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.     

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...     

Numerical simulation of temperature fields for weld metal solidification cracking in stainless steels Supported by the National Exploration Proposal

This paper has analyzed the influences of the he at input of the welding arc, the latent heat of solidification, the fluid flow of liquid metal on the heat conductivity pertaining to the welding solidification crack of stainless steels. As a result, two dimensional heat conduction models with the prescribed heat flux moving along the weld have been developed that can simulate welding arc, convection and radiation heat loss from top and bottom surfaces of the workpiece. Finally, the f inite element model was used to analyze and calculate the temperature fields.     

New general double ellipsoid heat source model

Abstract

Based on the tridimensional Gauss distribution of power density, a general double ellipsoid welding heat source model has been developed. This model not only consists of all the characteristics of a double ellipsoid model, but also can deal with the situation where, under an external disturbance, the arc's backbone is not perpendicular to the work surface. This general double ellipsoid model is validated by measured results of the temperature field during twin wire welding. Using the non-linear finite element software Marc, the temperature field during twin wire welding was calculated using both the double ellipsoid heat source and the general double ellipsoid heat source. The thermal cycling curves and the weld pool cross-section obtained by the general double ellipsoid heat source tally well with the experimental results.     

激光焊接温度场数值模拟

深入分析了激光焊接小孔传热模型的特点，在此基础上选取合适的热源形式，研究了移动线热源和高斯分布热源作用下，准稳态与瞬态激光焊接温度场。利用MAT—LAB软件及ANSYS有限元分析程序对激光焊接温度场地分别进行了计算及模拟，并且将两种分析结果进行了比较。最后还将有限元的模拟值与实测值进行了对比分析，进一步验证了小孔模型与高斯热源在激光焊接温度场模拟中的适用性。     

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.     

Numerical simulation of temperature fields for weld metal solidification cracking in stainless steels

０　ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＩｔｉｓｋｎｏｗｎｔｈａｔｔｈｅｗｅｌｄｍｅｔａｌｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｃｒａｃｋｉｎｇｒｅｓｕｌｔｓｆｒｏｍｃｏｍｐｅｔｉｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｍａｔｅｒｉａｌｒｅｓｉｓｔａｎｃｅａｎｄｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｄｒｉｖｉｎｇｆｏｒｃｅｄｕｒｉｎｇｔｈｅｃｏｕｒｓｅｏｆｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｗｅｌｄｍｅｔａｌ［１］．Ｗｅｌｄｍｅｔａｌｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｃｒａｃｋｉｎｇｏｃｃｕｒｓｗｈｅｎｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｄｒｉｖｉｎｇ…     

双丝焊温度场仿真的热源模型研究

分别以高斯热源模型及双椭球形热源模型为基础,推导出两种模型用于双丝焊的计算公式,建立了合适的有限元模型。在充分考虑各种边界条件下,对两种模型所建立的温度场进行了计算,得到25钢的双丝焊接瞬态温度场的分布规律。两种模型的仿真结果与工艺试验结果比较表明,双椭球形热源模型比高斯热源模型更适合双丝焊的三维有限元分析。     

双丝焊温度场仿真的热源模型研究

分别以高斯热源模型及双椭球形热源模型为基础，推导出两种模型用于双丝焊的计算公式，建立了合适的有限元模型。在充分考虑各种边界条件下，对两种模型所建立的温度场进行了计算，得到25钢的双丝焊接瞬态温度场的分布规律。两种模型的仿真结果与工艺试验结果比较表明，双椭球形热源模型比高斯热源模型更适合双丝焊的三维有限元分析。     

大型复杂结构件高效焊接热源

文中基于分段化思想,建立了以焊缝等效温度为控制参数的分段移动温控型体热源模型,并利用Q345B平板对接焊模型对其进行模拟验证. 同时以计算时间、计算精度为基准,基于不同网格尺寸,对分段移动温控型热源、逐点移动双椭球体热源、分段移动双椭球体热源三种热源模型的计算效率进行对比分析. 结果表明,文中提出的分段移动温控型体热源模型所获得的残余应力和变形与逐点移动双椭球体热源模拟结果趋势一致,其计算精度与分段移动双椭球体热源相当,但计算效率更高,在复杂结构件上的使用效果更突出.     

中厚板多道焊温度场和应力场三维数值模拟

利用有限元分析软件ANSYS，对中厚板手工对接多道焊的温度场和应力场的分布进行了动态模拟，提出高斯函数和双椭球函数相结合的双热源模型。计算结果与实际结果相对比，两者基本吻合，为中厚板对接焊各项焊接参数的合理选择和优化提供了有效的参考依据。     

铝合金等离子弧立焊穿孔熔池的计算机模拟

根据流体力学理论和传热学机理，建立了运动等离子弧作用下立焊穿孔焊接熔池流场和温度场的三维瞬态数值分析模型，并采用有限元法对模型进行离散化处理。模型中，考虑了熔池内部液态金属的对流传热和熔池外部的固体导热、材料热物理性能参数随温度的变化、焊件表面通过对流和辐射向周围环境的散热以及熔化／凝固相变潜热对熔池流场与温度场的影响，焊接热源采用高斯分布函数，计算中对边界条件进行了处理，根据穿孔熔池温度场与流场模型的特点，采用非均匀网格对单元进行划分，并采用分区异步长算法确定时间步长，利用ANSYS(一种有限元计算软件)有限元软件对所建立的模型进行了求解。通过试验测量焊缝几何尺寸与计算结果相比较，验证了本模型的计算结果和实际相差不大，是基本正确和可靠的。     

12 mm厚钛合金平板电子束焊接的数值模拟

采用ANSYS有限元分析软件,建立12 mm厚TC4钛合金平板电子束焊接温度场和应力场的三维有限元数值计算模型。模型采用圆锥体热源考虑电子束焊接时的小孔效应;材料的热学、力学性能参数随温度变化;相变和熔池内液体的对流散热通过比热和热导率的变化实现。计算结果表明：钛合金电子束焊接时,熔池呈典型的卵形分布。高值纵向残余拉应力集中分布在焊缝中心线两侧距焊缝中心线4 mm的区域内,平板内部出现接近材料屈服极限的局部三维残余拉应力状态。实验得到的焊缝宏观形貌和小孔释放法检测到的焊接残余应力对计算结果进行验证,实验结果和计算结果吻合较好,证明了有限元模型的正确性。     

三维静态锥体热源穿孔等离子弧焊接熔池的数值模拟

采用三维静态锥体热源对穿孔等离子弧焊接过程进行数值模拟.研究了三维锥体热源作用下焊接熔池流体流场、熔池内金属的流动方式以及熔池流体运动速度的变化.并与高斯热源条件下的模拟结果做比较.最后进行PAW焊接工艺试验,通过测量尾焰信号及焊缝尺寸等判断焊接熔池特征,将理论计算结果与试验测量值进行比较.     

铝合金变极性等离子弧焊应力场数值分析

以传热学及热弹塑性有限元分析法为理论基础,利用ANSYS有限元分析软件,对铝合金变极性等离子弧焊接温度场、应力场进行数值模拟. 建立 "高斯+双椭球"热源模型,通过正反极性不同尺度热源模型的循环加载,实现对焊接温度场及其应力场较准确的计算;焊后在焊缝的纵、横方向选取不同的点进行残余应力实际测量. 结果表明,不同路径上焊接残余应力值其分布规律与理论基本相同;实际测量结果同计算结果进行比较,二者数值相差较小,说明数值分析的计算结果具有一定的理论指导意义.     

基于ANSYS的钛合金电子束焊缝形貌预测及验证

采用ANSYS有限元分析软件,建立了3mm厚TCA钛合金平板电子束焊接温度场的三维有限元数值计算模型,选取双椭球体热源模型作为热输入,考虑材料热物理性能参数随温度的变化,通过计算得到焊缝中心线上及附近各点的热循环曲线、熔池及焊缝截面形貌,并估算了焊缝宽度和热影响区宽度。最后用实验加以验证。通过对比分析,模拟和实验结果相吻合,证明有限元模型的准确性。     

Ti3Al金属间化合物电子束深熔焊接过程数值模拟

基于有限元法，采用改进的双椭球热源模型，对电子束深熔焊接Ti3Al过程进行了移动热源条件下准稳态三维温度场的数值模拟。该模型复合了熔深与电子束参数及材料性质的关系，考虑了对流和辐射散热、相变潜热、材料热物理性能参量随温度的变化以及液态金属的对流传热。通过比较熔深、熔宽的计算值和实际测量值，验证了该模型在电子束焊接温度场模拟中的适用性。     

基于SYSWELD的不锈钢薄板TIG焊焊接三维温度场的有限元分析

采用双椭球体热源分布模式，基于SYSWELD软件平台，建立了运动电弧作用下TIG焊接不锈钢薄板时焊接热过程的有限元数值分析模型。利用所建模型，预测了从电弧引燃到准稳态过程中焊接温度场和熔池形态的动态演变，并进行了对比验证。结果表明，达到宏观准稳态时计算所得的熔池长度和宽度与试验结果基本吻合。     

镁合金真空电子束深熔焊接及焊缝成形数值模拟

对10mmAZ61镁合金板材进行了真空电子束深熔焊接数值模拟研究.考虑到焊接过程中高温金属蒸气等离子体的热效应及真空电子束焊接"匙孔"深熔热效应特征,建立了高斯面热源与双椭球体热源复合的移动热源模型,采用数值模拟的方法研究了镁合金真空电子束焊接温度循环特征及不同焊接工艺对焊缝成形的影响.结果表明,建立的复合热源模型能够获得电子束深熔焊接的效果,并可模拟不同焊接工艺下的温度场分布与电子束热源作用下的焊缝成形,这也证明了该模型在AZ61镁合金电子束平板焊接的热效应模拟中有较好的适用性.     

AZ61镁合金真空电子束焊接温度场数值模拟

对板厚10 mm AZ61镁合金板材进行了真空电子束焊接数值模拟研究.利用有限元模型以及三维移动双椭球热源模型,采用数值模拟的方法研究了电子束流与焊接过程温度场及焊缝熔深之间的关系.结果表明,建立的模型能够获得电子束深熔型焊接的效果,模拟焊缝成形及焊缝区、热影响区温度场分布与试验焊缝成形及实际电子束焊接特点较为一致,这也证明了该模型在AZ61镁合金电子束平板对焊有限元模拟中有较好的适用性.