2219铝合金激光电弧复合焊接及其温度场的模拟

研究了在激光电弧复合焊接条件下,2219铝合金的焊接工艺参数及其温度场的变化。通过调节激光功率、焊接速度等,得到了最佳焊接工艺参数;利用ANSYS有限元软件,采用均匀分布的高斯分布热源、柱体热源与椭球热源模型相叠加的组合热源模型,对6 mm厚2219铝合金的激光-MIG复合焊接温度场进行了数值模拟。实验所得焊缝接头平均抗拉强度为155 MP,达到铝母材的51%;且数值模拟结果与焊缝截面尺寸基本一致,表明了所选热源模型可适用于2219铝合金激光-MIG复合焊接温度场的数值模拟。该研究为铝合金的激光-MIG复合焊接的工艺研究以及数值模拟提供了有益的参考。     

焊接数值模拟中分段移动热源模型的建立及应用

针对焊接过程数值模拟计算效率低的难题，通过分析焊接热源的特点,在移动高斯热源的基础上，提出分段移动热源模型。该模型从宏观上体现焊接热源移动的特点，减少描述热源逐点移动所需的计算量，从而大幅度提高计算效率。经验证，该方法可在保持精度的同时大幅度地缩短计算时间，从而使实际构件工艺的模拟、优化成为可行。利用该模型分析了不同切割顺序对桥式起重机腹板变形的影响，并进行了实际测量。实际测量结果与数值模拟结果相当吻合。     

镁合金激光-TIG复合热源焊接热源模型的建立及其数值模拟

根据YAG激光-TIG复合热源焊接的物理特征,建立了基于旋转高斯体热源与高斯面热源相结合的新型复合热源焊接模型。该模型的建立并非简单的热源叠加,而要考虑材料本身特性与复合焊接特点。在此基础上,针对镁合金AZ31B进行了复合热源焊接温度场、焊缝断面形状的数值模拟,提出了热源模型建立过程中的参数修改建议。与实测结果比较表明建立在双热源基础上的复合热源模型能准确地模拟镁合金的复合焊接过程;数值模拟结果验证了镁合金复合热源焊接高速、能量增强和热影响区窄的特点。     

串热源模型及1200 t桥式起重机主梁腹板装焊过程的数值模拟

在高斯热源的基础上，通过分析焊接热源的特点，根据热输入相当提出带状热源模型，与点热源结合，进一步提出串热源模型。实践证明，该模型在结构件焊接过程的数值模拟中可大大提高计算效率，并保持相当的精度，而且建模灵活、方便，特别是对于大网格具有高斯热源不可替代的收敛性。采用该热源模型，在商用软件的基础上，进行了三峡1200t桥式起重机腹板与T形钢焊接过程的数值模拟，得到与现场测量相当吻合的结果。     

热源模型参数对管道焊接的影响研究

基于热弹塑性有限元法,采用轴对称模型对管道焊接工艺进行模拟分析,探讨了热源模型参数分别在固定温度峰值和线能量条件下对焊接残余应力的影响,并对固定温度峰值条件下的焊缝熔融区和热影响区尺寸与热源模型参数的关系进行了分析。结果表明：保持一定温度峰值条件下,设定不同热源模型参数,残余应力值变化显著;采用固定线能量的方法进行焊接模拟时,焊接残余应力对热源模型参数的改变不敏感;在材料属性、模型一定的条件下,热影响区尺寸的改变量与热源模型参数设定值存在一定的关系,但是两者并不相等。     

一种应用于大直径药芯焊丝堆焊的热源模型

为准确地模拟出大直径药芯焊丝堆焊时的焊缝形状,提出了一种新的旋转叠加高斯曲面体串热源模型。分别建立经典的高斯热源模型和新的热源模型,利用高级编程语言C#在visual studio 2010平台上进行解析法计算,得到试件温度场分布和焊缝横截面轮廓,并进行试验验证。结果表明,与经典高斯热源模型相比,使用新模型可以更准确地模拟焊接温度场;同时,通过分析两种热源模型模拟结果,可以了解新热源模型与高斯热源模型的不同特点,为正确选择热源模型、进行高效数值模拟提供依据。     

大型复杂框架结构焊接变形与应力控制仿真

针对大型复杂结构件有限元计算效率低下的问题,提出了分段移动温控体热源高效算法,并将该算法应用于挖掘机中框架非连续焊的分层逐项优化中,对分段移动温控体热源模型和逐点移动双椭球热源模型的计算效率进行了对比。结果表明,取对称焊与跳焊相结合的焊接方式所得到的焊接残余应力和角变形量最小,左右两侧立板处焊接残余应力峰值相较于原工艺方案,降幅率分别为38.46%和42.13%,降低效果显著;分段移动温控体热源模型与逐点移动双椭球热源模型模拟结果相比,两者得到的变形量变化趋势一致,计算精度相当,但前者计算效率显著要高。将模拟结果与测量结果进行对比,两者高度一致,验证了热源模型及优化工艺的准确性。     

铝合金LB-VPPA复合焊接热源模型

激光-变极性等离子弧(Laser beam-variable polarity plasma arc,LB-VPPA)属双高能束新型复合焊接热源。采用Y4-S2型高速摄像检测了LB-VPPA复合焊接热源形态,在理论分析复合热源产热机理的基础上,利用Fortran语言对SYSWELD软件热源模型进行二次开发,建立能够实现正、反极性循环加载的LB-VPPA复合焊接热源模型。经与实际焊接熔池形状对比研究发现,熔池上部采用双椭球体热源,下部采用三维锥体热源,同时在小孔根部植入圆柱体热源的组合式热源模型与实际LB-VPPA复合焊接热源吻合。从模拟6 mm厚7A52铝合金板的VPPA焊和LB-VPPA复合焊接温度场分布结果发现,LB-VPPA复合焊能量更为集中,可以在平焊位置下实现穿孔型焊接。经实际焊接工艺试验验证了上述模拟结果的准确性。因此建立精确的LB-VPPA复合焊接热源模型对开展厚板铝合金LB-VPPA复合高效焊接提供强有力的理论支持。     

水火弯板温度场理论分析和数值模拟

水火弯板工艺是船体外板弯曲的一项关键的流程,前人对钢板的温度场已进行过相关的研究。高斯热源热流密度模型被广泛用于水火弯板的温度场的分析,其参数的选取和定义,是水火弯板数值模拟中一个关键问题。本文采用高斯热源热流密度模型对水火弯板中的气体火焰热源和钢板的温度场展开了研究,并提出了高斯热源热流密度模型的不足和改进方法。     

双丝焊热源模型

利用经典的双椭球形热源模型进行双丝焊温度场的计算,模拟结果与测量结果的对比表明此模型应用在双丝焊温度场的数值模拟中存在很大误差。通过对双丝焊电弧形态及熔滴过渡路径进行分析,发现双丝焊时前丝和后丝的电弧均向两丝中间偏转,利用此现象解释了模拟结果误差产生的原因。并以此为基础,对双椭球形热源模型进行修正,提出了双丝焊的热源模型,利用提出的模型进行计算得到的结果和测量结果吻合良好。     

焊接过程数值模拟热源模型的研究进展

焊接数值模拟是当今材料加工领域的一个研究热点,并得到了越来越广泛的应用,本文介绍了焊接过程数值模拟热源加载模式的研究进展。高斯分布函数、半球能量密度分布函数、椭球、双椭球能量密度分布函数常应用在焊接过程数值模拟中,但计算量大,为了简化计算,开始采用分段移动高斯热源模型,高斯串热源,分段移动双椭球模型,在保证精度的情况下,提高了计算效率,应用生死单元技术可以处理复杂焊接模拟的热输入问题。     

Hybrid heat source model designing and parameter prediction on tandem submerged arc welding

In submerged arc welding simulation, the heat source parameters are always decided by experience, and it usually leads to a high simulation error. This work is aimed to develop a methodology for the estimation of the heat source in submerged arc welding. A hybrid heat source model was applied on submerged arc welding simulation. The new heat source model was combined by a surface heat source model and the double ellipsoid heat source model. The surface heat source model was designed based on the Gaussian heat source model. The width and penetration of the weld pool were simulated and compared with the measurement results, and the width at 2?mm depth from the top surface was also considered to describe the shape of the weld pool more accurately. In order to reduce the simulation complexity, the sensitivity of heat source parameters was discussed. The heat source parameter corresponding to different experimental processes was obtained by modified pattern search method. The artificial neural network algorithm and the support vector machine algorithm were applied to predict the relationship between all possible process and the heat source parameters. The validation experiment showed that the prediction model was accurate.     

热-冶金相互作用下焊接温度场的三维动态有限元模拟

焊件在快速加热和冷却过程中温度场的正确描述是焊后接头力学性能分析的前提条件。材料物理性能参数的非线性以及冷却过程中伴随相变产生的相变潜热均会影响温度场的分布。焊接温度场的准确计算必须建立起准确的热传递和相变计算的数学模型以及符合焊接生产实际的物理模型。文中采用Goldak热源分布模型,其表面上热量是按高斯分布的函数,内部是双椭球函数来表示其分布,并应用SYSWELD软件的校正工具根据具体的焊接工艺和条件对热源进行校正;考虑了各相的热物理性能参数及相变潜热与温度的非线性关系,建立了焊接过程的数学模型和物理模型,实现了热-冶金的耦合分析计算,并以低合金结构钢的堆焊为例,对其温度场进行了三维动态模拟。     

电子束焊接数值模拟中分段移动双椭球热源模型的建立

直接利用移动双椭球热源模型对电子束焊接过程进行数值模拟时,计算量庞大,计算效率低下。为此,在移动双椭球焊接热源模型的基础上,经分析推导得到了分段移动双椭球热源数学模型,并通过实际的物理试验和数值模拟对该模型进行了验证。结果表明,采用该热源模型可以在保持良好计算精度的基础上极大提高计算效率,使模拟实际复杂焊接构件的焊接过程成为可能。     

Face milling for hypoid internal bevel gear using new type of tilt milling machine

An hourglass-like heat source model is developed to simulate the geometry of weld beads of laser beam welding. The welding experiments with different welding parameters were carried out to find whether the welds are full-penetrated or not. The laser powers ranged between 1.0 and 5.0 kW with steps of 1.0 kW. Five levels of the welding speed were used: 1.0, 2.0, 3.0, 4.0, and 5.0 m/min. The numerical analysis based on finite element method was used to predict the shape of weld pools during welding. To give a better representation of weld bead, an hourglass-like heat source model is developed to describe the unique shape of 1060 steel weld bead for laser beam welding without filler metal instead of the commonly used conical heat source. Comparing the predicted fusion profile with the experimental cross section of weld, it is found that hourglass-like heat source model is more consistent with the experimental results than the conical heat source for 1060 steel. In addition, the best heat source parameters are obtained by an error analysis. Compared to the experimental results, the simulated results for the welds using Power = 4000 W and Speed = 2.0 m/s and 5000 W and 2.0 m/s match the experimental results well.     

分体式捣镐的焊接有限元模拟

介绍了铁路捣固车的工作原理、捣镐的失效形式以及国内外捣镐的特点和使用寿命。选择分体式捣镐为研究对象,运用ANSYS对捣镐的焊接过程进行模拟。采用高斯热源模型进行了焊接温度场数值模拟,通过ANSYS的APDL命令流、动态填充热流密度表,方便地实现了移动热源的加载,得到了焊接温度场和残余应力场分布数据,较好地模拟了实际焊接过程。仿真结果符合已有的焊接过程残余应力产生理论,验证了仿真过程的正确性。