激光宽带加工数值模拟中的热源模型

针对宽带激光表面强化过程,建立了激光宽带热源理论模型.基于有限元软件SYSWELD进行了激光熔凝数值模拟,将模拟计算得到的光斑作用区形貌尺度、三维瞬态温度场分布和热循环曲线进行了对比与分析.42CrMo板材表面激光宽带熔凝的试验验证表明,宽带热源模型得到的热源光斑及"平底锅"状熔凝区截面与实际相符合,熔凝区截面尺寸和试验结果一致,可以获得沿激光扫描方向合理的瞬态熔池分布,试验测定的热循环曲线与模拟值逼近.激光光斑辐照作用使得工件表面经历了一个急剧加热、快速冷却的过程,同已有的其它热源模型相比较,使用宽带热源模型计算得到结果更符合实际,可以准确地模拟激光宽带加工过程.     

电子束焊在整体叶盘中的应用及有限元热源模型进展

简要概述了电子束焊的发展所程、特点,重点介绍了电子束在航空领域整体叶盘制造中的应用及其数值模拟以优化整体叶盘焊接工艺的必要性.数值模拟结果的准确与否与热源模型的选择紧密相关,电子束焊的小孔穿透效应在热源模型中不易实现.文中介绍了电子束热源模型的发展历程,基于空间尺度特点,对热源模型进行了分类,详述了线热源、面热源、体热...     

焊接理论——一般问题

20095032 组合热源模型在焊接数值模拟中的应用／盖登字…／／焊接学报。-2009,30（5）：61-64,68 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。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。     

焊接理论——一般问题

20095032 组合热源模型在焊接数值模拟中的应用／盖登字…／／焊接学报。-2009,30（5）：61-64,68 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。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。     

短路过渡CO_2气体保护焊结合型热源模型的研究

为准确地模拟短路过渡CO2气体保护焊焊接温度场分布特点,根据试验结果推导出了适用于短路过渡的熔滴热热源模型,建立了结合电弧热和熔滴热共同作用的结合型热源模型。并将结合型热源模拟结果、高斯热源模拟结果与实际温度场的测量试验结果进行了比较分析。结果表明,与高斯热源模型相比,使用结合型热源模型更能准确地模拟短路过渡CO2气体保护焊焊接温度场的分布特点。     

小孔等离子弧焊接热场的有限元分析

根据小孔等离子弧焊接的工艺特点，建立了相应的热源模型和焊接热场的分析模型。数值模拟结果表明，一般的双椭球体热源和三维锥体热源不能准确描述小孔等离子弧焊接热过程。提出了改进型的三维锥体热源模型，可以较准确地计算焊缝的正面和背面熔宽，但熔合线走向的计算精度仍较低。在此基础上，考虑等离子弧对熔池的热-力作用，建立了符合小孔形态的热源模型，对小孔等离子弧焊接热场进行了有限元分析，计算出的小孔等离子弧焊缝形状与试验结果吻合良好。     

几种常见焊接工艺热源模型的研究进展

焊接数值模拟通过对复杂或不可观察的现象进行定量分析和对极端情况下尚不知的规律进行预测，实现对复杂焊接现象的模拟，揭示焊接现象本质和规律，可以优化结构和工艺设计，从而减少实验工作量，提高焊接接头质量。然而，由于焊接技术在工程中所面临的焊接情形愈加复杂，而热源模型作为焊接数值模拟的“灵魂”,合理选用及开发新型焊接热源模型就显得尤为重要。因此，研究焊接仿真热源模型的发展、二次开发和热源参数的确定对日后的工程应用具有指导意义。本文针对近几年热源模型在气体保护金属极电弧焊、等离子弧焊和激光-电弧复合焊数值模拟中的发展进行了系统综述，介绍了基于二次开发的热源模型的研究进展，总结了热源参数的确定方法，最后指出了焊接热源模型未来的研究重点。     

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.     

热量自适应搅拌摩擦焊热源模型

当前采用的温度场热源数值模型在准确表征焊接过程材料性能和产热机制与温度变化关系上存在困难.依据摩擦学原理,以材料屈服强度ReL为产热基本参数建立新型热源模型,产热量随温度、材料性能改变,实现搅拌摩擦焊产热自适应过程,更准确地描述了搅拌摩擦焊过程物理现象的本质.温度场试验与模拟结果的比较表明,该热量自适应热源模型具有较高的计算精度.     

T型角接头焊接热源模型研究

基于有限元软件ANSYS建立了T型角接头的三维热分析模型,阐述高斯热源模型、双椭球热源模型、均匀热源模型以及两种组合热源模型的分布函数形式,并应用各热源模型结合生死单元技术对T型接头焊接过程进行数值模拟,得到不同热源模型下的焊接动态温度场。通过对数值模拟结果的分析对比表明:高斯热源及高斯-双椭球组合热源模型的模拟熔池尺寸大小有限,使得焊缝不能达到完全熔化;双椭球热源、均匀热源模型及高斯-均匀组合热源模型能较真实地模拟焊缝熔合区的形状及温度场分布,其中应用均匀热源模型可达到更为满意的结果。     

高能束焊接数值模拟可变新型热源模型的建立

基于电子束等高能束焊接熔池非旋转对称性以及深宽比较大的"钉头"焊缝特征,为更好地模拟焊缝形状,提高焊接模拟计算精度,建立了一带拐点的形状可变的双椭圆衰减体热源模型;新型热源模型形状的可转化性使其具有了可同时用于高能束焊接和一般焊接的通用性;模型建立过程中,对其前后能量的分布给出了明确的函数表达式,利用有限元分析软件对比分析了新型热源模型和其它几种热源模型的温度场的模拟结果,验证了其熔池形态的合理性及该热源的可扩展性.     

Heat source analyses of dual laser-beam bilateral synchronous welding for T-joint

The DLBSW(dual laser-beam bilateral synchronous welding)technology of T-type joint has been widely used for the connection of skins and stringers in airplane industry.To understand the thermodynamic and mechanical behavior of this process,it is necessary to establish a reasonable heat source model.Two different surface-body combination heat source models are adopted in this paper.Both models use the Gaussian surface heat source model and one is combined with the cone body heat source model and the other is combined with Gaussian rotator body heat source model.The simulation results of these two different models are investigated.And the temperature field results of DLBSW process for T-joint with two different heat sources are discussed.It is indicated that the combination heat source model is effective to simulate the DLBSW process and the current study is useful for more profound research in this field.     

一种激光热传导钎焊的热源模型

根据熔池具有较小深宽比的特征,发展了一种适合于铍板激光热传导钎焊的热源模型.分别建立了由表面高斯热源和内部旋转体积热源,按不同比例构成的复合热源、指数旋转抛物线体热源和线性旋转抛物线体热源三种模型.利用这三种模型计算了同一焊接条件下起焊点前2 mm处一点的焊接热循环曲线和熔池横断面轮廓,并进行了试验验证.目前的研究中用...     

激光深熔温度场数值模拟热源模型分析

热源模型是激光深熔焊温度场数值模拟分析的关键。在分析连续和脉冲激光深熔焊焊缝形状特征的基础上，构建了组合热源模型，讨论了热源模型参数的确定方法。应用所建立的热源模型模拟分析了激光深熔焊焊缝边界形状，并与实验结果进行了比较。     

TC4钛合金激光焊缝形貌与残余应力数值分析

针对激光深熔焊特点,采用均匀体热源模型、双椭球热源模型和组合热源模型,对TC4钛合金CO₂激光深熔焊的焊缝形貌和残余应力进行了数值模拟与试验.结果表明,在进行激光深熔焊焊缝形貌与残余应力数值计算中,应根据激光焊接热输入选择激光热源模型,并提出了均匀热源模型适合较大热输入,双椭球热源模型适合中等热输入,而组合热源模型适合较小热输入的选择原则;组合热源模型和双椭球热源模型均能体现热输入随深度的递减变化,焊缝轮廓呈现圆锥形和钉子形;均匀体热源的上下表面的残余应力分布基本一致,而双椭球热源和组合热源模型的下表面残余应力明显低于上表面.     

用瞬间热源模拟Q390高强钢厚板多层多道焊T形接头的焊接残余应力

文中以钢结构中常用的厚板T形接头为研究对象,建立有限元模型,采用所开发的瞬间热源模型,对板厚为30 mm的Q390高强钢多层多道接头的焊接残余应力进行了数值模拟,并与移动热源模型的计算结果进行对比.同时,采用瞬间热源模型,探究了有限元网格密度对焊接残余应力的计算精度和计算时间的影响.此外,采用盲孔法实测了T形接头的焊接残余应力.结果表明,采用所开发的瞬间热源模型,不仅可以保证焊接残余应力有较高的计算精度,而且还可以大幅度缩短计算时间.比较发现,采用瞬间热源模型时,焊缝长度方向的网格大小对计算结果的影响很小,采用粗网格可进一步缩短计算时间.     

考虑侧壁熔合的摆动电弧窄间隙MAG焊温度场热源模型

为了研究窄间隙焊缝摆动电弧MAG焊焊缝成形影响因素,需对其温度场分布情况进行分析. 针对摆动速度大于焊接速度的前提条件,分析了焊接层数不同导致的焊缝厚度不同以及磁偏吹对侧壁的影响,对多层单道焊建立了两种不同的热源模型. 同时采用Comsol有限元分析软件,实现了热源模型的加载和温度场的模拟. 结果表明,对于第一层焊(焊缝厚度3.6 mm)可以采用高斯—广义双椭球复合热源;对于第三层焊(焊缝厚度7.8 mm)可以采用双椭球—广义双椭球复合热源. 对比同时刻温度场模拟结果的焊缝截面与实际试验结果的焊缝截面,发现两者侧壁熔深情况基本吻合. 为后续对焊缝成形影响的进一步研究奠定了基础.     

焊接过程数值模拟热源模式的比较

焊接热源模式是焊接数值模拟研究的一个重要内容.文中简要介绍了焊接过程数值模拟热源的各种加载模式:高斯分布函数、双椭球分布函数、生死单元方法.针对具体算例,采用3种不同的热源加载模式进行三维焊接温度场的数值计算,并比较不同方法计算焊接温度场结果的差异.结果表明,生死单元方法是一种简单的热源加载模式,其计算效率优于其他2种加载方法.     

结合型分布带状分段移动热源模型

在数值模拟分析大型焊接结构的焊接残余应力和变形时,可以采用分段移动带状热源模型以便提高计算效率.为此,首先试验分析了不同焊接速度对焊接温度场带状特性的影响.并在已建立的结合型分布圆形热源模型的基础上,推导出了结合型分布带状分段移动热源模型的节点热流与加载时间的计算公式.结果表明,焊接速度大于4mm/s时,较长区段的温度场已经具有带状分布特点.此外,与高斯分布带状分段移动热源模型的节点热流与加载时间的计算公式相比,推导出的公式不但与总的热输入量有关,还与电弧和熔滴的热量分配比有密切的关系.     

TC4钛合金激光焊缝形貌与残余应力数值研究

针对激光深熔焊特点,采用均匀体热源模型、双椭球热源模型和组合热源模型,对TC4钛合金CO2激光深熔焊的焊缝形貌和残余应力进行了数值与实验研究。结果表明:在进行激光焊缝形貌与残余应力计算中,须根据激光焊接线能量选择激光热源模型,由此提出了均匀热源模型适合较大线能量,双椭球热源模型适合中等线能量,而组合热源模型适合较小线能量选择原则。组合热源模型和双椭球热源模型均能体现热输入随深度的递减变化,熔池轮廓呈现"圆锥"形和"钉子"形,均匀体热源的上下表面的残余应力分布基本一致,而双椭球热源和组合热源模型的下表面残余应力明显低于上表面。