316L不锈钢等离子弧焊接工艺研究

针对12 mm厚316L不锈钢对接接头进行等离子弧焊接(PAW)工艺试验,确定了等离子弧焊接参数。试验表明,316L不锈钢等离子弧焊接接头常规力学性能、弯曲工艺性能及晶间腐蚀试验符合相关标准要求。该工艺成功应用于某厂废水汽提塔项目,效果良好。     

Alloy 20不锈钢薄板等离子弧焊接工艺研究

对Alloy 20不锈钢薄板进行了等离子弧焊接工艺试验研究。结果表明,采用等离子弧焊接方法、ERCr Ni Mo-3焊材及合理的焊接工艺参数,等离子弧焊接工艺可用于Alloy 20不锈钢薄板的焊接,焊接接头各项性能均能满足要求。     

新型微束等离子弧焊接电源的研制

鉴于高频电弧具有较强的自收缩作用及较好的电弧稳定性的特点 ,研制了调制型脉冲微束等离子弧电源 .本电源可通过对高频电流的低频脉冲调制调节电弧对焊缝的热输入 ,同时具有电弧能量密度大、主弧空载电压低及起始电流递增和熄弧电流递减等功能 ,适用于铜、钛、不锈钢等金属薄件、微细件的焊接 .     

变极性等离子弧穿孔熔池受力及焊缝成形稳定性

通过YB005-01型压力变送器测定相同参数条件下正极性等离子电弧力大于反极性等离子电弧力,并建立了铝合金VPPA焊接穿孔熔池受力模型,分析了在不对称正、反极性等离子电弧力的作用下,穿孔溶池稳定性及其焊缝成形机理.同时进一步分析铝合金VPPA力学特性,掌握了焊接电流和离子气流量等重要焊接参数对其影响.经穿孔焊工艺实验,...     

基于ANSYS的TA2板材等离子弧焊接有限元分析

采用ANSYS有限元软件模拟了4 mm厚TA2板材等离子弧焊接过程,计算分析了焊接过程中瞬态温度场分布特征,并在温度场的基础上采用热-应力耦合方法计算分析了TA2等离子弧焊接头应力场分布和焊件的变形特征。结果表明,接头焊缝形貌与实际焊接过程基本吻合,温度场分布呈椭圆形特征,并且在近焊缝处具有较高的温度梯度;焊件中应力呈现拉应力和压应力共存,在焊接过程的瞬态应力场中,热应力为主要因素,而在残余应力分布中,塑变应力为主要因素;焊接完成后的变形呈现角变形特征,最大变形量2.3 mm。     

电子束焊接熔池周期性波动的数值模拟

为了更深入地探究电子束焊接过程中的机理问题,利用数值软件Fluent,对10mm厚的2219铝合金电子束焊接熔池进行三维瞬态模拟。分析电子束焊接进入准稳态后熔池中涡流的变化规律和产生原因,并结合电子束与匙孔壁面相互作用进行讨论。结果表明:电子束焊接进入准稳态后熔池呈周期性波动;根据液态金属流动情况可将焊接熔池分为3个区域,区域Ⅰ中的液态金属维持了熔池体积的稳定,区域Ⅱ中的涡流起到扩大熔池表面的作用,区域Ⅲ中的涡流促使匙孔坍塌;通过对电子束与匙孔壁面的耦合分析可知,电子束在匙孔壁面上并不是均匀分布的,这造成了匙孔底部具有一定的滞后性。     

焊接数值模拟中热源的选用原则

热源模型是焊接过程数值模拟的基础,其选择直接影响模拟结果的准确性。综述了焊接数值模拟热源模型的研究进展,着重分析了Rosenthal-Rykalin热源、平面高斯热源、双椭圆热源、均匀体热源、半球状热源、旋转高斯体热源、双椭球热源和组合热源的应用现状,最后总结了热源模型的选用原则。最后指出,建立更精确的三维热源模型,从而分析焊接熔池的熔化与凝固过程,已成为焊接数值模拟热源模型的发展方向。     

钨极氩弧点焊熔池中流体流动及传热过程的数值模拟

本文建立了一个描述钨极氩弧点焊熔池中流体动力学状态及传热过程的数值分析模型。该模型考虑到了熔池传热过程的瞬时特点、熔池界面的移动以及电磁力、自然对流和表面张力梯度的综合影响;揭示了熔池内部电磁力场、流场和温度场相互作用的规律;采用了流函数—涡度法以及全隐式差分格式。根据该模型得出的数值分析结果与实验值吻合程度良好。     

TIG焊接熔池表面变形对流场与热场的影响

利用流体力学理论和变分法原理,根据熔池本身重力、电弧压力和表面张力之间的动态平衡,推导出了 TIG 焊接熔池表面变形的计算公式。建立了熔池表面存在变形的流场与热场的数学模型。采用 SIMPLER 方法对不锈钢试件焊接熔池内的流场与热场进行了数值分析。焊接工艺试验表明,该模型计算的熔池成形与实验值吻合良好。     

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.     

铝合金等离子弧焊穿孔熔池正面图象检测与处理

研制了一套窄带复合滤光图象传感系统，从铝合金等离子弧焊焊接工件正面检测到部分小孔溶池的清晰图象，采用Ｇａｕｓｓ滤波，Ｐｒｅｗｉｔ边缘检测和图象错位边缘检测等方法确提取了可视小花熔池的小孔宽度和面积等几何信息。     

Numerical Simulation of Current Density Distribution in Keyhole Double-Sided Arc Welding

In the double-sided arc welding system (DSAW) composing of PAW+TIG arcs, the PAW arc is guided by the TIG arc so that the current mostly flows through the direction of the workpiece thickness and the penetration is greatly improved. To analyze the current density distribution in DSAW is beneficial to understanding of this process. Considering all kinds of dynamic factors acting on the weldpool, this paper discusses firstly the surface deformation of the weldpool and the keyhole formation in PAW+TIG DSAW process on the basis of the magnetohydrodynamic theory and variation principles. Hence, a model of the current density distribution is developed. Through numerical simulation, the current density distribution in PAW+TIG DSAW process is quantitatively analyzed. It shows that the minimal radius of keyhole formed in PAW+TIG DSAW process is 0.5 mm and 89.5 percent of current flows through the keyhole.     

焊接熔池组织模拟的GBE模型

介绍了焊接熔池组织模拟的GBE模型。此模型是通过计算相邻晶粒间晶界的位置变化来模拟晶粒的生长，为焊接熔池组织的模拟提供了新思路。重点介绍了模型假设和模型的实现，并对此模型进行了评述，提出了模型的发展方向。     

基于ANSYS 的D500 钢激光焊接温度场数值模拟

目的研究D500钢激光焊接温度场的变化。方法运用ANSYS有限元分析软件,以5 mm厚D500钢为研究对象,采用均匀分布的柱体热源与椭球热源组合的方法,建立了激光焊接热源模型。对D500钢激光焊接温度场进行了模拟计算,并与实验所得焊缝形状及尺寸进行了比较分析。结果结果表明,数值模拟所得焊缝截面尺寸与实验结果一致性达到95%以上。结论验证了柱体热源与椭球热源的组合热源模型在D500钢激光深熔焊接温度场模拟中的适用性,从而为不同焊接工艺条件下D500钢激光焊接焊缝形状和尺寸的预测,提供了一种有效的途径。     

T型接头旋转激光+GMAW复合焊熔池动态行为数值分析模型

目的 研究T型接头旋转光纤激光+GMAW复合焊熔池的温度场和流态特征,揭示气孔缺陷的产生及抑制机理。方法 依据光学、电磁学、传热学及流体动力学机理,建立T型接头旋转光纤激光+GMAW复合焊熔池数值分析模型。使用Fluent软件对旋转频率分别为50 Hz和100 Hz的T型接头旋转激光+GMAW复合焊进行温度场以及流态特征的模拟,对比不同频率下T型接头横、纵截面,从工艺和焊缝成形角度出发,针对不同频率对熔池、小孔成形以及气孔抑制的影响进行讨论。结果 当旋转频率为50 Hz时,纵截面内小孔最大深度为5.4 mm,横截面熔池内小孔开口直径相对较大,旋转一周后,小孔远离气泡,气泡无法逸出,形成气孔;当旋转频率为100 Hz时,纵截面内小孔深度显著降低,熔池体积明显减小,横截面内小孔最大开口直径和深度均降低,熔池尺寸也有所减小,在时间为0.097 s时,小孔上方区域出现的顺时针涡流不仅能抑制气孔,还能改善熔池的下垂以及立板焊趾处的咬边。结论 随着旋转频率的增大,小孔的最大开口直径和深度均降低,还对熔池具有搅拌作用,使熔池体积变小。     

直流非转移弧等离子喷枪中电弧的工作特性研究

利用计算机数值模拟技术，采用有限容积方法，针对自制的低能耗、高效率内送粉等离子喷涂设备，对喷枪内部电弧长度及其对流体特性的影响进行了分析研究。结果表明，通过增加进气流量和减少电流的大小，均使得等离子电弧长度增加，阳极弧根位置逐渐向下游移动，但是产生这两种现象的机理以及对气流温度和速度的影响是不同的。     

等离子弧焊接铝及其复合材料研究进展

铝合金及铝基复合材料在船舶、汽车、电子电器、航空航天等许多行业中有着广阔的应用前景。而焊接技术是其广泛应用的技术关键。重点介绍了等离子弧焊技术在铝合金及铝基复合材料中的应用现状,综述了等离子弧焊接接头的微观组织性能、铝合金等离子弧焊数值模拟及新型等离子弧焊的应用,并总结了等离子弧焊接铝合金及铝基复合材料目前存在的主要问题,展望了其未来的发展趋势。     

同轴送粉金属激光3D打印熔池流动、成分分布以及组织生长数值模拟的研究进展

在“中国制造2025”、美国《国家先进制造战略计划》、欧洲航天局《惊奇计划》、日本《增材制造科研计划》、新加坡《工业增材制造项目》以及欧盟《3D打印标准化路线图》等全球新型制造技术迅猛发展的机遇下,金属激光3D打印融合了计算机辅助设计、材料加工与成形技术,以数字化模型文件为基础,通过软件与数控系统将特制材料逐层堆积固化,制造出实体产品,该技术日益成为国内外专家学者的研究热点。它与传统的对原材料进行切削、组装的加工模式不同,是通过材料累加的原理,从无到有地制造产品的新型技术工艺。也正是由于增材制造的这种技术特点,使得它受到全球的广泛关注,将可能会给传统的制造业带来一系列深刻的变革。其中同轴送粉式金属激光3D打印技术因具有成形尺寸大、可利用材料范围广、成形件的材料性能优异等特点,在航空航天、交通、医疗与能源等领域有着广阔的应用前景,成为金属增材制造主流的工艺技术。 3D打印熔池中存在着传热、对流、传质、气-液界面冶金反应以及固-液界面扩散等复杂的动态物理冶金过程。熔池的流体力学行为直接影响材料组织的均匀性以及致密性,因此,如何通过流体力学方法对熔池的流体动态过程进行模拟,建立熔池温度和流场的三维非稳态模型,并定量分析浮力、表面张力、粉末冲击力以及综合作用对3D打印过程温度场、速度场和熔池形态的影响是需要解决的关键问题。 数值仿真模拟是研究同轴送粉式金属激光3D打印熔池动力学过程的重要手段之一。目前,在关于同轴送粉式金属激光3D打印数值模拟和激光焊的数值模拟研究中,已包含较为全面的多尺度数值模型,例如光-粉耦合作用数值模型、熔池气-液界面和固-液混合区界面追踪模型、熔池瞬时变化的热场和流场分析模型、熔池中合金元素的分布过程介观模型以及基于相场法的熔池形貌和显微组织凝固元胞自动机模型等。 本文主要阐述国内外研究学者对同轴送粉式金属激光3D打印仿真模拟的研究进展,主要集中在3D打印过程中熔池瞬时变化的热场和流场分析、合金元素的分布过程以及熔池形貌和显微组织凝固等方面。由于数值模拟方法具有一定的通用性,为了更全面地介绍与同轴送粉式金属激光3D打印技术相关的数值模拟方法,本文也涉及了少量送粉式激光熔覆以及激光电弧填粉焊接等过程的数值模拟工作。