单缆式焊丝GMAW电弧物理行为的数值模拟

采用Gambit软件建立了单缆式焊丝熔化极气体保护焊(GMAW)电弧三维数值模型,研究了焊接电流对单缆式焊丝GMAW电弧的电流密度、电磁场、温度场、速度场和压力场分布特征的影响。结果表明:缆式焊丝GMAW电弧的电流密度、电磁场、温度场、速度场和电弧压力最大值均随着焊接电流的增大而显著增加。缆式焊丝GMAW电弧电流密度和温度最大值位于焊丝阳极端部。电弧等离子流速最大值位于弧柱区。随着焊接电流的增加,电弧最大压力位置由速度入口向阳极区转变。在相同的焊接工艺参数条件下,三维数值模拟所得电弧形态与高速摄像系统拍摄的电弧形态吻合,验证了模拟所选三维模型的准确性。     

气孔对不同MIG焊铝镁合金焊缝凝固裂纹敏感性的影响

为研究铝镁合金焊缝内部气孔对不同MIG焊焊缝凝固裂纹敏感性的影响,使用鱼骨型试板测试了8种焊接工艺下的焊缝凝固裂纹长度,并分别对焊缝区的微观气孔进行观察.结果表明:双脉冲MIG焊焊缝凝固裂纹敏感性普遍大于单脉冲MIG焊的,但其焊缝气孔数量却比单脉冲MIG焊的少;双脉冲MIG焊焊缝凝固裂纹敏感性增大的原因是双脉冲电流的振...     

工艺参数对5052铝镁合金焊缝凝固裂纹敏感性的影响

采用鱼骨状裂纹试验对比研究了熔化极惰性气体保护焊(MIG)焊接时保护气体、焊接电流和脉冲模式等焊接工艺参数对5052铝镁合金焊缝凝固裂纹敏感性的影响.结果表明:随焊接电流增大和保护气体中氦气比例的增加,焊缝凝固裂纹敏感性变大;方形电流波形的双脉冲MIG的焊缝凝固裂纹敏感性大于单脉冲MIG的;晶界镁含量增加,焊缝会形成连...     

TC4合金等离子–MIG复合焊过程温度场的数值模拟

目的 研究TC4合金在等离子-MIG复合焊(Plasma–MIG Hybrid Welding)过程中的温度场特性,探究不同电弧功率对熔池形貌的影响。方法 进行了2组4 mm TC4合金板堆焊试验,根据实验结果提出了一种改进的复合热源模型并进行了相应的仿真分析。结果 仿真与实验获得的焊缝截面相吻合;等离子电流的增大使熔池尺寸增大且余高减小,等离子电弧功率的变化对熔池宽度的影响相对较小。结论 等离子–MIG复合电弧对工件的热作用非常集中,更易实现深熔焊、焊接效率更高;所提出的热源模型适用于TC4合金等离子–MIG复合焊温度场模拟。     

双丝单弧气保焊熔滴过渡及焊缝成形

双丝单弧气保焊是一种新型熔化极焊接方法,系统由单电源、单送丝机构和单焊枪组成,双丝共用一个具有两孔的导电嘴,单电源通过导电嘴同时向双丝输出电流形成单个电弧,双丝末端熔滴相互吸引形成共熔滴并稳定过渡到熔池。采用高速摄像、信息同步采集及焊接电源等装备,开发双丝单弧气保焊熔滴过渡试验系统,研究了不同焊接电流参数对熔滴大小、过渡行为及焊缝形貌的影响,并阐明了双丝单弧气保焊熔滴过渡机理。结果表明：随着焊接电流的增大,熔滴过渡形式依次为多脉一滴、一脉一滴、射流过渡和潜弧射流过渡四种模式,过渡频率逐渐增大,熔滴体积逐渐减小。焊缝形貌研究表明,随着焊接电流增大,焊缝熔深逐渐增大,熔宽先增大后减小,当焊接电流为570 A时,焊缝截面成形质量最佳,此时熔敷速度为15.8 kg/h。     

等离子-MIG焊在有色金属焊接中的应用研究现状及展望

随着复合焊接成为焊接领域的热点,等离子-MIG焊作为一种高能量束流的焊接方法得到了广泛的研究,等离子-MIG焊具备阴极雾化的功能,有利于清理金属表面的氧化膜,对有色金属焊接有独特的优势。介绍了同轴式和旁轴式等离子-MIG焊的工作原理及优缺点,从数值模拟、控制与监测方法、工艺参数研究3个方面对等离子-MIG焊在有色金属焊接中的应用研究现状进行了分析。分析结果表明,等离子-MIG焊在铝合金材料焊接中研究进展显著,已经能够实现高质量的焊接,并开展了在镁、铜等其他有色金属焊接方面的研究,取得了一定的效果。最后对等离子-MIG焊的应用前景和发展方向进行了展望,等离子MIG焊在双电弧耦合机理、多物理场的协同工作、系统稳定性等方面还有待深入研究。     

铝-镀锌钢板异种金属Pulsed DE-MIG熔钎焊方法研究

为精确控制焊接热输入,从而控制铝钢异种金属界面区金属间化合物生长,提出一种新型高效低热输入的脉冲旁路耦合电弧MIG焊(Pulsed DE-MIG)方法,用ER5356铝合金焊丝在镀锌钢板上利用平板堆焊实验对工艺参数进行优化.在焊丝总电流保持不变,不同的Pulsed DE-MIG焊接参数下焊接,结果表明随着旁路电流的增大,焊缝宽度显著变小,且焊缝堆高明显变高.采用OM、SEM、EDS等测试手段观察和分析连接界面区的微观组织,发现在连接界面区形成Fe2Al5、FeAl3金属间化合物层,且母材热输入大时,FeAl3析出得多,随着母材热输入的减小,FeAl3析出逐步减少直至FeAl3无析出.     

新型微束等离子弧焊接电源的研制

鉴于高频电弧具有较强的自收缩作用及较好的电弧稳定性的特点 ,研制了调制型脉冲微束等离子弧电源 .本电源可通过对高频电流的低频脉冲调制调节电弧对焊缝的热输入 ,同时具有电弧能量密度大、主弧空载电压低及起始电流递增和熄弧电流递减等功能 ,适用于铜、钛、不锈钢等金属薄件、微细件的焊接 .     

DP590高强钢双脉冲胶接点焊的工艺研究

针对DP590高强钢薄板, 本文提出一种应用双脉冲电流进行高强钢胶接点焊的连接工艺,通过双脉冲胶接点焊正交试验,研究双脉冲胶接点焊工艺对接头力学性能及显微组织的影响,并应用极差分析获得双脉冲胶接点焊最优工艺参数,对比分析单脉冲和双脉冲胶接点焊接头的力学性能、金相组织、显微硬度.研究表明：双脉冲电流的引入可有效降低胶接点焊过程飞溅的产生,提高胶接点焊工艺的稳定性.其中,电流是影响双脉冲胶接点焊接头力学性能的主要因素.采用双脉冲胶接点焊工艺,可明显细化熔核区的晶粒,熔核区密集分布大量的板条状马氏体,有助于提升焊核区的显微硬度,提高接头的整体韧性和强度.     

新型阴极弧电源研制及脉冲增强电子发射(P3e)效应研究

本文研制了新型脉冲阴极弧电源,并实现了脉冲增强电子发射(P3e)以提高真空室内等离子体密度。该电源核心由脉冲发射和维持电流系统构成,由单片机和触摸屏系统协同控制和管理。对P3e电源进行放电特性和脉冲增强电子发射效应进行了研究。结果表明,在相同平均电弧电流条件下,与直流相比,P3e技术能够显著提高工件(基体)脉冲电流与平均电流。在电弧平均电流90 A时,基体脉冲电流由5 A提高到19.6 A,基体平均电流由2.2 A最大提高到4.6 A,表明脉冲增强了电子发射,进而获得高的等离子体密度,这将有助于增加膜层致密性、降低膜层应力。该新型电源对于阴极弧靶中毒抑制、膜层结构改善、膜层颗粒污染控制具有重要的意义。     

等离子+缆式焊丝脉冲GMAW复合焊熔池流体行为研究

目的 研究等离子+缆式焊丝脉冲GMAW复合焊过程的熔池流体行为.方法 综合考虑传热学以及流体动力学,建立Fluent数值分析模型.使用双椭球–锥体热源模型代表等离子弧焊传热模型,用双椭球热源表征GMAW电弧传热并考虑熔滴传热,同时考虑熔池受到的电磁力、浮力、表面张力、等离子流力等作用力.基于Fluent软件,对复合焊过...     

Numerical and experimental investigation on temperature distribution of the discontinuous welding

The main objective of this study is to generate new understanding and improve computer methods for calculating the thermal cycles and temperature distribution of 5A06 aluminum alloy structure during discontinuous welding. Predicting the thermal cycle also provides an estimate of the weld penetration and weld width. The submodeling technique was used to save computing time and improve calculation accuracy. The arc heat input was applied in the weld zone using different forms of surface, volumetric and combined heat flux distribution functions. In order to validate the thermal simulation model, temperature distribution at the weld backside was precisely measured by infrared thermography during the welding process. The simulation results showed that the model is quite sensitive to the energy distribution during the welding process, the effects of the pre-heating and re-heating are significant. The present simulation model can be used as a proper tool to investigate the effect of different metal inertia gas (MIG) process parameters.     

氦−氩混合保护气体角接头旋转激光+电弧复合焊电弧特性数值分析

目的 研究激光+电弧复合焊中氦−氩混合保护气体成分对电弧等离子体物理特性的影响,从而改善焊接性能。方法 综合考虑角接头几何特性和氦−氩混合保护气体的物理特性,建立氦−氩混合保护气体角接头旋转激光+电弧复合焊电弧行为的数值分析模型。使用FLUENT软件对不同体积比氦−氩保护气体下电弧等离子体的温度场、流场、压力场和电势场进行模拟计算,对比分析保护气体成分改变对电弧等离子体的影响规律,考虑其对焊接性能的影响,并将计算结果与高速摄影试验进行对比,验证数值分析模型的准确性与合理性。结果 保护气体分别为纯Ar、95%Ar+5%He、90%Ar+10%He时,电弧向激光侧偏移收缩,电弧整体形貌被压缩,位置A纵截面处电弧等离子体的峰值温度分别为25 603、25 080、23 904 K,最大流速分别为336.34、334.34、317.58 m/s,压力最大值分别为899.08、943.40、957.67 Pa,电势梯度分别为11.56、12.17、13.18 V。结论 在氦−氩混合保护气体激光+电弧复合焊中,当保护气体中氦气体积分数增加到5%和10%时,随着氦气所占比例的增大,电弧处于动态变化过程,电弧被压缩,等离子体的峰值温度逐渐降低,最大流速下降,电弧压力和电势梯度增大,有利于焊缝熔深的增大。     

Effect of Traverse/Rotational Speed on Material Deformations and Temperature Distributions in Friction Stir Welding

A fully coupled thermo-mechanical model was developed to study the temperature fields and the plastic deformations of alloy AL6061-T6 under different process parameters during the friction stir welding （FSW） process. Three-dimensional results under different process parameters were presented. Results indicate that the maximum temperature is lower than the melting point of the welding material. The higher temperature gradient occurs in the leading side of the workpiece. The calculated temperature field can be fitted well with the one from the experimental test. A lower plastic strain region can be found near the welding tool in the trailing side on the bottom surface, which is formed by the specific material flow patterns in FSW. The maximum temperature can be increased with increasing the welding speed and the angular velocity in the current numerical modelling.     

基于P-GMAW摆动电弧传感的窄间隙坡口宽度自适应焊接

针对窄间隙自动化焊接过程中,组对误差、焊接热变形等因素导致的坡口宽度不一致问题,本文提出采用电弧传感方式对坡口宽度进行检测,并根据检测结果调节工艺参数,保证焊接质量的方法。通过研究坡口宽度偏差的提取算法,分析窄坡口条件下脉冲熔化极焊接的峰值电流、基值电流和平均电流信号的传感特征,提出以脉冲周期内的电流均值作为特征信号,利用侧壁平均法进行偏差提取的传感方式;确定了坡口宽度变化时,焊枪摆幅、焊接速度的调控方法,实现了适应坡口宽度变化的自动化焊接。窄间隙焊接试验表明,上述方法能够有效识别坡口宽度变化,及时对摆幅、焊速进行调整,可在坡口宽度变化时,保证侧壁熔合质量和焊层厚度均匀。研究结果对单道多层窄间隙焊接实现焊接自动化,保证焊接质量具有一定的参考价值。     

2024铝合金水下搅拌摩擦焊热力耦合仿真分析

目的 优化搅拌摩擦焊接工艺参数,以提高接头的力学性能。方法 基于ABAQUS软件建立了热力耦合有限元模型,使用耦合欧拉-拉格朗日方法对典型的航空航天用板材2024铝合金的水下搅拌摩擦焊接过程进行了仿真研究。分析了搅拌摩擦焊接过程中板材的温度场分布和材料变形情况,同时研究了前进侧和后退侧相应位置材料的流动特征,进一步讨论了搅拌头冷却速度和摩擦因数对焊接温度和材料流变场的影响。结果 当摩擦因数较小时,针对焊接过程的有限元模拟将会失败;前进侧和后退侧材料变形和流动差异显著;焊接温度和等效应变随摩擦因数的增大而升高,随冷却速度的增大而降低。结论 当摩擦因数为0.8时,能较好地完成焊接。相对于空冷,水冷能明显缩短高温持续时间。     

Principal component analysis for multiple quality characteristics optimization of metal inert gas welding aluminum foam plate

Principal component analysis (PCA) coupled with Taguchi methods are employed in the study for multiple quality characteristics optimization of metal inert gas (MIG) arc welding aluminum foam plates. The quality characteristics investigated are the micro-hardness and the bending strength of the weldments. Eight control factors selected are the type of filler material, MIG current, welding speed, MIG gas flow rate, workpiece gap, MIG arcing angle, groove angle, and electrode extension length.     

Q235与 304L异种钢角焊缝 GTAW电弧能量分配规律研究

针对Q235低碳钢与304L不锈钢的异种钢角焊缝两侧母材热物性参数的差异以及电弧热量分配不正确,导致的焊后热应力集中,易发生裂纹等焊接质量问题,本文开展了GTAW电弧能量分配规律的研究。采用多物理场软件COMSOL Multiphysics,建立了异种钢角焊缝直流脉冲GTAW电弧瞬态二维非对称模型,并对Q235和304L角焊缝焊接时电弧的温度场、电磁场、流场和不同焊枪角度下的电弧能量分布进行了耦合计算。解释了异种钢焊接时,由于材料导磁性能差异造成的电弧磁偏吹现象,以及焊接电流对电弧磁偏吹的影响规律,获得了不同焊枪角度条件下电弧热流密度在焊缝两侧的分布规律:在焊枪角度为10°时,焊缝两侧能量分布基本相等。利用焊枪偏转调控异种钢焊缝两侧的电弧能量输入,建立了焊缝两侧分配能量流与焊枪偏转角度的回归方程,通过焊接试验对模拟结果进行了验证,在焊枪偏转角度为10°时获得了较好的焊接质量。     

焊接过程宏微观数值模拟与仿真的研究现状

焊接过程的数值模拟与仿真是研究焊接热过程、焊接电弧行为、焊接熔池、焊接应力与变形、焊接结构疲劳与脆断、焊接接头力学性能、焊接接头微观组织、界面形成机理,以及焊接缺陷分析等问题的基础。借助计算机辅助技术对于焊接现象进行模拟研究,可以解决试验和实际生产中诸多的困难问题,对焊接过程控制和工艺优化等具有重要的指导价值。通过对目前国内外焊接领域关于焊接过程宏微观的数值模拟与仿真研究现状的分析,描述了焊接数值模拟技术的主要发展方向,并指出了一些研究中的热点问题,旨在为相关领域的研究工作者提供有效的帮助,开拓新的研究思路。