平板金属爆炸焊接过程数值模拟

利用大型有限元软件ANSYS/LS-DYNA对平板金属爆炸焊接过程进行了数值模拟,获得了爆炸焊接过程中形成的射流及波形,模拟结果与试验结果表现出良好的一致性.数值模拟结果证明,数值模型较准确的反映了爆炸焊接射流和波形的形成过程.同时,输出特征点压力和速度—时间曲线可显示出起爆近点压力小于起爆远点压力.在相同药层厚度条件下,起爆近点爆炸复合能量不足,易出现雷管区边界效应,影响焊接质量.此外,通过数值计算碰撞点压力与速度分布,并与理论计算结果进行了比较,说明数值计算值与理论计算值误差不超过5%,可有效指导爆炸焊接参数的选择.     

双立爆炸焊接及防护装置数值模拟和试验

通过设计一种防护结构,建立了双立爆炸焊接以及防护装置三维数值模型.模拟了双立爆炸法两对复合板的焊接和运动过程以及与防护装置的碰撞过程,获得了爆炸焊接复合板压力场、速度场的分布.所建立的爆炸焊接三维数值模型可计算复板运动最大速度与碰撞点的压力,为防护装置的设计优化提供理论基础和依据.采用此防护装置及双立爆炸方法,装药量仅为现行平行爆炸焊接方法的1/3,而且焊后复合板不会产生明显变形,易于后续加工.     

不锈钢/普碳钢双面爆炸复合的数值模拟

为了提高能量的利用率,使用双面爆炸焊接装置可以一次性得到两块复合板. 借助LS-DYNA软件与光滑粒子流体动力学,采用SPH-FEM耦合算法,选取厚度为3 mm的304不锈钢、16 mm的Q235钢和乳化炸药,对不锈钢/普碳钢的双面爆炸焊接试验做了三维数值模拟,计算并建立了爆炸焊接窗口. 对模拟过程中的复板竖向位移、碰撞压力和碰撞速度进行了分析,并将模拟得到的结果与试验结果进行了比较. 模拟结果表明,7 mm药厚下复合质量较好,而10 mm药厚下可能会由于碰撞能量过大导致焊接失效,模拟与试验结果一致性较好. 引入了Gurney公式对试验结果进行预测,计算结果显示:Gurney公式的预测结果与试验结果吻合较好,表明了SPH-FEM耦合算法与Gurney公式用于不锈钢/普碳钢双面爆炸焊接的有效性.     

炸药覆盖层对爆炸焊接影响的数值模拟

为探究炸药覆盖层厚度对爆炸焊接的影响,采用ANSYS/LS-DYNA软件并结合SPH-FEM耦合算法,对不同覆层厚度下的爆炸焊接试验进行三维数值模拟.文中采用厚度为20 mm的Q235钢和厚度为2.5 mm的304不锈钢作为基板和复板.根据相应的材料参数理论计算了焊接过程中的动态参数,并以此建立爆炸焊接窗口.仿真结果表明,与无覆盖层爆炸焊接相比,覆盖层厚度为15 mm、 30 mm和45 mm时冲击速度分别提高了39.3%, 58.1%和68.8%,碰撞压力分别增大了41.0%, 65.6%和80.6%.仿真结果与试验结果基本一致.利用SPH法进行二维数值模拟,得到了装配炸药覆盖层时复板与基板的复合界面.仿真结果表明,复合板在覆层厚度为15 mm时具有良好的波形复合界面,且界面波形与试验金相分析结果较为吻合.     

K-TIG焊接电弧特性的数值分析

以K-TIG焊枪为研究对象,根据磁流体动力学理论建立了电弧的三维有限元数学模型,利用FLUENT软件对K-TIG焊枪内部保护气体和焊接电弧进行了数值模拟,获得大电流焊接时的温度分布、电势分布、电弧压力及等离子体速度场分布.模拟结果可以用于指导K-TIG大电流焊枪设计、焊接过程控制及焊缝质量评价等.     

爆炸加载下AISI304不锈钢板表面硬化和数值模拟

目的 提高AISI304不锈钢板表面硬度。方法 利用爆炸加载表面硬化方法对3 mm厚的AISI304不锈钢板进行了表面硬化处理,通过HXD-1000YM型显微硬度计和JEM-2010型透射电子显微镜对爆炸加载处理后试样的不同部位横截面进行了硬度测量和微观组织表征。采用大型有限元数值模拟软件ANSYS/LS-DYNA对爆炸加载表面硬化过程进行了数值模拟,计算了撞击面平均压力和速度。通过对比数值模拟结果与理论计算结果,分析了特征点碰撞压力和速度对爆炸加载处理后表面硬度的影响。结果 数值模拟结果表明,撞击面压力平均值为5.5 GPa,撞击面平均速度达到了178 m/s,撞击面压力和速度的理论计算值与数值模拟值误差不超过5%。试验结果与数值模拟结果具有一致性。爆炸加载后,试样近起爆端和爆轰末端的撞击压力和撞击速度小于稳定爆轰阶段,导致前者表面硬度小于后者。横截面硬度分布表明撞击表面硬度大于炸药接触面硬度,撞击表面硬度值从210HV提高至450HV,炸药接触面硬度值从210HV提高至390HV。结论 爆炸表面硬化过程中存在边界效应。爆炸表面硬化方法能够显著提高板材表面硬度,同时可以提高板材整体硬度,且硬度提高与变形带和位错阵列形成有关。     

压焊

整体截面焊件的磁场控制压力焊；爆炸焊接三维数值模拟；爆炸焊时的能量分布；电极点蚀形貌对铝合金电阻点焊的影响；基于小波分析的点焊过程喷溅特征信息提取；电阻法用于扩散焊接头微孔缺陷评价的数值模拟[编者按]     

锭脚空心正挤压成形过程的数值模拟

对锭脚空心件正挤压成形过程进行了三维数值模拟,通过分析金属单元网格的变化、速度场及等效应力场的分布情况,研究了金属流动及变形规律.并对挤压力的模拟结果和图算法以及经验公式计算结果相比较,验证了计算机数值模拟的可靠性,为锭脚挤压工艺优化和模具设计提供了参考依据.     

三维静态锥体热源穿孔等离子弧焊接熔池的数值模拟

采用三维静态锥体热源对穿孔等离子弧焊接过程进行数值模拟.研究了三维锥体热源作用下焊接熔池流体流场、熔池内金属的流动方式以及熔池流体运动速度的变化.并与高斯热源条件下的模拟结果做比较.最后进行PAW焊接工艺试验,通过测量尾焰信号及焊缝尺寸等判断焊接熔池特征,将理论计算结果与试验测量值进行比较.     

管–管板爆炸焊接中圆管膨胀规律

管板爆炸焊接中,圆管与管板的碰撞速度是影响爆炸焊接质量的重要因素,为了计算圆管与管板爆炸焊接时的碰撞速度,以爆炸焊接理论与圆管膨胀理论为基础,推导得出圆管膨胀半径与膨胀速度的对应关系,进而可得到圆管和管板间隙与碰撞速度的对应关系。文中通过理论分析与圆管膨胀过程仿真得到圆管膨胀后半径与速度的计算公式,利用管板爆炸焊接数值模拟与管板爆炸焊接试验对其进行验证。结果表明,圆管与管板紧密结合,结合界面为理想的小波状结合,结合界面无孔洞、裂纹等明显缺陷,结合质量良好。故依据公式选取的圆管与管板间隙合理,此公式可靠,可以用于计算内爆时圆管与基材不同间隙对应的碰撞速度,通过确定间隙得到理想碰撞速度,从而达到良好的焊接质量。     

爆炸消除中厚板焊接残余应力工艺数值模拟

在对焊接温度场和应力场进行间接耦合求解焊接残余应力的基础上,采用ANSYS 11.0及其LS-DYNA非线性显式动力分析代码软件,应用流固耦合算法模拟了爆炸冲击波与32 mm中厚板焊接接头的相互作用及其消除焊接残余应力的过程.结果表明,采用截面10 mm×10 mm的双条塑性炸药,以焊缝为中心沿长度方向并排布置,在爆炸...     

16Mn特厚钢板多道焊温度场数值模拟

为了研究特厚板多层多道焊温度场分布,对两块板厚60 mm的16Mn特厚钢板的焊接过程进行了数值模拟和实验研究。利用ANSYS有限元软件和分布式计算方法,采用"生死单元"技术实现了模拟过程中焊接材料的逐步填充,对特厚钢板的对接多道焊过程进行三维瞬态温度场数值模拟。同时采用埋弧自动焊对16Mn特厚钢板进行了17道焊接,焊接工艺参数与计算参数相同,焊接过程采用热电偶测量温度场,并与计算值相比较,结果表明:分布式计算方法可以有效缩短计算时间,且计算值与实验测量值吻合良好,成功实现了60 mm特厚板多层多道焊的温度场数值模拟。     

锆钢爆炸复合板界面波形影响参数研究

为了研究爆炸焊接参数对锆钢复合板界面波的影响,对锆钢进行了小倾角法爆炸焊接,在不同碰撞速度和碰撞角条件下,得到了连续变化的界面波。通过对界面波进行金相显微观察,测量了不同位置界面波的波长和波高。采用SPH无网格方法对小倾角法爆炸焊接过程进行了数值模拟,计算出了不同位置的碰撞速度、碰撞角、比压强。研究表明,碰撞速度和碰撞角是影响界面波形的关键参数,当碰撞速度为493 m/s,碰撞角为9.8°时,开始产生界面波。随着碰撞速度和碰撞角的增加,界面波波长逐渐增加,比波长先减小后增加。     

35Cr2Ni4MoA高强钢摩擦焊接头热力耦合有限元分析

采用热力耦合有限元分析方法,由焊件材料的性能参数及焊接工艺参数建立了二维轴对称粘塑性热力耦合有限元模型,对35Cr2Ni4MoA材料环形工件的连续驱动摩擦焊过程进行了模拟,得到并分析了温度场、应力应变场以及轴向缩短量的变化规律.测量了实际焊件的轴向缩短量和飞边形状,并与计算结果进行了对比,结果表明,利用该模型得到的摩擦焊接头飞边形状和轴向缩短量的计算结果和试验结果吻合较好.建立的有限元模型有助于制定合理的焊接工艺参数.     

空间太阳阵导线电阻对焊可行性研究的仿真技术应用

对空间太阳阵导线电阻对焊进行可行性分析,通过有限元建模仿真,开展焊接热场-温度场-应力场数值模拟。结果表明,空间太阳阵导线电阻对焊过程包含受弹塑性变形影响形成面接触的预压过程与电热温度场与焊接应力场间接耦合的焊接过程,通过提取焊接温度场分布的数值模拟计算结果可以快速直观的分析焊接温度场分布的合理性、焊接形成过程中焊接参数的变化趋势,为空间太阳阵导线电阻对焊的工程应用提供理论支撑。     

Effect of Initial Hardness on Interfacial Features in Underwater Explosive Welding of Tool Steel SKS3

This paper aims at investigating effects of initial hardness on interfacial features for identical compositional materials under identical welding conditions. Two underwater explosive welding experiments on tool steel SKS3 with copper foil were carried out: one as-received and the other heat-treated. The welding process was simulated using the commercially available software package LS-DYNA. Numerical simulation gave deformation of the flyer/base plate and pressure distribution during the welding process. Microstructure and hardness at interface of the welded metals were evaluated. The results indicate that decreasing impact energy is accompanied by a shift from wavy to linear interface. Moreover, a comparison of the two experiments allows the conclusion that high initial hardness results in a decrease of wavelength and amplitude under identical welding conditions. Hardness profiles of as-received tool steel-copper welding reveal the hardening effect of impact in the vicinity of the interface. However, of interest is that a decrease in hardness was seen in the case of heat-treated martensitic tool steel with copper, fundamentally differing from previous explosive welding research; phase transition is proposed to discuss the relation between the effects of impact and heat, and those of work hardening and softening.     

Mathematical analysis of the role of recoil pressure in weld pool dynamics during laser-MIG hybrid welding

A mathematical model was established to simulate the weld pool development and dynamic process in stationary laser-MIG hybrid welding. Surface tension and buoyancy were considered to calculate liquid metal flow patter, moreover, typical phenomena of MIG welding, such as filler droplets impinging weld pool, electromagnetic force in the weld pool, and typical phenomena of laser beam welding, such as recoil pressure, Inverse Bremsstrahlung absorption, Fresnel absorption were all considered in the model. The laser beam and arc couple effect were introduced into this model by the plasma width during hybrid welding. The role of recoil pressure in the weld formation was discussed. Transient weld pool shape and complicated liquid metal velocity distribution from two kinds weld pool to an unified weld pool were calculated. The simulated weld bead geometry with consideration recoil pressure was in good agreement with experimental measurement.     

爆炸消除921A钢焊接残余应力试验

根据潜艇耐压壳焊接工艺制作了模拟焊接试板，并根据爆炸消除焊接残余应力基本原理和国内外实践经验，设计了爆炸消除模拟焊接试板残余应力的工艺，进行了爆炸消除921A钢焊接残余应力试验研究。结果表明，单、双面布药爆炸处理消除焊接残余应力，均能有效调整、消除焊接残余应力，使残余应力分布明显均匀化；接触爆炸处理效果优于非接触爆炸处理效果；爆炸冲击波的作用效果优于反射拉伸波作用；双面爆炸处理效果优于单面爆炸处理效果。