多束流电子束焊接对Ti6Al4V钛合金薄板变形的影响

多束流电子束焊是一种能够同时产生多个电子束流作为焊接热源的电子束焊接新技术,能够有效的减小焊接应力和变形。为了减小Ti6Al4V钛合金薄板焊接变形,本文提出了一种新型的多束流电子束焊接技术,除了熔化金属的主束流外,还包括两个对称分布的辅助束流用来焊后加热。分别用传统电子束焊和多束流电子束焊对1 mm厚的Ti6Al4V钛合金薄板进行焊接试验,试验表明,通过调节两个辅助束流的位置和能量分布,多束流电子束焊能够有效减小钛合金薄板的焊接变形。     

多束流电子束焊接对Ti6Al4V钛合金薄板变形的影响（英文）

多束流电子束焊是一种能够同时产生多个电子束流作为焊接热源的电子束焊接新技术,能够有效的减小焊接应力和变形。为了减小Ti6Al4V钛合金薄板焊接变形,提出了一种新型的多束流电子束焊接技术,除了熔化金属的主束流外,还包括2个对称分布的辅助束流用来焊后加热。分别用传统电子束焊和多束流电子束焊对1 mm厚的Ti6Al4V钛合金薄板进行焊接试验,试验表明,通过调节2个辅助束流的位置和能量分布,多束流电子束焊能够有效减小钛合金薄板的焊接变形。     

GH4169合金扫描波形对电子束焊温度场的影响

利用有限元软件SYSWELD模拟电子束焊接GH4169合金薄板,研究有无扫描波形对其焊接过程的熔池形貌和温度场的影响。数值模拟结果表明:使用"双椭球热源+3D高斯体热源"组成的复合热源模型能够很好地描述三角波扫描和无扫描波形电子束焊接薄板的熔池形貌,与试验结果相吻合;三角波扫描电子束焊的熔池区的面积大于无波电子束焊;三角波电子束焊的温度峰值高于无波电子束焊,温度场的计算结果与熔池形貌密切相关。     

航空发动机机匣焊接模拟与残余应力控制

利用有限元软件SYSWELD模拟航空发动机机匣部件的焊接过程和焊后局部热处理过程,研究焊后局部热处理对焊接残余应力的影响。结果表明:复合热源模型"双椭球热源+3D高斯体热源"模拟出的椭圆波扫描电子束焊的熔池形貌和试验结果十分吻合;椭圆波扫描电子束焊温度峰值为2543℃,超过材料熔点,热处理温度峰值为1200℃,达到材料相变点;焊后局部热处理过程可使机匣的残余应力显著降低。     

DP980高强钢薄板激光拼焊有限元数值模拟与分析

以1.6 mm厚的DP980薄板为研究对象,基于有限元分析软件,通过调节焊接面热源和柱体热源的分配比例,建立激光焊热源模型。采用自适应网格技术对不同焊接工艺参数下DP980薄板对接焊进行温度场、应力场模拟,并通过比较正交模拟试验结果,得到了较优焊接工艺,为实际焊接生产提供理论依据。结果表明,模拟所得的焊缝熔池与实际焊接结果相符,即该热源模型具有一定适用性;相比激光功率,焊缝形貌随焊接速度的变化更为明显;焊接最高温度与激光功率呈正相关,与焊接速度呈负相关;同一焊接速度,焊接残余应力及变形都随激光功率的增大而增大;同一激光功率,焊接速度合适时,焊接残余应力及变形都随焊接速度的增大而减小;相比于激光功率,焊接速度对焊接残余应力及变形的影响较大。     

铝合金薄板MIG焊焊接变形仿真预测的工程应用

铝合金薄板因其材料和结构的特殊性,其焊接变形很难控制,由此造成的焊接质量问题一直是轨道交通行业的焦点问题,文中以MIG焊制造铝合金车体薄板为研究对象,应用数值模拟技术开展焊接变形的仿真预测,基于成熟的移动热源法,以分段温度函数法的高效计算方法,模拟了2.2 mm厚度车体端墙顶板的焊接过程,得到了焊接仿真熔池和焊后变形数值,与实测变形值误差在20%以内.结果表明,仿真熔池形貌与焊接熔池形貌基本吻合,反变形及仿真结构与现场焊接趋势吻合,控制压臂力度、压头位置、焊接顺序、反变形量等参数优化了端墙顶板的焊接工艺.     

TC4钛合金脉冲电子束焊温度场模拟仿真

为了分析脉冲电子束焊过程中温度场变化行为,文中采用改进的圆锥体热源和高斯面热源组成的组合热源对TC4钛合金薄板脉冲电子束焊温度场进行了模拟仿真,分析了脉冲特征参数对焊接温度场的影响规律。脉冲束流主要对工件的加热和初始冷却过程有影响,使焊缝区温度出现脉冲效应,焊缝中心峰值温度高于直流电子束焊接的,而在工件冷却过程中,由于温度脉冲作用,焊缝熔池冷却速度加快。随着频率的提高,焊缝区温度脉冲效应减弱,焊缝中心峰值温度有所下降;束流基值相同条件下,占空比较大时,能够增强焊缝区温度脉冲效应;在平均束流相同时,随着束流基值、峰值之间差值的增大,温度脉冲效应更加显著,使焊缝中心峰值温度升高,并能够加快脉冲周期内熔池的冷却。     

焊接工艺对薄板结构焊缝区残余应力的影响

采用焊接温度场与热应力场非耦合的方式,对薄板结构焊缝区残余应力进行了热-弹塑性有限元分析,模拟了连续焊缝焊接热输入以及施焊断续焊缝时薄板两端张力大小对焊后残余应力的影响.结果表明,残余应力峰值与焊接热输入无关.降低热输入,可以减小塑性变形区宽度,并且使远离焊缝处的压应力数值减小,这将减小焊后薄板的失稳变形.焊接过程中对薄板两端施加拉力,焊后可以减小施力方向的残余应力峰值,但并不影响拉伸区的宽度,从而适当增大薄板两端的拉力可以减少焊接变形的产生.     

复合热源模型在电子束焊接仿真中的应用

以焊接模拟软件SYSWELD为平台,用双椭球+圆锥复合热源模型,对56 mm厚的304不锈钢板进行模拟研究,并通过工艺试验对改进型的复合热源模型加以验证。试验结果表明:采用双椭球+圆锥复合热源模型可以准确地勾勒出56 mm厚的304不锈钢板电子束焊焊缝横截面的熔池轮廓。使用复合热源模型计算的变形场、应力场结果同传统圆锥体热源计算结果存在较大差异,复合热源模型能更准确地预测厚板料不锈钢电子束焊引起的变形与残余应力分布。     

高温合金电子束焊接温度场数值模拟

根据熔池边界准则应用有限元方法对高温合金电子束焊接温度场进行了数值模拟.通过线性插值、等效代换等方式估计材料高温参数,模拟材料状态变化.针对电子束焊接特有的钉头状焊缝及其穿透深度大的特点,采用高斯面热源与柱体热源组成的组合热源模型,对焊接温度场进行分析,模拟结果与实际焊缝取得了良好的一致.获得了一定工艺条件下高温合金电子束焊接温度场的分布特征及焊接过程热循环曲线,为优化电子束焊接工艺和电子束焊接残余应力研究提供了参考.     

电子束环焊2 mm高纯铌熔池行为的数值模拟

基于VOF算法建立了2 mm厚的高纯铌电子束环焊过程的三维数学模型,在模型中考虑了金属蒸气反冲压力、表面张力、重力等关键熔池驱动力,计算出了环形熔池的温度场和流场对熔池中关键位置进行分析,并总结了纯铌环焊熔池的特点。模拟结果表明,在纯铌环形结构未熔透时,由于母材对熔池的支撑作用,匙孔波动情况与平焊类似;在环形结构焊透后,在Marangoni效应和重力的作用下,熔池表面液态金属加速扩展。此外,数值模拟与试验结果吻合良好,验证了数学模型的合理性。     

Modelling of electron energy absorption and backscattering during EBW

A three-dimensional heat flux model for deep-penetrating electron beam welding (EBW) is established to mathematically describe the physical heat generation process during interaction between electrons and the dynamic molten pool free surface. Monte Carlo method is used to determine the electron-target interaction, and random distribution of initial electrons, progressive trajectory tracing and electron backscattering models are used to describe the spatial distribution of electrons absorption. The model is verified in preset keyholes and applied in the simulation on electron beam welding process, and the calculated bead shape shows a good consistency with experimental results.     

电子束横焊3mm纯铌板的熔池形态研究

高能加速器纯铌超导腔内导体,要求加工后的外表面光滑平整,以保证其特殊性能的要求。在电子束平焊全熔透情况下,超导腔焊缝正面在反冲压力作用下易发生未焊满及塌陷等缺陷。本文采用合适的电子束横焊工艺参数,得到了符合工艺要求的正面余高焊缝。并且建立了3mm厚的高纯铌板横焊过程的二维模型,针对不同的焊接参数分别设计了不同尺寸和形状的熔池,结合VOF算法,模拟焊接熔池里液态金属自由表面存在状态,得到了不同焊接参数下熔池的演变过程。实验结果显示,焊接熔宽随焊接线能量的升高而增大,数值模拟与实验结果较吻合。     

电子束扫描横焊薄铌板的熔池动力学行为

在电子束焊接过程中，金属液体蒸发的反冲压力、表面张力、重力等驱动力共同作用于熔池，对焊缝成形有显著影响. 在扫描横焊的情况下，电子束作用范围的扫描摆动和重力方向的旋转使熔池的动力学行为变得更复杂. 采用试验和数值计算方法对电子束扫描横焊薄铌板的熔池形态和凝固后熔合区形貌进行研究，数值模拟得到的熔池形态和熔合区形状与试验结果吻合. 熔池流场分析结果表明，半熔透熔池的驱动力主要为液态金属蒸发引发的反冲压力；全熔透熔池的上表面Marangoni流动占主导，表面张力与反冲压力共同作为熔池流动的驱动力；重力与焊接扫描共同作用使得熔池两侧的质量分布和流场分布不对称，造成了焊缝两侧熔合线的不对称.     

纵向预拉伸增大铝合金焊接热裂纹倾向的分析

利用热弹塑性有限元方法对铝合金薄板壁TIG焊接进行了数值模拟计算,建立了分析模型,定量地描述了预拉伸载荷对熔池后方凝固金属产生的横向拉伸应力和应变在焊缝中心的分布情况,并进行了试验验证.分析得出,预拉伸载荷对于焊接刚形成的凝固连接处产生横向拉伸应力,该横向应力的存在从力学角度上增大了焊缝产生热裂纹的倾向,并且随着预拉伸应力的增加,产生的横向拉伸应力也随之增加,采用60,120,150和210 MPa应力时,试件在焊接试验时产生的热裂纹的长度分别为5.2,8.1,8.9和10.6 mm.试验结果表明了模拟计算结果的可靠性.     

电子束深熔焊熔质密度分布与熔池流动行为

利用计算机层析成像设备———工业CT分析了电子束焊缝中熔质密度分布 ,并进而分析了电子束焊接过程中熔池流动和小孔波动行为。熔质分布与材料的物理性能及焊接状况密切相关 ,其决定因素是小孔波动及其引起的熔池波动 ,以及蒸气冲击力。小孔强烈的波动和熔体紊流可以使熔质分布均匀化 ,但金属等离子蒸气冲击力会在焊缝中形成局部区过度富积熔质 ,而电子束流扫描搅拌可进一步促使熔质元素分布均匀化。完全穿透焊可以在根部通孔中释放高压等离子蒸气 ,使小孔内蒸气作用力相比部分穿透焊时的行为产生明显变化 ,而使熔质分布不同     

电子束点焊熔池的液态金属冲刷效应作用规律

为了更深入地探究电子束焊接过程中的机理问题,基于对电子束点焊熔池中液态金属冲刷效应的理论分析,利用边界层理论对该效应进行数学建模.使用有限体积法数值软件Fluent,对20 mm厚的2219铝合金电子束点焊熔池的温度场和流场进行三维瞬态数值模拟,研究了液态金属冲刷效应对熔池的作用规律.模拟结果表明,液态金属冲刷效应会对熔池温度场、匙孔稳定性、熔池流场和固液界面形状与位置四个方面产生影响.模拟结果与试验结果吻合良好,验证了数学模型的合理性.     

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.