镁合金真空电子束焊接匙孔热效应数值模拟

分析了镁合金真空电子束焊接过程中的匙孔热效应特征,针对真空电子束焊接工艺建立了适用于镁合金焊接的复合热源模型.考虑到焊接过程中存在的高温金属蒸气等离子体及真空电子束焊接"匙孔"深熔效应特征,模型由高斯面热源和圆锥体热源复合而成,利用高斯面热源功率分配系数和圆锥体热源功率分配系数的不同取值,模拟电子束焊接的不同聚焦状态,并得到电子束聚焦状态与散焦状态下的焊接温度场变化,进而通过计算得到聚焦状态变化下的匙孔形状和焊缝成形.结果表明,模拟结果与其具有较好的一致性.     

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.     

真空电子束焊接热源建模及功率密度分析

分析了真空电子束深熔焊接的热源作用形成钉状焊缝的特征,建立了峰值功率递增型旋转高斯体热源,即热源作用半径在深度方向呈高斯规律递减,热源功率密度在深度方向呈指数函数规律递增.利用该热源模型计算了聚焦状态和散焦状态下,真空电子束焊接特殊热效应的功率密度分布.结果表明,热源数学模型得到的功率密度分布规律符合理想状态下的电子束热源作用特征,可用于不同聚焦状态下的真空电子束焊接的热效应数值模拟研究.     

工艺参数对AZ31镁合金激光-MIG复合焊缝成形的影响

系统研究激光功率、电弧电流和热源间距对10 mm厚AZ31镁合金激光-MIG (Metal inert gas) 复合焊接工艺稳定性和焊缝成形的影响规律.结果表明:实现最大激光-电弧协同效应的最优热源间距为3 mm;复合焊接熔深决定于激光功率;MIG电弧电流对焊缝宽度有显著影响,但是对焊接熔深影响有限;在优化的工艺参数下,激光-MIG复合焊接能够有效消除镁合金激光焊缝中存在的表面成形缺陷,焊接速度提高50%;与MIG焊接相比,复合焊接熔深提高近10倍,电弧燃烧和熔滴过渡稳定性大幅度提高;因而激光-MIG复合焊接是镁合金焊接的一种有效方法.     

镁合金真空电子束焊温度场分布的数值模拟研究

以有限元模拟软件ANSYS为平台,采用双椭球热源模型,对10mm厚AZ61镁合金进行真空电子束焊的温度场变化模拟研究.结果表明,在选取优化的工艺参数条件下,双椭球热源模型可以较真实的呈现出电子束焊温度场变化情况:通过对比模拟焊缝形貌与试验所得焊缝形貌表明,该模拟较好地体现出电子束深熔焊所具有的钉子型焊缝的特点.     

基于ANSYS的钛合金真空电子束焊数值模拟研究

利用ANSYS有限元软件对尺寸60 mm×100 mm×6 mm的TC4钛合金板进行真空电子束焊接的数值模拟仿真研究。建立高斯面热源和椭球体热源组成的组合移动热源模型作为仿真的热源模型,研究TC4钛合金在真空电子束下的焊缝成形过程、焊缝附近的应变变化情况及焊接过程中热源温度场的变化。     

16mm厚纯钼真空电子束焊接焊缝成形特征

采用真空电子束焊接方法对纯钼材料进行焊接,对焊缝成形特征进行分析。通过光学显微镜对焊缝微观组织进行分析,同时对不同焊接工艺参数下各个熔池形貌的比较,讨论了焊接速度、焊接电流对焊缝成形规律的影响。结果表明,采用真空电子束焊接的纯钼焊缝晶粒长大现象严重;焊接速度和焊接电流是影响焊缝熔深、深宽比的重要因素。     

镁合金电子束焊接接头微观组织特征

镁合金熔点低、热导率高、线膨胀系数大、表面张力小,焊接后易出现夹杂、脆性相和气孔等.针对以上问题,进行AZ61镁合金真空电子束焊接研究.对优化工艺条件下电子束焊接接头的微观组织、相结构和硬度分布进行了详细分析研究.结果表明,AZ61镁合金电子束焊接接头成形良好,没有明显的热影响区,焊缝狭窄,焊缝为细小的等轴晶,晶粒尺寸5～10μm;焊缝区域主要由细小的α-Mg和Mg17Al12相组成.焊缝硬度高于母材,说明电子束焊接是焊接AZ61镁合金厚板材料的有效方法.     

镁合金AZ31B的激光-TIG复合热源缝焊工艺

以AZ31B变形镁合金为主要对象,研究了其激光-TIG复合热源缝焊工艺特点,探讨了缝焊表面成形、缝焊熔深的影响因素以及缝焊缝的抗剪强度变化规律。结果表明,激光-TIG复合缝焊的焊缝为明显的“图钉型”形貌,上部分为TIG电弧焊接成形,下部分为典型的激光焊接成形。镁合金复合热源缝焊具有焊接速度高、焊缝成形美观、焊接参数范围较宽等特点,接头抗剪强度较高,是一种优良的焊接方式。     

旋转电弧窄间隙焊温度场和侧壁熔深的数值模拟

针对旋转电弧窄间隙MAG焊焊缝成形研究需要,采用Ansys软件对旋转电弧窄间隙MAG焊接温度场进行数值模拟,研究焊缝成形的影响因素.考虑旋转电弧窄间隙MAG焊特点,实现热源模型旋转加载和旋转电弧窄间隙焊接三维温度场数值计算,模拟温度场结果与试验焊缝形貌吻合良好.为进一步提高计算效率,根据热源等效和旋转电弧热源分布特点,提出了一种类似马鞍形圆环的等效热源,侧壁熔深模拟结果与实际较符合,且计算效率大为提高.研究结果为进一步的熔深控制和焊接变形研究奠定基础.     

电子束焊接热效应对镁合金焊缝显微硬度的影响

研究了真空电子束焊接热效应对AZ91D和AZ31B镁合金焊缝显微硬度的影响机制,实验结果表明,真空电子束焊接热效应对AZ91D、AZ31B镁合金焊缝均有不同程度的强化作用。当焊接热输入较大时,影响AZ91D镁合金焊缝硬度的主要因素为因Mg元素烧损而产生的强化相变化,焊接热输入越大,焊缝中的Mg元素烧损增加,使Al元素含量(质量分数,下同)逐渐增加,从而在焊缝中生成了更多的强化β相,使焊缝硬度得到提高,产生的强化相越多,焊缝硬度相对越大;当焊接热输入较小时,影响AZ31B镁合金焊缝硬度的主要因素为焊后冷却速度,焊接热输入越小,焊后冷却速度越快,焊缝晶粒越细小,焊缝硬度相对越大。     

焊接工艺参数对镁合金CO2激光焊焊缝表面成形的影响

探讨了焊接工艺参数包括激光功率、焊接速度、正面和背面的保护气体流量对焊接工艺效果和接头成形的影响.结果表明,对AZ61和AZ31两种镁合金,激光功率的增大,焊缝正面和背面的熔宽都明显增大;而焊接速度的增大,焊缝正面和背面的熔宽明显减小.在同样的工艺参数情况下,AZ61的熔化效率比AZ31更高,获得的焊缝正面和背面熔宽更大.正面的保护气体流量大小对焊缝熔宽的影响较小,而背面保护气体流量对焊缝熔宽基本没有影响,但正面和背面气体流量主要影响到焊缝正反面的保护效果,影响到焊缝的表观.试验结果表明,在适当的工艺参数下,采用CO2激光焊接方法可以较好地实现不同厚度的AZ61和AZ31镁合金的焊接,而且焊缝成形良好,接头的力学性能优良.     

AZ91D镁合金真空电子束深熔焊接熔池气泡流数值模拟

针对AZ91D镁合金焊接熔池的气—液两相流系统,在质量守恒和动量守恒的基础上,建立了真空电子束焊接熔池二维气泡流数学模型,模拟计算了熔池中的气相分布、气泡流流动现象,分析了对空腔型缺陷形成、分布的实际影响.结果表明,完全穿透型焊缝熔池中的气体逸出可能性大大高于非穿透型焊缝,使其出现空腔型缺陷的几率在一定程度上低于非穿透型焊缝.典型空腔型缺陷的形成过程与电子束焊特有的深熔焊缝熔池中气泡流的流型及其流动特征有密切关系.较高的液相对流速度更有利于熔池中气体的逸出,从而使焊缝最终的含气率较低.     

Keyhole stability in disc laser welding of AZ31B and AZ61A magnesium alloys and weld metal properties

Abstract

To confirm the process potential and limitations of laser welding of magnesium alloys, a newly developed disc laser of 16 kW in maximum power was used to weld thin plates of AZ31B and AZ61A alloys. Melting characteristics and weld metal properties were studied under different process parameters. The very high power density of the applied beam caused the keyhole and the molten pool to be unstable. Underfill was the main welding defect limiting the process window and its formation was closely related to the keyhole instability. A process diagram indicating areas of sound and defected welds could be constructed. Sound welded joints could be obtained for AZ31B alloy with similar mechanical properties as that of the base material. The brittle intermetallics network present along the grain boundaries in AZ61A weld metals required a higher energy input to alleviate its detrimental effect on the mechanical properties of the welded joints.     

真空电子束深熔焊接匙孔前沿蒸发传热分析模型

根据真空电子束焊接过程匙孔深熔效应的特点,建立简化的圆柱形匙孔物理模型.考虑到匙孔前沿的强烈蒸发现象,提出一种基于传热学理论的匙孔前沿气固界面传热分析模型.通过模型分析了AZ系列镁合金材料的主要金属元素Mg,Al,Zn和Mn在匙孔前沿的蒸发效应,以及匙孔半径变化对匙孔前沿气固界面处4种金属元素温度变化的影响.结果表明,...     

AZ61镁合金CO2激光焊接工艺

采用CO2激光试验系统对AZ61镁合金的激光焊接工艺进行了研究.探讨了焊接工艺参数包括激光功率、焊接速度、正反面保护气体流量对焊接效果的影响.结果表明,通过适当地选择工艺参数可以获得比较理想的焊缝,并通过大量试验获得了较为优化的参数范围.     

电子束焊接数值模拟新型热源模型的初步探索

旋转高斯曲面体热源模型,能较好的反映电子束焊接深熔焊的特点,但只能得到圆滑的“抛物”形焊缝。作者对此进行了改进,使其能较好的反映常见的“酒杯”形或“钉”形焊缝,并采用了ANSYS软件对平板电子束焊接温度场进行了数值模拟,同时从焊缝形貌及试验测得的热循环曲线进行验证,得到了与试验结果较吻合的温度场计算结果。