外加磁场对镁合金焊接熔池形态的影响

以镁合金焊接熔池为研究对象,建立了移动热源作用下焊接熔池的三维数学模型. 利用大型通用有限元软件ANSYS将电磁场分析结果导入到热流场分析中,实现电磁场和热流场之间的耦合分析. 模拟了无外加磁场作用下以及外加磁场作用下镁合金焊接熔池的温度场分布和流体流动的速度矢量分布. 结果表明,外加磁场产生的电磁力驱动熔池中熔融的液态金属发生旋转运动,改变了液态金属原有的运动方式和传热方式,流体流动速度和流动范围增加,焊缝熔宽增大,熔深减小. 试验结果验证了模拟结果的可靠性.     

薄板铝合金激光深熔焊熔池流动数值模拟

针对薄板铝合金激光焊接过程,采用有限体积法开展熔池流动研究.建立了三维焊接熔池流动数学模型,并采用高斯旋转体热源表征激光束的热作用.在考虑与不考虑表面张力作用下,分别计算获得了焊接温度场、熔池流场和熔池形貌.基于计算结果,分析了温度场云纹图、熔池焊接热循环曲线、熔池速度场分布多视图.最后进行相同参数下的激光焊接试验,基于观察获得的焊接接头形貌,综合分析了模拟结果和试验结果.结果表明,所建立的模型和模拟方法是合理可行的.同时考虑Marangoni对流作用所计算得到的熔池和焊缝几何形状更加接近实际焊接接头.     

小孔等离子弧焊接热场的有限元分析

根据小孔等离子弧焊接的工艺特点，建立了相应的热源模型和焊接热场的分析模型。数值模拟结果表明，一般的双椭球体热源和三维锥体热源不能准确描述小孔等离子弧焊接热过程。提出了改进型的三维锥体热源模型，可以较准确地计算焊缝的正面和背面熔宽，但熔合线走向的计算精度仍较低。在此基础上，考虑等离子弧对熔池的热-力作用，建立了符合小孔形态的热源模型，对小孔等离子弧焊接热场进行了有限元分析，计算出的小孔等离子弧焊缝形状与试验结果吻合良好。     

穿孔等离子弧焊接熔池流动和传热过程的数值模拟

考虑熔池与小孔的耦合作用,建立了穿孔等离子弧焊接三维瞬态熔池流体流动和传热过程的数学模型.采用流体体积函数法追踪小孔的形状与尺寸,利用焓-孔隙度法处理凝固熔化过程中的相变潜热以及动量损耗问题.针对穿孔等离子弧焊接的工艺特点,建立了随小孔深度动态调整的组合式体积热源模式.对8 mm板厚的不锈钢工件进行了穿孔焊接工艺实验和数值模拟,获得了等离子弧焊接过程中熔池出现、小孔形成、流场与温度场演变、工件熔透与穿孔等动态过程的基础数据,展示了小孔穿孔前后熔池流体流动规律.工件背面小孔形状尺寸以及焊缝横断面的数值模拟结果与实验测试结果基本吻合.     

激光全熔焊温度场有限元研究

运用ANSYS软件对低碳钢焊件进行激光全熔焊温度场研究。采用高斯面热源与锥体热源的组合热源模型,考虑材料参数随温度变化特性,模拟得到了焊接温度分布,并分析了焊接工艺参数与锥体热源模型参数对温度场的影响。结果显示,激光全熔焊熔池近似"钉头状",热源附近温度梯度巨大,熔宽与焊接速度成反比、与焊接功率成正比关系,体热源模型参数对熔宽影响较大。通过焊接试验,基本验证了温度场模拟的正确性。该研究为激光全熔焊接工艺参数优化和计算机辅助焊接奠定了基础。     

基于SYSWELD的GTAW三维动态熔池形状的有限元模拟

基于双椭球体热源模型,建立了运动电弧作用下的GTAW焊接不锈钢0Cr18Ni9薄板三维瞬态焊接热过程的数值分析模型.考虑了材料的热物理性能参数、相变潜热与温度的非线性关系,给出了应用SYSWELD软件的校正工具对热源分布参数进行确定的方法.将熔池形状的有限元解同试验结果进行了比较,计算所得熔池形状与实测结果吻合较好,证...     

不预热情况下的紫铜TIG焊熔池温度场的数值模拟

焊接过程是一个迅速而又极不均匀的物理化学冶金过程,焊接熔池一直是焊接模拟的一个重要领域.根据能量守恒的基本原理和钨极氩弧焊(TIG)工艺的特点,建立了运动电弧作用下紫铜非稳态TIG焊接熔池形态的数值分析模型,分析中引入了热焓的概念和表面双椭圆分布的热源模型,较好地满足了TIG焊接数值模拟的要求.在不预热的情况下采用Ar N2对厚壁紫铜进行了TIG焊接的研究,并在不同工艺参数下将试验值与计算值进行了比较.结果表明,计算的结果与实际测量的结果较为吻合,证明了模型的可靠性和正确性.     

深熔激光焊新型热源模型的研究

综合考虑激光深熔焊的工艺特点和几何参数,建立了三维锥体热源模型和高斯面热源相组合的热源模型。利用大型有限元分析软件ANSYS的热分析模块及其自带的APDL语言编写数值分析程序,模拟了激光深熔焊的三维瞬态温度场,并与实际的焊接试验对比分析,结果表明,建立的热源模型能够较好地反映了激光焊的深熔特性,特别是熔池的"螺钉状"结构,为进一步研究激光焊的数值模拟奠定基础。     

API X65管道深水铺设GMAW横向焊接温度场

为了应对管道深水铺设GMAW横向焊接熔池下坠、窄坡口、无衬垫等挑战，建立了管道三维模型并进行了网格划分，利用材料软件生成了API X65温度场材料数据库，通过模拟温度场云图与实际焊缝截面的匹配校核了Goldak双椭球热源模型，管道焊接温度场分布SYSWELD软件模拟结果与实际焊接过程相符合. 建立了焊接温度场测试系统，通过背孔法埋设的热电偶测量了API X65管线钢平板焊接的热循环曲线. 测试曲线与SYSWELD仿真曲线具有相同的温度升降趋势，上板节点温度也均明显低于下板节点温度. 采用焊缝截面平均热循环曲线作为热源进行了多道焊模拟，并进行了试验. 结果表明，多道焊焊接变形是由焊接工艺参数与残余应力释放共同确定的.     

TIG焊熔池形貌演变的数值模拟

利用Gauss热源模型,建立了定点热源作用下的二维瞬态焊接熔池数学模型,模拟了AISI304不锈钢TIG焊过程,得到不同硫含量下温度场和速度场分布图.硫含量的变化导致熔池表面张力引起的Marangoni对流方向发生变化,从而获得不同形貌的焊缝.模拟结果与试验结果基本吻合.     

结合型分布带状分段移动热源模型

在数值模拟分析大型焊接结构的焊接残余应力和变形时,可以采用分段移动带状热源模型以便提高计算效率.为此,首先试验分析了不同焊接速度对焊接温度场带状特性的影响.并在已建立的结合型分布圆形热源模型的基础上,推导出了结合型分布带状分段移动热源模型的节点热流与加载时间的计算公式.结果表明,焊接速度大于4mm/s时,较长区段的温度场已经具有带状分布特点.此外,与高斯分布带状分段移动热源模型的节点热流与加载时间的计算公式相比,推导出的公式不但与总的热输入量有关,还与电弧和熔滴的热量分配比有密切的关系.     

铝合金变极性穿孔型等离子弧焊工艺的热源模型

选用包含面高斯热源和圆柱体热源模型的组合热源模型去模拟变极性穿孔型等离子弧焊工艺的温度场．通过大量的工艺试验,分析主要工艺参数对铝合金变极性穿孔型等离子弧焊成形的影响．借助有限元分析手段,在热源模型和实际工艺参数之间建立了联系,并通过线性回归分析的方法将这种联系用数学方式表达出来．结果表明,变极性穿孔型等离子弧焊除了电流和行走速度外,离子气流量、钨极内缩量和喷嘴末端到工件表面的距离都是十分重要的工艺参数,对焊缝形貌特征影响很大．     

The mechanical measuring method of welding heat source efficiency

Based on the principle of residual deformation induced by superposition of the welding residual stress and working stress, the welding heat source efficiency has been determined by measuring displacement changes of specimens under loading and unloading in tensile tests, and combining with calculating welding parameters. Meanwhile, the welding heat source eficiencies obtained are compared with those of the measuring-calculating method. The research results show that the welding heat source efficiencies are almost the same as those obtained by the measuring-calculating method. Therefore, the welding heat source efficiency can be determined accurately by this method, and a new determining method of the heat source efficiency for the welding heat process calculating has been provided.     

A theoretical and experimental analysis of variances in weld bead morphologies

Predictable and reproducible weld bead morphologies and dimensions are a major concern in welding. In bead-on-plate welding, the heat flow is controlled by the heat source parameters (power, speed, and radius) and the physical properties and dimensions of the workpiece, especially its thickness. Complex models that account for weld pool circulation have been developed to quantify welds. However, to some extent, fluctuations in weld dimensions can be explained with conduction models of moving Gaussian heat sources. In early investigations with point and line heat sources, relationships between process parameters and plate thickness were derived to differentiate between two- and three-dimensional heat flow. To date, the heat source radius (R) has not been taken into account. The dimensionless ratio (D*) of the plate thickness (D) to the heat source radius (R) is actually a variable to consider. With the introduction of additional dimensionless parameters (*)—speed (v*), power(q*)— relationships among governing variables, heat flow dimension, and weld bead dimensional fluctuations can be derived. Weld bead fluctuations are found to depend on dimensionless variables (v*, q*, D* ) and occur when the heat flow dimension is intermediate between two- and three-dimensional. Occasionally, experimental data exhibit trends that differ from predictions. This article presents a dimensionless version of a heat flow model and discusses the discrepancies between experimental and theoretical results. Formerly with ECN.     

激光穿透焊温度场及流动场的数值模拟

建立了复合热源作用下的激光穿透焊接熔池流动三维计算模型,热源由作用在激光表面的高斯热源以及沿激光入射方向的柱状热源组成,分别考虑了等离子体和小孔吸收机制。通过添加源项的办法解决了过渡区相变问题,从而将固态区和液态区组合一起求解,简化了固液边界条件的处理难度。通过TC1钛合金激光焊接试验验证了模型的正确性,计算所得的熔池截面与试验结果吻合良好。结果表明,Marangoni对流是形成激光穿透焊“沙漏”状熔池形貌的主要原因。     

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.     

航空发动机叶片MPAW修复传热建模及冷却方法

热源参数和冷却速度是影响钛合金叶片焊接修复质量的关键因素.基于脉冲热源叠加原理和高斯分布特性,建立了焊接热源的数学模型,根据夹具实体结构建立了焊接修复有限元模型,通过COMSOL进行传热过程建模,并通过试验对热源模型进行了验证.根据传热仿真结果分析了夹具的传热特性,设计了夹具的冷却结构和流体参数.通过建立典型位置的参数化表面,对比分析了采用冷却方法之后最高温度变化情况并进行了焊接试验.结果表明,热源模型与实际吻合度较好,采用的换热方法可有效提升焊接修复效果.     

不锈钢车体非熔透激光搭接焊热源模型

用激光搭接焊取代电阻点焊是解决不锈钢车体表面质量和密封性问题的理想方法,但在不锈钢车体非熔透型激光搭接焊工艺试验过程中,发现在常用的激光焊接工艺参数范围内,搭接接头的熔池形状近似花瓶状,不同于通常情况下热导焊时呈碗状和深熔焊时呈钉形.为此,基于ABAQUS有限元分析软件,分别对高斯热源、高斯热源+柱体热源、三维正锥体热...     

组合热源模型在焊接数值模拟中的应用

对不同焊接热源的特征要素进行分析,焊接数值模拟中采用高斯面热源和双椭球体热源处理焊接加热问题均不能准确地反映焊接熔池形状.文中提出焊缝表面高斯热源和焊缝内双椭球体热源结合的组合热源模型,其熔池与实际焊缝熔合线吻合.应用上述三种热源对马氏体不锈钢平板对接电弧焊的温度场及应力场进行了数值模拟.结果表明,使用组合热源进行数值模拟较之单独使用高斯或双椭球热源的残余应力计算值与实测值吻合度更高.     

Numerical analysis of thermal fluid transportation during electron beam welding of 2219 aluminum alloy plate and experimental validation

A three-dimensional mathematical model using volume-of-fluid method is developed to investigate the heat transfer,fluid flow and keyhole dynamics during electron beam welding of 2219 aluminum alloy plate.In the model,an adaptive heat source is employed to simulate the heating process of electron beam.Fluid flow is mainly driven by surface tension,thermo-capillary force,recoil pressure,hydrostatic pressure and thermal buoyancy.The thermal-fluid transport behaviors of welding pool during the drilling and backfilling stages of keyhole and the formation reason of the nail-shaped weld with an arc crater are systematically analyzed.Finally,all calculation results are validated by experiments and show good agreements.