超声波塑料焊接临界温度场分析

采用多场耦合模型对超声波塑料焊接过程中的摩擦热和粘弹热进行了数值计算,并分析了超声振幅对焊接区温度场的影响. 基于计算结果,提出了超声波焊接过程存在临界振幅,当超声振幅低于该临界振幅时,不管焊接时间多长,都不能形成熔融焊接区. 制备了相应的试件并搭建测温系统对焊接过程进行测温试验,试验结果与数值计算结果具有较高一致性,进一步对临界振幅附近的临界温度场进行了分析和探讨. 研究临界温度场,有助于解决超声波塑料焊接过程中温度场难以控制的难题,同时为超声波塑料器件非熔融连接方法奠定基础.     

电阻点焊电磁环境的仿真

针对电阻点焊焊接过程电磁环境,提出以数值计算方法为基础的电磁环境仿真方法.根据点焊过程电磁场的特点以及电磁场曝露安全评估方法,选择适当的建模方案,利用ANSYS电磁场分析软件对点焊机电极周围磁场分布进行了仿真,得到电极周围磁场的场强值和频谱特性.为了验证数值仿真的准确性,利用低频电磁场测量装置对焊机周围磁场的综合场强值进行测量,在特定场合下测量结果和仿真结果基本一致;测量得到的磁场频谱信息和仿真得到的信息具有较大的可比性.研究表明.焊接电磁环境的数值模拟可以定量描述焊接电磁环境,对实际应用具有指导意义.     

基于遗传算法的箱型结构焊接顺序优化

基于遗传算法原理,建立了箱型结构热-机耦合非线性三维优化仿真模型,以焊接变形为目标函数,进行了焊接顺序数值仿真优化.通过仿真计算优化结果与试验数据比较,证明所提出的优化方法与热-机模型结合是可行的,对于给定的焊接条件,通过选择合适的目标函数,采用遗传算法可以确定最优焊接顺序.这为针对工程具体问题设计焊接工艺提供了可靠的依据.     

铝合金／钛合金超声波点焊热-机耦合分析

超声波焊接技术是一种通过施加压力和高频剪切运动来实现材料固态连接的方法。利用超声波焊接技术进行金属间的焊接能在低于金属熔点的温度下实现良好的冶金连接。因此可以应用于冶金性能差异较大的异种金属的焊接。本文针对超声波焊接过程中温度瞬间变化的特点，利用超声波焊接界面反应机理的研究结果，建立了超声波焊接铝钛异种合金的二维有限元模型。通过有限元数值模拟的方法得到了超声波焊接过程中瞬态温度和应力分布。为超声波焊接工艺的优化和制定提供了理论依据。     

超声波塑料焊接机理

采用数值仿真和试验研究了超声波塑料焊接过程中不同特征温度段的产热机理.利用有限元法(FEM)对聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)材料超声波焊接过程中的粘弹性热以及摩擦热进行了计算.基于计算结果,提出了摩擦热是焊接过程的启动热源,粘弹热是焊接过程主要热源的观点.制备了相应的试件并搭建测温系统对焊接过程进行测温试验,试验结果验证了仿真结果的正确性.对焊接过程中的产热机理给出了更清晰的解释,有助于超声波塑料焊接技术进一步在精密焊接领域的应用.     

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。     

机车变压器油箱焊接生产线工艺过程的设计与优化

以某型号机车变压器油箱焊接生产线为研究对象,分析油箱焊接工艺流程,设计油箱焊接生产线的工艺布局,建立油箱焊接生产线仿真模型,以生产线平衡率、设备利用率、生产线产能作为评价指标对焊接生产线的仿真结果进行分析,发现了生产线初始模型存在的瓶颈、堵塞、设备利用率低等问题并提出优化方法对油箱焊接生产线模型进行优化。对比优化前后的仿真结果,证实了优化方法的可行性。     

热沉对焊接残余变形的影响及参数优化分析

对常规的熔化极保护气体焊（MAG）和动态控制低应力无变形（dynamicallycontrolled low stress no-distortion,DC-LSND）MAG焊进行了数值仿真,并对实际的DC-LSND焊件进行了测量,数值仿真结果与试验结果吻合良好.以构架侧梁的焊接残余变形为研究对象,利用数值仿真模型并结合优化算法对热沉参数进行了优化分析,得到了相应的最优方案.结果表明,最优参数下DC-LSND MAG焊控制焊接残余变形的效果明显.     

热塑性塑料超声波焊接的热力过程数值模拟

在建立热塑性塑料的粘弹性力学模型和传热模型的基础上,根据应力和粘度模型计算粘弹性热能可以准确地计算粘弹性热。通过开发超声波塑料焊接的有限元数值模拟程序研究了焊接瞬间的热力行为,数值模拟结果表明,平板件焊接时受压区域整体温度有不同程度的升高,焊接首先发生在焊接面的外围区域,平板件焊接实验验证了数值模拟的准确性。数值算例还研究了初始温度、焊接压力、超声波频率和超声波振幅等焊接工艺参数对焊接过程的影响,有效的焊接必须高于临界初始温度,提高超声波频率和振幅可显著提高温度升高的速度与幅度。     

不锈钢电阻点焊在线超声检测信号特征研究

基于Comsol Multiphysics有限元数值仿真软件建立双脉冲电阻点焊过程超声监测数值模型,研究点焊过程工件内部超声场瞬态分布情况;设计了新型内置超声波探头电极结构,进行双脉冲电阻点焊超声在线监测试验,分别分析A型、M型(超声时程-焊接过程)超声回波图特征;研究点焊典型焊接缺陷虚焊的超声M型回波图特征,提出基于M型回波图的虚焊焊点鉴别方法.研究结果表明基于超声信号的点焊M显示图可反映焊接进程,可通过M显示图特征对虚焊焊点进行快速识别.     

热辅助超声波增材制造设备设计与分析

超声波增材制造技术在功能、复合材料的快速制备领域应用广泛,为克服现有超声波增材制造设备功率的限制,提出了一种大功率热辅助超声波增量制造设备,并采用COMSOL5.0有限元模拟软件对超声波振动系统进行辅助设计.该设备由超声波振动系统、压力机构、支撑行走机构、加热模块构成,焊接压头采用两侧对称结构,采用双换能器串联推-挽技术,显著增加超声焊接功率.并通过辅助加热模块提供额外的热量输入,提高被焊金属温度.并进行多层铜箔的超声波增量滚压焊接试验测试.结果表明,该热辅助超声波增材制造设备的焊接性能和焊接质量良好.     

Cu-Al异种金属超声焊接过程模拟

利用有限元方法建立了Cu-Al超声焊三维热—力耦合模型. 热源包括摩擦热和塑性变形热,其热流密度与焊接不同阶段材料的振幅相关. 焊接过程超声变软影响温度场分布、应力、应变场和齿的嵌入,模拟合理考虑了铜、铝超声变软的数学模型. 模拟结果表明,铜和铝的块体温度均低于熔点,最高温度出现在焊头与铜板的接触面中心;Cu-Al连接界面最高温度出现在焊接区域中心处. 同时也模拟了齿的嵌入,焊接过程中焊头齿完全嵌入铜表面,但底座齿并未完全嵌入铝中. 与热电偶测温和焊接截面形貌对比验证表明,模拟结果与实际基本吻合,较好地模拟了超声变软、热和力三者之间的作用.     

Ultrasonic elliptical vibration transducer driven by single actuator and its application in precision cutting

The ultrasonic elliptical vibration cutting has been successfully applied to precision cutting due to its superior performances, such as low cutting force, high quality surface finish and long tool life. This paper presented an asymmetrical structural model of the ultrasonic elliptical vibration transducer with only the longitudinal excitation. Based on the modal and static analysis with finite element method, various parameters of the model were modified to meet the needs of the vibration modality and the inherent frequency. A cutting system of the ultrasonic elliptical vibration driven by single longitudinal actuator was developed and the effect of the transducer amplitude and cutting depth on the cutting force was studied in detail. A part with surface roughness of R_a 0.08 μm was achieved. The results showed that the ultrasonic elliptical vibration transducer can be designed rationally with finite element method and single driven ultrasonic elliptical vibration machining can be used in precision cutting.     

超声滚压加工对X80管线钢焊接残余应力的影响

建立超声表面滚压加工（ultrasonic surface rolling process,USRP）的三维有限元模型,开发了模拟焊接的移动双椭球热源子程序,利用有限元软件ABAQUS模拟了X80管线钢焊缝不同方向的焊接残余应力,在此基础上叠加USRP的超声振动与静载荷的综合作用,模拟了表面塑形变形、应力和应变,耦合后分析了USRP前后残余应力的变化规律.结果表明,经过USRP处理,X80管线钢表面焊缝区由三向残余拉应力变为三向残余压应力,随着USRP次数的增加,残余压应力数值不断增大,残余应力σ_x,σ_y,σ_z变化规律基本相同.     

采用热弹塑性有限元方法预测低碳钢钢管焊接变形

用有限元分析软件ABAQUS Code开发了用于模拟焊接温度场、焊接残余应力和焊接变形的热弹塑性有限元计算方法.通过建立三维有限元模型,预测了低碳钢钢管多层焊接时的温度场和焊接变形,并通过试验验证了所提出计算方法的精度和有效性.结果表明,在多层焊接条件下,采用有限元方法计算得到的焊接变形与试验结果十分吻合.     

超声波消除铝合金焊接残余应力的有限元数值模拟

利用有限元ANSYS软件模拟了超声波冲击铝合金焊接件过程,通过对比超声波冲击前后铝合金焊接件的残余应力分布情况,证明了超声波消除残余应力的有效性。     

薄板TIG堆焊屈曲变形的预测

针对TIG堆焊所引起的薄板复杂屈曲变形问题,采用基于热弹塑性理论的有限元法建立薄板焊接变形预测模型,提出了数字图像相关法对预测屈曲模型进行试验验证并设计了薄板焊接变形检测试验装置. 结果表明,基于数字图像相关技术的非接触变形检测方法能够全场动态获取堆焊屈曲变形数据,全面验证了焊接变形有限元预测模型,基于高斯热源模型、非线性瞬态热传导边界条件、材料高温性能参数等的热?力耦合热弹塑性预测模型具有较高的精度.薄板焊接变形冷却后呈马鞍形,结合动态温度场与应力场,对揭示焊接马鞍形屈曲变形机理具有重要的意义.     

超声冲击处理对7A52铝合金焊接应力影响的数值模拟

利用有限元软件ABAQUS,建立了7A52铝合金双丝MIG焊的热力耦合数值模型,得到焊接残余应力场;随后利用数值传递方法,对焊接接头处进行超声冲击处理,建立焊接和超声冲击处理耦合模型,得到冲击后的残余应力场,分析了冲击前后残余应力分布特点和大小,并且通过改变冲击针移动速度分析其对残余应力的影响规律.旨在探讨超声冲击对7A52铝合金焊接残余应力改善的影响.计算结果表明,超声冲击处理能够显著改善焊缝和热影响区的表面残余应力,且随着冲击移动速度的增加,得到的焊接接头处压应力值逐渐减小.     

焊接热效应对结构动力学性能影响的非线性分析

提出焊接热效应影响结构动力学性能,进行了理论推导并数值求解验证.从具有初始应力与应变的本构关系出发,应用虚功原理,理论推导出考虑焊接热效应的焊缝有限元单元刚度矩阵.进一步考虑结构的几何非线性和应力刚化效应影响,构建了模态非线性计算的特征方程.以船体舱段为研究对象,采用有限元模态分析方法,提取其在不同焊接热效应水平作用下的模态,发现焊接残余应力的存在不仅改变结构一阶固有频率,而且极有可能使一阶固有频率接近波浪频率.结果表明,结构潜在的焊接热效应对结构动力学性能影响不容忽视.     

超声等离子焊接在液压支架修复工艺中的应用

为提升液压支架修复的可靠性和经济性,对超声等离子焊接的应用效果进行了数值模拟和试验研究。根据所设计超声等离子弧焊系统的焊枪结构与焊接工艺参数建立了超声场有限元模型,基于COMSOL求解等离子气体的速度场、电弧密度场和声压场。对修复后的液压支架试样进行了显微硬度、残余应力及冲击韧性等力学性能测试。结果表明,超声波可在同等条件下将电弧压力提升20%以上,并在4 mm电弧直径内显著增强电流密度,有效减小热影响区范围和残余应力;等离子气体流速与电弧密度在靠近支架焊缝区域以近似相反的变化趋势分布,二阶特征频率振源能够在电极附近产生驻波;修复后支架的平均硬度和室温冲击吸收能量相比母材分别提升了44.6%和45.8%。