滴能量作用模式被表示成均匀球体热源模型.同时,在均匀球体热源模型中加入了熔滴热能和动能,实现了熔滴对MIG焊熔池冲击作用的影响.基于上述热源模型,建立了铝合金MIG焊温度场有限元模型,对厚板铝合金MIG焊温度场进行了模拟.结果表明,模拟获取的焊缝熔合线走势及形貌和实际焊接结果相吻合,证明开发的热源模型能够准确描述MIG焊指状熔深特性和热传导过程.     

随焊高速气流场辅助高强铝合金薄板焊接应力演变及控制变形机理

从力学角度出发提出了“随焊高速气流场”柔性控制高强铝合金薄板焊接失稳变形的新方法,研究了该方法控制2A12高强铝合金薄板焊接变形的有效可行性,分析了随焊高速气流载荷对薄板应力演变规律的影响,阐明了其控制焊接残余应力及变形机理.基于有限元法分析了温度场及应力场,确定了气动载荷与热源作用距离这一关键因素,并获得了气体压力的合理有效范围.在自行研制的随焊高速气流场装置上进行试验验证.结果表明,当气动载荷作用距离为20 mm、气动载荷为30 MPa时,焊接失稳变形基本消失,焊缝中截面上的纵向残余拉应力峰值较常规焊下降了77.73%,残余压应力峰值下降了69.23%,板边变形最大挠度仅为0.9 mm,较常规焊的8.5 mm下降了89.41%.试验结果与模拟结果吻合良好,验证了随焊控制模型的正确性.     

铝合金搅拌摩擦焊热源模型建模专家系统

在铝合金搅拌摩擦焊三维体积热源模型建模过程中,轴肩、搅拌针侧面以及搅拌针底面摩擦产热的热流密度加载范围存在不确定性,需校核确定,增加了建模难度与工作量.针对该问题,建立三维搅拌摩擦焊热源模型,并确定其不确定热源模型参数,研究了这些参数变化对模拟焊缝温度的影响规律.在此基础上,基于参数变化影响规律建立了搅拌摩擦焊热源模型...     

薄板7075铝合金搅拌摩擦焊三维有限元数值模拟

薄板7075高强度铝合金在经过搅拌摩擦焊接后,存在不同程度的焊后残余变形,对精度要求较高的航空结构件的制造和装配带来了困难.本文通过建立4mm薄板7075铝合金搅拌摩擦焊热源模型,利用ANSYS对搅拌摩擦焊接过程中的温度场和应力应变场进行热机耦合数值分析,解释了薄板铝合金搅拌摩擦焊的温度场和表面残余应力的分布.采用古典摩擦理论建立合适的热源模型,将搅拌头的机械载荷和压板的压力考虑到模型当中.分析结果表明,此数值模拟对研究薄板高强度铝合金的搅拌摩擦焊具有一定的借鉴意义.     

铝合金薄板焊接应力三维有限元模拟

采用热弹塑性有限元方法,对铝合金薄板脉冲TIG焊接接头的焊接应力进行了三维数值模拟,考虑材料性能随温度的变化,对焊接残余应力进行测量.结果表明,铝合金薄板中的焊接应力产生、发展很快,加热结束后不久应力便趋于稳定.热源前缘和两侧区域存在数值很高的纵向和横向动态压应力,焊缝中心的纵向残余拉应力低于母材的屈服强度,距焊缝中心10 mm处的最大纵向残余拉应力达到母材的屈服强度,并且拉应力区较宽,远离焊缝区域的纵向残余压应力数值较大,因此铝合金薄板焊接结构易发生动态和焊后失稳,横截面上纵向残余应力的数值模拟结果与实测结果基本一致.     

因瓦合金TIG焊接温度场模拟分析

根据因瓦合金和45钢TIG焊接特点,建立几何模型并确定双椭球热源模式,利用ANSYS软件模拟不同板厚焊接过程中温度场变化,实现温度场与应力场的弱耦合,模拟焊接温度场分布再现温度场的大小及分布情况;利用不同的焊接工艺参数和被焊材料厚度进行了焊接试验,测定焊接过程中特定位置的变形情况,对比分析数值模拟与试验结果.结果表明,在电流132 A,电弧电压17.1 V,焊接速度4 mm/s,板厚1.88 mm的焊接工艺参数条件下可以实现因瓦合金的熔透性焊接,获得良好的焊接接头;利用有限元数值分析方法模拟了焊接工艺参数条件下的焊件温度场分布和熔透性,模拟结果与试验结果一致.