激光全熔焊温度场有限元研究

运用ANSYS软件对低碳钢焊件进行激光全熔焊温度场研究。采用高斯面热源与锥体热源的组合热源模型,考虑材料参数随温度变化特性,模拟得到了焊接温度分布,并分析了焊接工艺参数与锥体热源模型参数对温度场的影响。结果显示,激光全熔焊熔池近似"钉头状",热源附近温度梯度巨大,熔宽与焊接速度成反比、与焊接功率成正比关系,体热源模型参数对熔宽影响较大。通过焊接试验,基本验证了温度场模拟的正确性。该研究为激光全熔焊接工艺参数优化和计算机辅助焊接奠定了基础。     

铝/镁异种金属搭接搅拌摩擦焊接温度场数值模拟研究

利用有限元分析软件ABAQUS对铝/镁异种金属搭接搅拌摩擦焊温度场进行模拟研究,计算了焊接过程中不同焊接参数对温度场的影响.结果表明:数值模拟结果与测量结果能够较好吻合,热源模型的建立基本符合搅拌摩擦焊接过程,验证了已建立的模型的可靠性.     

DP590钢/AA6061-T6铝合金异种金属对接搅拌摩擦焊温度场的数值模拟

为了研究DP590钢和AA6061-T6铝合金异种金属对接搅拌摩擦焊工艺参数对温度场的影响,优化实际焊接时工艺参数的可选择范围,首先建立了异种金属对接搅拌摩擦焊搅拌头摩擦生热的热输入模型,然后运用ABAQUS软件模拟出DP590钢和AA6061-T6铝合金对接搅拌摩擦焊的温度场,研究焊接过程中异种板材温度场的分布规律,最后通过调整焊接参数模拟出接头的温度分布,对比分析搅拌头偏置位置、焊接参数对接头温度场的影响。结果表明:钢铝异种金属对接搅拌摩擦焊焊接过程中的最高温度处位于DP590钢板侧,搅拌针偏置主要影响钢板的温度分布,搅拌头转速是影响焊接接头温度场的主要因素。     

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.     

不锈钢激光焊温度场的建模与仿真

利用有限元软件ANSYS对304不锈钢激光焊温度场的分布进行了动态模拟.分析了材料热物理参数的温度相关性、熔化潜热、对流及辐射对激光焊接温度场的影响,建立了激光焊接组合体移动热源模型.针对激光焊接过程中高度非线性、光斑面积非常小的特点,采用了过渡单元建模及逐步加载和求解的措施.为了保证节点选取的精确程度,在加载过程中采用了余量控制法.仿真结果表明,模拟得到的焊缝形状与实际焊缝形状基本吻合;等温线呈椭圆形,在移动热源的前方等温线密集,温度梯度较大,热源后方的等温线较稀疏,温度梯度小;激光焊接时熔池表面附近的金属蒸气最高温度可达13 332℃.     

用于铝合金焊接数值模拟的高斯热源参数确定

高斯热源模型适用于焊接电弧冲击力较小的温度场数值模拟,如何有效确定高斯热源半径参数对于保证焊接模拟计算精度至关重要。在分析焊接瞬态温度场控制方程及边界条件的基础上,建立了2024铝合金焊接温度场有限元数值分析模型,选用高斯移动热源进行加载,计算与分析了高斯热源电弧有效加热半径对焊接温度场计算结果的影响,与红外线热成像仪实验得到的温度场结果进行对比并修正热源模型参数,确定了2024铝合金在给定焊接参数下的高斯热源有效加热半径值,为进一步准确、有效地研究焊接温度场、应力场分布规律提供参考数据。     

Nd:YAGCW激光热传导焊Ⅱ激光热传导焊临界功率的计算

激光热导焊是在一定的激光功率密度范围内实现的激光焊接模式，文中基于已验证过的激光热导焊温度场三维解析模型，来求解激光热导焊在一定焊接参数下所适用的激光功率范围，并讨论了激光热导焊的临界功率与焊接速度和离焦量之间的关系。最后对所求得的激光热导焊临界功率进行了试验验证，验证试验结果表明由温度场模型计算出来的功率范围与试验测量结果的误差在误差允许范围内。     

铝合金焊接热力耦合及凝固热裂纹敏感性分析

基于热传导方程及热弹性力学理论,建立了铝合金焊接热力耦合模型及有限元求解方法,利用红外线热成像仪实测温度场结果来修正高斯热源模型参数,确定了给定焊接参数的高斯热源模型。将温度场计算结果作为焊接热力计算的输入条件,得到焊接过程热冲击作用下的焊接结构应力应变场。通过计算分析,获得了给定焊接参数的铝合金结构在凝固裂纹敏感温度区间内的应力应变分布规律,并结合裂纹驱动力曲线,分析了不同焊接速度及电流下的凝固热裂纹倾向性。研究结论可以为进一步分析铝合金焊接热裂纹热力学特性提供参考。     

基于CuSi3焊丝的镀锌钢板激光钎焊温度场及接头组织分析

采用焊接试验与焊接数值仿真相结合的方法对镀锌钢板CuSi3焊丝激光钎焊焊接温度场进行研究,使用高斯面热源和旋转高斯体热模型构成的组合热源模型对温度场数值模型进行计算,根据试验和数值计算结果分析激光钎焊过程中焊接线能量对接头显微组织及温度场分布的影响规律。焊接接头母材区主要为尺寸均匀的细密等轴晶,而焊接热影响区主要为垂直于温度场等温线并朝向热源方向生长的柱状晶,柱状晶的宽度随着靠近热源在不断生长;随着焊接线能量的提升,焊接接头截面的钎缝深宽比也展现出增大的规律;表面焊缝中心温度场分布梯度较小,焊接线能量对焊缝中心峰值温度影响不大;焊缝边缘贴近母材区域温度在四种试验参数下均高于锌镀层沸点,从而导致焊接试件表面产生气孔。     

Nimonic263合金薄板激光焊热源模型及参数研究

热源模型及参数选取是激光焊接热过程模拟的关键。采用MSC. Marc软件,基于高斯面-圆柱体组合热源模型研究了热源功率分配比、模型参数对Nimonic263合金薄板激光焊熔池尺寸和温度场的影响,并结合焊接实验结果确定了最佳热源功率分配比和模型参数。结果表明:熔池上宽随面-体热源功率分配比增大而增大,随面热源半径增大而减小,熔池下宽随体热源半径增大而减小;熔深随面-体热源功率分配比增大而减小,当体热源深度大于板厚时,熔池均贯穿板厚;最高温度和热影响区范围均随面-体热源功率分配比的增加先增加后减小。当面-体热源功率分配比为3:7时,所得熔池尺寸与实际焊缝尺寸吻合良好,其结果优于面-双椭球体组合热源模型的计算结果。     

基于小孔形状的TCS不锈钢激光+GMAW-P复合焊热场模型

为合理描述激光能量在小孔内的分布特征,采用光线追踪法处理光线在小孔内的多次反射和孔壁的Fresnel吸收,对线热源小孔模型做出了改进.根据小孔形状尺寸的计算结果,确定激光焊体积热源的分布参数.将标定后的激光焊体积热源分布参数应用于激光+熔化极脉冲电弧(激光+GMAW-P)复合焊的组合式体积热源模型,对TCS不锈钢复合焊准稳态温度场进行了数值分析.开展了TCS不锈钢复合焊工艺实验,将复合焊焊缝形状尺寸的模拟结果与实测结果进行了对比,验证了所建立的复合焊热场模型.基于小孔形状的复合焊热场模型能较好地模拟TCS不锈钢复合焊温度分布与焊缝成形.利用该模型计算了不同工艺条件下TCS不锈钢焊接HAZ形状尺寸以及HAZ内不同位置处的热循环曲线,分析了TCS不锈钢复合焊的热循环特征,为接头组织与性能的预测分析奠定了基础.     

激光焊接圆锥体热源模型及参数研究

激光焊过程中包含了一系列复杂的物理、化学反应现象.为合理描述激光焊温度场,采用圆锥体热源模型,用有限元分析软件ANSYS对激光焊温度场进行计算模拟,得到相应的温度场分布及焊缝熔深、熔宽.计算结果表明,所用圆锥体热源模型能较好符合试验结果,有效反映实际激光焊过程.同时根据试验测得的焊缝形状,结合数值模拟,用反演方法给出了模型参数的计算公式.该公式可以实现一定焊接工艺条件下确定激光焊接圆锥体热源模型的参数,并方便进行激光焊温度场模拟和焊缝宽度的预测.     

Nd:YAGCW激光热传导焊Ⅰ.温度场三维解析计算

激光热导焊是激光焊接中一种重要的焊接模式 ,广泛应用于薄件的焊接中。焊接温度场以其为焊接过程最直接的外在表征而成为焊接过程研究的一种常用的研究手段。通过连续波激光热导焊温度场解析计算对激光热导焊进行了研究 ,建立了激光热导焊温度场的三维解析模型 ,并讨论了利用模型对焊缝熔合线进行计算。最后基于焊缝熔合线尺寸试验值和计算值的比较对温度场解析模型进行了验证 ,验证试验结果表明所建立的激光热导焊温度场三维解析模型能够较为准确地计算出焊缝熔合线的尺寸     

激光焊接热源和焊速对温度场影响的数值模拟

利用不同的工艺参数,进行A304不锈钢薄板激光对焊试验。建立了激光焊接的三维有限元模型,通过有限元方法,分析了热源模型和焊接速度对激光焊接过程中温度场和熔池形状的影响。结果显示,热源和焊速对温度场和熔池形状有很大影响,应用旋转高斯曲面热源模型得到的熔池形状与试验结果吻合良好。     

镁合金/不锈钢激光-TIG复合焊的数值分析

应用Nd：YAG激光-TIG（非熔化极氩弧焊）复合焊接技术对AZ31B镁合金板和304L不锈钢板进行异种材料对接焊.根据复合焊接的能量耦合机理,建立了基于双椭圆平面分布、双椭球体积分布和旋转-高斯体积分布相结合的复合焊接热源模型,利用有限元数值模拟,分析了复合焊接温度场及残余应力分布.结果表明,对异种材料而言,焊缝处温度场差别较大,且镁合金侧的残余应力较高.     

铝合金激光拼焊应力场数值模拟

利用有限元分析软件ANSYS模拟铝合金激光拼焊时应力场的变化.选取的热源模型为高斯热源,利用ANSYS软件的APDL语言编写程序实现移动热源的加载.在模拟中不但要考虑一般激光焊接中参数对应力场的影响,还要考虑铝合金激光拼焊的特性.结果表明,在焊缝区工件处于拉应力状态,远离焊缝逐渐过渡到压应力状态.当激光功率3000～4500 W、焊接速度2～4 m/min时,随着激光功率增大和焊接速度降低,焊缝附近的拉应力峰值及应力分布范围增大.     

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。     

复合铝合金薄壁管在高频感应焊中温度场的模拟

复合铝合金薄壁管高频感应焊接过程中,焊接温度是影响焊接质量的主要因素。采用有限元分析软件ANSYS模拟其温度场,考虑薄管一次焊透和热计算的边界条件,利用线热源模型加载计算,得出焊接过程的温度分布和热循环曲线,这为进一步分析焊接应力应变提供了相应的理论依据。     

不锈钢薄板激光对接焊有限元仿真分析

利用ANSYS软件热-结构耦合功能,对AISI202不锈钢薄板激光对接焊进行仿真分析.建立高斯热源模型.并通过APDL语言编写程序实现热源的移动加载,对焊接温度场进行动态模拟.最后进行残余应力场分析,得出残余应力的分布规律.试验测量结果与仿真结果对比表明,二者具有较好一致性.     

激光透射焊接聚碳酸酯温度场模拟与分析

以聚碳酸酯(PC)为研究对象,利用ANSYS的APDL语言构建了三维瞬态有限元模型,分别采用体热源模型和面热源模型研究了不同功率下的焊接温度场,得到了三维温度场分布,并将模拟结果进行对比。结果表明,面热源下温度场在两试件中呈对称分布,最高温度位置在焊缝中心;体热源时吸收试件热影响区大于透过试件的,最高温度位置在焊缝下方吸收试件中。应用半导体激光器进行了透射焊接试验,对试验结果和仿真模拟结果进行了对比与分析,体热源模型得到的焊缝热影响区形貌与试验热影响区形貌较为接近。并且采用体热源加载方式对w(炭黑)0.1%和w(炭黑)0.15%的温度场进行了研究,得出炭黑含量对焊缝形貌和最高温度以及其位置都有影响。