超声波塑料焊接温度场有限元数值模拟

超声波塑料焊接的温度场是研究其焊接机理的重要方面。但是由于超声波塑料焊接具有时间短、局部焊接区域封闭等特点,使得对焊接温度场的研究很困难。采用有限元的方法,对超声波塑料焊接过程中的温度场进行了数值模拟,并建立了具有高响应频率、实时测量、数据存储功能的先进测量系统。模拟结果和实际测量结果相近,说明有限元模型合理。     

NiTi形状记忆合金超声波焊接温度场数值计算与分析

NiTi形状记忆合金因具有优异的超弹性、形状记忆效应而被广泛应用。超声波焊接作为一种固相连接技术,在NiTi合金薄片材料的连接方面具有一定的优势,由于超声波焊接方法具有瞬时性且焊接过程十分复杂,所以难以通过试验观察的手段来研究其连接机理。针对NiTi形状记忆合金超声波焊接过程中温度难以监测的问题,采用ANSYS有限元分析软件建立NiTi合金的超声波焊接二维有限元分析模型,探究了超声波振幅对焊接温度场分布的影响规律,搭建热电偶测温平台采集焊接试验过程的温度数据对模型进行验证,结合数值模拟结果,分析了NiTi合金超声波焊接的连接机理。结果表明,焊接温度场与振幅呈正相关,在固定焊接条件下,振幅每增加5 μm,焊接最高温度约提高45℃。经试验测定,模拟结果与试验数据吻合较好,最高温度仅相差4℃,误差不超过最高温度的3%。将试验结果与模拟结果相结合,NiTi合金的超声波过程中铝没有熔化,接头为固相连接。     

基于HP VEE的超声波塑料焊接温度场检测系统

由于超声波塑料焊接具有升温速度快、局部生热、压力作用的特点使其温度场测量非常困难.文中采用基于HP VEE的温度场测量系统来测量超声波塑料焊接的温度场;并介绍了HP VEE的功能、该温度场测量系统的组成和采用该系统进行的超声波焊接PVC塑料的温度场检测试验.试验表明该系统能够高精度、快速、自动的检测超声波塑料焊接温度场.     

激光透射焊接技术在塑料离心风叶焊接中的应用

针对超声波焊接大直径曲面塑料离心风叶存在的若干问题,包括:焊接强度不均匀,焊接应力大等。引进激光透射焊接技术焊接塑料离心风叶,该技术能够较好地解决上述问题。首先,详细介绍了塑料离心风叶的结构和特点,分析超声波焊接存在问题的主要原因。其次,简单介绍激光透射焊接技术的原理,阐述激光透射焊接技术对于大直径曲面塑料离心风叶的优势。随后,介绍了研究开发的激光透射焊接装备,设计了焊接大直径曲面塑料离心风叶的专用夹具。最后,在自主研发的焊接装备上,进行ABS试验板焊接实验获取最优焊接参数,进而开展小批量离心风叶的焊接实验。实验结果表明:激光透射焊接技术相比超声波焊接技术焊接大直径曲面塑料离心风叶时具有焊接速度更快、强度更高的特点,焊接时间为42 s,单个叶片最小承受拉力为772 N;此外,激光透射焊接技术还避免了超声波焊接产生刺耳的噪声。由此可以证明,激光透射焊接技术在大直径曲面塑料离心风叶的焊接中存在巨大的市场推广价值和潜力。     

塑料超声波焊接技术研究

随着塑料材料的广泛应用,塑料超声波焊接技术快速发展,并在塑料焊接中表现优异.近年来,超声波焊接在塑料焊接行业中的应用越来越广,但焊接作业时即使准备充分,焊接不良的现象依然经常出现.因此,对塑料超声波焊接的影响参数进行了重点阐述,指出了未来塑料超声波焊接的发展趋势.     

超声波塑料焊接件连接形式的研究

通过对超声波塑料焊接的有限元和试验分析，指出了采用平板层叠焊接时产生应力集中的区域和产生原因，并提出了避免应力集中的措施。采用导能筋是一种比较好的解决办法。用PVC材料进行焊接试验，方差分析结果说明导能筋角度对焊接质量的影响显著，并找到了能够满足强度的焊接PVC材料时的合适的导能筋角度。     

超声波塑料焊接中的噪音与控制

根据多年的实际研究工作，对超声波塑料焊接过程中的噪音产生及控制进行了总结研究。超声波焊接通过高频机械振动来获得焊接过程，当声学系统或工件体系设计不合理时将会产生噪音。文中对防止和降低超声波塑料焊接中的噪音提出了合理的建议。     

塑料超声波焊接加工的工艺参数研究进展

超声波焊接技术在塑料行业中的运用越来越多,并且在塑料焊接中表现良好,但其对参数的控制要求也高于其他焊接技术。简述了塑料超声波焊接加工技术的发展,综述了各参数对焊接效果的影响,阐明了超声波焊接过程中的技术要求,并加以分析和展望,最后指出了目前塑料超声波焊接加工中存在的问题及未来的发展趋势。     

平板对接接头焊接变形的数值模拟与试验研究

为验证数值模拟方法在构件焊接变形预测应用中的可靠性,对某多层焊平板对接接头进行了数值模拟研究与试验验证。共进行了三组焊接试验,采用三维扫描仪对试验后的焊件进行测量,并分析其焊后的残余变形量。基于SYSWELD分析软件,应用热弹塑性有限元法对该平板接头进行了数值模拟。通过将数值模拟仿真结果与试验测量结果进行对比分析,证明了数值模拟方法在焊接变形预测中的可靠性。其中角变形误差为7.8%,横向收缩变形误差为23.3%,纵向收缩变形误差为15.2%。     

超声波塑焊在医疗器械与药包材中的应用

从超声波塑料焊接的原理与特点入手,结合血液分离器械和大输液产品中运用的实例对超声波塑料焊接的焊面设计进行了分析,其属一种较为先进的医用焊接方式。     

基于DEFORM的搅拌摩擦焊接过程数值模拟及流动分析

以塑性力学的基本理论为依据,通过Arbitrary Lagrangian-Eulerian（ALE）有限元方法,使用动态适应性网格建立焊接过程塑性金属流动有限元模型,利用金属塑性成形有限元软件Deform-3D模拟搅拌摩擦焊成形过程,得到了搅拌摩擦焊过程中的温度场分布以及焊缝区金属的流动。通过有限元模拟发现：焊接过程中由于搅拌针不断前进而在其后面形成空腔,搅拌摩擦焊的过程即为金属填充空腔的过程,FSW中常见的洋葱圆环结构就是涡旋状速度场造成的;通过模拟发现前进侧与返回侧的温度场关于焊缝分布不对称,呈倒三角形分布,且前进边温度低于返回侧,并因材料在不同温度下的剪切强度的差别而对焊缝流场产生影响,并与实际焊缝区形状相符;模拟采用点追踪技术结合嵌入性实验发现焊缝水平面内前进侧与返回侧塑性金属流动趋势不同,前进侧大量金属流向返回侧并在轴肩的下压力作用下向焊缝内部运动。     

垫板导热能力对钛合金薄板焊接残余应力的影响

针对钛合金TC4薄板钨极氩弧焊(GTAW)分别在试件背面衬以铜垫板与覆盖石棉的垫板两种情况下所焊的对接试件,采用切条应力释放法测量了其中纵向残余应力和纵向残余塑性应变的分布,比较研究了不同导热能力的垫板对钛合金薄板焊接残余应力及纵向残余塑性应变的影响。测量结果表明:钛合金GTAW焊接过程中垫板不仅提供了对焊缝背面的保护,也影响了焊接纵向残余应力与纵向残余塑性应变的分布与大小。不同导热能力的垫板控制应力与变形的效果不同。铜垫板控制应力与变形的效果好于覆盖石棉的垫板。     

铝/钢大功率超声波焊接过程模拟与试验验证

为了揭示大功率超声波焊接机理,以6061-T6铝合金和DC04低碳钢作为工件材料,建立了大功率超声波金属焊接的三维有限元热力耦合模型,模拟了焊接温度场以及工件塑性变形过程.模型中的焊接热源与超声功率有关;工件的超声软化与焊接振幅及频率相关.模拟结果表明:超声电功率转化为焊接热量的转化率呈指数上升,随后近似稳定;焊接区域...     

A study on heat-flow analysis of friction stir welding on a rotation affected zone

In recent years, as interest in environmental protection and energy conservation rose, technological development for lightweight efficiency of transport equipment, such as aircrafts, railcars, automobiles and vessels, have been briskly proceeding. This has led to an expansion of the application of lightweight alloys such as aluminum and magnesium. For the welding of these lightweight alloys, friction stir welding has been in development by many researchers. Heat-flow analysis of friction stir welding is one such research. The flow and energy equation is solved using the computational fluid dynamic commercial program ‘Fluent’. In this study, a rotation affected zone concept is imposed. The rotation affected zone is a constant volume. In this volume, flow is rotated the same as the tool rotation speed and so plastic dissipation occurs. Through this simulation, the temperature distribution results are calculated and the simulation results are compared with the experimental results.     

超声波塑料焊接温度场的有限元计算及检测

超声波塑料焊接具有瞬时、高压和多维的特点,其焊接熔化区域狭窄,瞬时温度场难以检测。文中对温度场进行了有限元计算,并用数字存储示波器记录了超声波塑料焊接温度场变化曲线,将二者结合起来定性分析了超声波塑料焊接温度场变化的趋势及产生变化的原因,证明压力的存在延缓了温度下降的幅度,要使焊接熔化区充分结合,可以加大压力和保持时间。     

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。     

一种基于蒙特卡罗技术的晶粒生长计算机模拟方法

将蒙特卡罗(MC技术引入到晶粒生长模拟中,结合焊接工艺试验和热模拟试验,模拟了单相合金焊接热影响区(HAZ)晶粒生长过程。首先应用实验和统计学的方法确定了材料晶粒生长的动力学模型,然后计算了焊接热循环,同时基于蒙特卡罗技术编制了模拟程序。最后在不同焊接热输入情况下,模拟了晶粒生长过程。模拟结果动态演示了晶粒生长过程,并且体现了焊接热钉扎效应。模拟得出数据与试验结果非常接近,为评定焊接工艺和材料可焊性提供了依据。     

焊接工艺参数对温度场影响的试验与数值模拟研究

针对焊接电流、焊接速度、焊板间隙以及焊枪偏离焊缝中心的偏心值4个焊接工艺参数进行了TIG焊接试验和数值模拟研究。为减少试验次数，采用了正交设计方案。利用红外测温仪测量和记录了焊件正面上某些点的热循环曲线，然后采用有限元法进行三维焊接温度场的数值模拟，并同试验值进行了比较，二者基本吻合，表明数值计算模型的有效性；以此数值和试验结果为基础，结合正交试验理论，分析了上述4个工艺参数对温度场(以某点热循环中的峰值温度为代表)的影响顺序，表明偏心值对焊接温度场的影响很大，而这一点是以往的温度场数值仿真研究中所忽视的，需要引起足够的重视。