铝合金T型接头激光+GMAW复合焊残余应力数值分析

目的 研究激光+GMAW复合焊中不同激光功率参数对铝合金T型接头残余应力的影响,从而提高焊接性能。方法 分别考虑了热弹塑性理论、传热学以及T型接头几何特性,建立了铝合金T型接头激光+电弧复合焊残余应力的数值分析模型。采用双椭球体热源模型表征电弧热输入与熔滴晗,采用锥体热源模型对激光深熔焊进行描述。基于所建立的T型接头模型,使用ANSYS有限元软件对12 mm厚铝合金激光+ GMAW焊T型接头残余应力进行模拟计算,并研究其分布特征;使用X射线衍射法对T型接头处的残余应力进行测量从而对所建模型的准确性进行验证。同时,对比了不同激光功率下铝合金T型接头对残余应力的影响规律。结果 当激光功率分别为2、3、4、5 kW时,铝合金T型接头路径L3上的纵向残余应力最大值分别为270、263、258、251 MPa,米塞斯-等效应力最大值分别为265、261、257、250 MPa。结论 后焊的焊缝A对焊缝B有明显的热处理作用,使应力明显降低;在T型接头焊缝及近缝区,横向残余应力和厚度方向残余应力峰值均比纵向残余应力峰值小,且随着激光功率的增大,焊缝及近缝区拉应力峰值不断减小。     

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。     

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...     

热等静压工艺对铝合金激光焊接T型接头组织及缺陷的影响

以3.3mm厚6A02铝合金板材为试验材料,对热等静压处理前后铝合金激光焊接T型接头的组织及气孔缺陷进行了分析。结果表明:热等静压前6A02铝合金板母材显微组织为Mg2Si等强化相固溶于α(Al)基体中,焊缝显微组织为树枝晶,存在明显的气孔缺陷;合理地选择热等静压工艺,可有效消除接头的焊后气孔缺陷,并提高母材的显微硬度,降低焊缝中心的显微硬度;而过高的热等静压压力和温度会使接头出现过烧组织,大幅度降低其显微硬度。     

焊趾TIG重熔对钛合金T型接头疲劳性能影响

研究了焊趾TIG重熔对钛合金T型接头疲劳性能的影响,结果表明,经过焊趾TIG重熔和喷淋激冷处理后,焊趾部位残余应力可降低32%;在2×10~5疲劳次数循环基数下,焊趾重熔+喷淋激冷处理后接头疲劳强度可提高4倍;在260 MPa应力值水平下,焊趾重熔+喷淋激冷处理后,接头疲劳寿命提高3.3倍;焊趾重熔+喷淋激冷处理并进行超声波冲击消应力后,接头疲劳寿命提高9.9倍,疲劳性能明显优于采用两种方法单独进行处理时的接头疲劳性能。     

拉伸状态下碳纤维复合材料T型接头的断裂行为

建立了碳纤维复合材料T型接头数值模型,模拟了其在拉伸载荷下的损伤产生、扩展及失效过程,并对碳纤维复合材料T型接头试件进行了静态拉伸试验。结果表明,接头的初始损伤载荷为9.8~12.0 kN,损伤发生后接头的载荷值发生突降（降低约27%~38%）,此时接头仍具有一定承载能力;试件完全脱胶载荷较初始损伤载荷略有降低（载荷范围为8.0~8.6 kN）。数值计算和试验结果吻合,结果均显示填料区是碳纤维复合材料T型接头最薄弱的部位,易发生破坏;填料区破坏后裂纹迅速向填料区周围的胶层扩展,导致胶层的剥离,这是导致碳纤维复合材料T型接头失效的最主要原因。     

T型接头搅拌摩擦焊接的研究进展

T型接头是满足轻量化需求的关键结构之一,但传统熔化焊在T型构件焊接方面并无优势。作为一种固相焊接技术,搅拌摩擦焊采用特殊的焊接夹具,对中、薄板T型构件实行单面焊三面成型技术,显著降低焊接热输入、减少焊接变形,因此T型接头搅拌摩擦焊可能是一种极具发展前景的工艺方法。从搅拌摩擦焊接T型接头(FSW-T)的焊接工艺、焊接缺陷、显微硬度、力学性能与数值模拟方面概述了国内外研究现状,揭示了FSW-T焊接领域尚需解决的关键科学问题,对该领域未来的研究方向提出了展望。     

卷边接头激光钎焊复合热场模型的数值计算

为了研究卷边接头激光钎焊热现象,进行了母材为镀锌板,CuSi3作为钎料的激光钎焊实验.基于激光钎焊原理和卷边接头焊缝成型特点,通过有限元分析法对激光钎焊温度场进行了数值模拟,采用高斯双椭球复合热源模型模拟了钎料融化铺展流动的传热行为,模型考虑了材料热物理属性随温度变化的问题以及相变潜热、辐射和对流对传热的影响,对不同激光钎焊工艺参数下的温度场进行计算,结果表明:当激光功率为1200W,焊接速度为1.5 m/min,离焦量为30 mm时,卷边接头的峰值温度和温度梯度较低,对于获得成形质量良好的钎焊接头更为有利.     

S355J2W+N钢激光-MAG复合焊与MAG焊对比

利用激光-MAG复合焊和MAG焊进行了厚板S355J2W+N低碳钢的焊接实验,分析了两种焊接方法接头的微观组织和力学性能.结果表明:复合焊和MAG焊焊缝接头均由焊缝区、过热区、重结晶区和不完全重结晶区构成,复合焊接头截面呈“高脚杯”状特点,焊缝填充量和热影响区宽度较MAG焊明显减小.复合焊由于冷却速率快,过热区魏氏组织略有增多,硬度高于MAG焊,抗拉强度和弯曲性能与MAG焊相比,无显著差异,均能够满足生产标准的要求.     

高速列车用铝合金型材激光-MIG复合焊工艺特性和接头性能

激光-MIG复合焊是实现高速列车铝合金车体优质、高效、低成本焊接制造的理想技术。针对高速列车铝合金车体用的3 mm厚6A01-T5铝合金型材,开展激光-MIG复合焊工艺试验,研究工艺参数对焊缝成形及气孔缺陷的影响规律,分析接头的组织特征、硬度分布、拉伸及疲劳性能。结果表明:在满足焊缝熔透条件下,较小的激光功率、较小的电弧电流或较低的焊接速度有益于减少气孔缺陷;接头组织从焊缝中心到母材依次是等轴晶区、柱状晶区、半熔化区、过时效区和母材区,相比电弧主要作用区,激光主要作用区的等轴晶尺寸更小且半熔化区宽度更窄。接头存在软化现象,焊缝区硬度最低,热影响区宽度约1.5 mm;接头的平均抗拉强度达197.5 MPa,为母材抗拉强度的80.6%,试样断裂于焊缝区,表现为明显的韧性断裂特征;接头的疲劳强度为93.5 MPa,裂纹萌生于焊缝表面的组织疏松处,裂纹扩展区断口呈现明显的韧性断裂和脆性断裂的混合断裂特征。     

等离子弧焊接熔池和小孔形成过程数值分析

目的 研究等离子弧焊接穿孔过程中熔池内部的金属流动情况和小孔动态变化过程。方法 通过“传热-熔池流动-小孔”之间的相互耦合关系,建立了等离子弧焊接穿孔过程的数值分析模型,通过VOF方法追踪了小孔界面,采用FLOW-3D软件模拟了等离子弧焊接熔池和小孔的形成过程,定量计算了等离子弧焊接温度场、熔池流场及小孔形状;分析了等离子弧焊接熔池和小孔行为;并通过等离子弧焊接实验数据验证了模拟结果。结果 当焊接时间为0~1.0 s时,小孔深度曲线与熔深曲线几乎相同,小孔底部紧贴熔池底部;在2.8 s以后,小孔深度曲线与熔深曲线有一定距离,小孔深度曲线在一定范围内波动,等离子弧焊接电弧挖掘作用到达极限,电弧压力与其他力达到平衡状态。模拟的焊缝熔深为8.04 mm、熔宽为13.20 mm,实验测得的焊缝熔深为8.00 mm、熔宽为13.42 mm。结论 构建的随小孔动态变化的曲面热源模型和电弧压力模型可以描述等离子弧焊接过程中的电弧热-力分布;模拟出了等离子弧焊接熔池和小孔动态演变过程;模拟得到的等离子弧焊接焊缝形貌与实验测得的焊缝形貌基本吻合。     

磁场辅助电弧焊接旋转等离子体行为的数值模拟

目的 研究外加纵向磁场对倾斜电极TIG焊接的电弧温度分布、流动模式和工件所受热力作用的影响.方法 建立磁场-电弧复合焊接热、电、磁、流动的三维数学模型.通过数值模拟和高速摄像实验,揭示倾斜电极电弧在外加磁场作用下的流动、形貌及温度演化机制.结果 外加纵向磁场后,电弧流动速度明显增加,流动模式由沿电极方向喷射变为近似沿竖直方向旋转向下的流动模式;电弧对工件的热作用均匀性提高,热作用中心向电极正下方靠近,但在焊接横向方向上存在偏离;工件受到表面的电弧旋转拖拽力和内部的旋转洛伦兹力作用,最大洛伦兹力可达50000 N/m3.结论 基于所建立数学模型的模拟结果与实验电弧形貌吻合良好,结果表明,外加纵向磁场能够显著改变电弧的形态及流动模式,提高电弧热流密度的均匀性,并能够对熔池产生有效的搅拌作用.     

铝合金激光焊与复合焊焊缝气孔形成机理研究

利用金相显微镜、扫描电镜观察6009-T6铝合金激光焊和激光-电弧复合焊焊缝中气孔的分布情况及形貌,结合焊缝气孔内壁EDS点扫描分析,并通过图形计算软件计算出焊缝区气孔率。结果表明,相比激光焊,激光-电弧复合焊焊缝中的气孔大小及气孔率显著降低;激光焊焊缝中气孔比较大、形状不规则,而复合焊气孔是比较小的椭球形;进一步分析表明,激光焊主要以工艺类气孔为主,其根本原因是匙孔的失稳;激光-电弧复合焊接以冶金类气孔为主,主要与氢在熔池的析出和氧化物的存在有关;激光焊焊缝气孔内的Mg含量高于焊缝区,而激光-电弧复合焊时焊缝气孔内的Mg含量和焊缝区几乎一样。     

高强钢激光电弧复合焊接温度场的数值模拟与试验研究

目的 对厚度为12 mm的HG785D高强钢进行复合焊接,获取最佳焊接工艺参数,建立适用于激光-MIG(Metal Inert Gas Welding)复合焊接的热源模型.方法 采用激光-MIG复合焊接方法进行焊接试验,建立适用于HG785D高强钢激光-MIG复合焊接的"高斯锥形体+均匀锥形体+高斯柱形体"复合热源模型...     

TC4钛合金激光焊接应力变形有限元分析

基于ANSYS有限元分析软件,采用三维移动热源,对TC4钛合金激光焊接残余应力和变形进行了数值模拟和实验研究.结果表明:钛合金激光焊接产生很大的纵向残余应力,而横向残余应力较小.激光焊接线能量增加时,纵向残余应力拉伸区域变宽,峰值应力降低;而横向残余应力随线能量的增加而升高.在临界焊透规范以上焊接时,随焊接线能量的增大,角变形随之而减小,而横向收缩变形增大.焊件被完全穿透时,线能量对角变形的影响作用降低.钛合金激光焊接变形和残余应力实验结果与数值计算结果吻合性较好.通过焊缝金相实验分析了焊接残余应力和变形与线能量的内在关系.     

921A舰船钢激光–MAG复合焊接过程数值模拟分析

目的 对厚度为16 mm的921A舰船钢进行激光–MAG复合焊接,得到最佳工艺参数,从数值模拟的角度验证焊接工艺的可靠性。方法 利用SYSWELD+Visual–Environment软件对激光–MAG复合焊接过程进行数值模拟,选用3D高斯热源与双椭球热源相结合的复合热源模型对激光–MAG复合焊接过程进行仿真,绘制不同时刻及不同焊缝区域的时间–温度曲线,采用热弹塑性有限元法对应力变形场进行仿真计算。结果双椭球热源模型与3D高斯热源模型相结合的复合热源模型能够获得较为理想、接近真实热源形貌的热源形态;焊缝区域的焊接热源在行进过程中温度稳定,模拟热源温度可达3 200℃,具有典型的焊接热循环曲线特征,且距离焊缝越远,升温速率和冷却速率越慢;焊接残余应力主要集中在焊缝处,约为440 MPa,且焊缝两端的结合部位具有较高的残余应力。结论 复合热源模型适用于16 mm厚的921A钢激光–MAG复合焊接数值模拟,焊后板材的残余应力低于材料的屈服强度,冷却后板材的变形程度较小,最大变形量为1.13 mm,表明激光–MAG复合焊接方法及工艺适用于16 mm厚921A钢的焊接。     

低强匹配对接接头焊接残余应力的数值模拟分析

本文采用数值模拟方法,分析了低强匹配对接接头2种拘束条件、5种屈服强度匹配系数的焊接残余应力。结果表明,低强匹配接头焊根处的三向残余拉应力较小,对静载强度影响不大;焊趾处的三向残余拉应力较大,对疲劳强度和冷裂倾向有不利影响。自由状态的纵向残余应力和两端约束状态的横向残余应力,焊缝金属屈服强度每降低25MPa,其残余应力减少约11MPa。