对接接头焊接温度场的三维数值模拟

焊件在快速加热和冷却过程中温度场的正确描述是进行组织转变和焊后接头力学性能分析的前提条件.文中采用Gauss分段移动热源模型,考虑了材料热物理性能参数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,并应用APDL语言实现了焊接全过程温度场的三维动态模拟,其结果与理论值完全吻合,证明了数值模拟的可靠性.     

铍材钎焊熔池动态行为的影响因素研究

在综合分析激光钎焊的焊缝形状特征和热源作用特点的基础上,根据流体力学和传热学原理,建立瞬态熔池三维数值分析模型和混合热源分布模型,模型考虑熔池液态金属对流传热、熔池外工件的固态导热、焊接过程中的相变潜热、侧吹气流方式、对接界面的结构几何特性以及材料热物理性能参数随温度变化等因素.利用Visual Fortran语言编写数值分析程序,分析相变潜热、侧吹气流和对接间隙等对熔池内流场和温度场分布的影响.研究表明,相变潜热的影响不是总可以忽略的,尤其是在移动热源作用下相变潜热的影响比固定热源更为突出.侧吹气流主要是通过改变熔池内液态金属的流动状态进而影响到熔池的三维形态,因此,选择合适的吹气方式能够有效地提高激光钎焊的稳定性和焊深.间隙的存在造成温度场分布不连续造成熔池形状呈“钉头”形,考虑间隙时计算得到的熔池形状与试验结果吻合更好.     

双椭球热源模型参数对TIG焊接温度场影响规律的研究

针对奥氏体不锈钢0Crl8Ni9的TIG焊接过程,建立了相应的数学模型和物理模型,并基于ANSYS平台进行有限元计算,分析了双椭球热源模型各参数对熔合区、热影响区分布和边界走向以及焊接温度场的影响规律。结果表明,在其他条件一定的情况下,热源宽度参数b主要影响熔合区和热影响区的宽度尺寸,热源深度参数c主要影响熔合区和热影响区的深度尺寸。研究还发现,熔合区的温度场分布和温度峰值对热源模型参数的变化较为敏感。     

挖掘机动臂板焊接温度场模拟及影响因素分析

利用有限元方法对挖掘机动臂平板对接焊温度场进行了分析,采用Goldak椭球热源模型,应用DFLUX子程序定义热源模型的位置、大小、热输入以及焊接速度等参数来模拟瞬态温度场的分布及其变化,在此基础上通过改变焊接热输入、热源模型参数和焊接速度来分析其对温度场分布的影响规律.研究结果表明,由于焊接热源具有集中移动的特点,焊接热源模型参数以及焊接速度对焊缝区和热影响区的温度分布影响比较明显,热输入的变化与最高温度的变化大致呈线性关系.运用有限元法,选取Goldak椭球热源模型通过DFLUX子程序可有效进行挖掘机动臂平板焊接的数值模拟.     

Fluent在焊接模拟中的应用

以TIG焊为研究对象，对使用Fluent进行三维温度场和熔池流场数值模拟中遇到的诸如模型的建立、热源的处理、相变潜热以及熔池对流等问题的处理进行了阐述。结果表明，Fluent可以很方便的对焊接工艺过程进行模拟，其输出的计算结果可以直观的揭示各种驱动力对于焊接过程的影响。Fluent软件的成功应用对于研究焊接过程和指导焊接的生产实践有着积极的意义。     

正交接管焊接残余应力的三维有限元模拟

对正交接管焊接接头的温度场和应力场进行了数值模拟。选用三维实体单元,考虑材料物理性能随温度的变化和相变的影响,采用内部热生成和振幅曲线的加载方法模拟焊接热源的移动,运用单元生死技术模拟多道焊过程。获得了焊接温度场和应力场的动态变化过程,并对计算结果进行了分析。     

T形焊接接头的三维有限元模拟

应用ABAQUS软件，对多道焊T形接头的温度场和应力场进行了数值模拟。选用三维实体单元，考虑了材料物理性能随温度和相变的影响，采用内部热生成和振幅曲线的加载方法模拟焊接热源的移动，运用单元生死技术模拟多道焊过程。获得了焊接温度场和应力场的动态变化过程，对计算结果进行了分析。     

深熔激光焊接熔池温度场的数值模拟

利用旋转Gauss曲面体新型热源模型,忽略深熔激光焊时小孔对传热的影响,建立了移动激光热源作用下的三维数学模型.利用PHOENICS3.4软件,模拟了SUS304不锈钢深熔激光焊接热过程的温度场和熔池熔合线形状,得到了不同焊接速度下的温度场分布云图和"钉头"状的熔池形状.数值模拟结果与试验结果基本吻合.     

激光深熔焊接热过程数值模拟的研究进展

激光深熔焊接过程涉及极其复杂的物理化学反应,数值模拟是研究激光深熔焊接过程的温度场、焊件应力与变形、熔池、匙孔演变与反冲压力等问题的基础,而热过程处理是激光深熔焊接数值模拟的关键点。总结和分析了体热源模型、复合热源模型和自适应热源模型的发展情况,论述了材料热物理性能参数在数值模拟中的使用情况,讨论了激光深熔焊接数值模拟中一些关键问题如边界条件,并指出了激光深熔焊接热过程数值模拟需要进一步研究的方向。     

基于SYSWELD的T型接头GMAW焊接热过程模拟及其应用

综合考虑GMAW熔滴过渡带入熔池的热焓量、余高以及相变潜热等因素,基于SYSWELD建立了T型接头GMAW焊接传热三维数学模型,并通过系列焊接工艺试验确定了焊接线能量对双椭球热源参数的影响规律。通过计算,获得了不同焊接热输入条件下JB800钢T型接头的焊缝几何参数,得到了焊接工艺条件对焊接热循环及其主要参数的影响规律。基于热过程模拟结果,借助JB800钢SH-CCT图,实现了对CGHAZ区组织、硬度预测和控制。另外,还进行了JB800钢T型接头焊接工艺试验,通过测试焊缝几何尺寸和热循环,并与计算结果比较,验证了模型的可靠性。     

激光深熔焊熔池形成过程的数值模拟

建立了用于激光深熔焊数值模拟的新型移动热源模型——圆锥体热源模型,用圆锥体热源模型模拟激光深熔焊时熔池的形成过程。结果显示圆锥体热源模型能够很好地描述能量在试件厚度和试件表面上的传导情况,准确地模拟了熔池的形成过程,得到了与实际焊接很相符的温度场分布。     

SiC_p/101Al复合材料电子束焊接接头温度场对其显微组织的影响

采用ANSYS有限元分析软件对SiCp/101Al复合材料电子束焊接时接头的温度场进行了数值模拟,在此基础上对接头显微组织中Al4C3脆性相生成数量进行了分析.结果表明:采用双椭球热源模型可准确地模拟出电子束焊接接头的温度场;焊接时表面熔池近似为圆形,内部呈上宽下窄的锥形;在保证接头焊透的前提下,适当提高焊接速度或减小电子束输入功率,可在一定程度上减少接头组织中Al4C3脆性相的数量.     

不锈钢焊接温度场的三维无网格对称粒子法模拟

提出了模拟焊接温度场的无网格对称粒子法,编制了相应的计算程序。建立了不锈钢钨极氩弧焊的三维数值模型,应用无网格对称粒子法进行求解,得到了焊件的温度分布和焊接熔池的形状、尺寸,将模拟结果与有限元法的结果和试验结果进行对比,结果表明无网格对称粒子法与有限元法的精度相近,而前者的效率更高。建立并应用渐进变化的非均匀无网格粒子模型对焊接温度场进行了模拟,计算效率得到了进一步提高。在此基础上,研究了高斯热源模型和双椭球形热源模型对模拟结果的影响,数值结果表明基于后者能给出与试验更相符的熔池形状。     

Prediction of heat transfer process in helical milling

This paper represented a three-dimensional heat transfer model which describes the temperature distribution with the time variation in solid with conduction-convection boundary during the helical milling process. On the basis of the kinematic mechanisms of helical milling, two types of heat sources were presented; one was the first heat source (FTHS) resulting from the peripheral cutting edge, and the other one was the second heat source (STHS) resulting from the bottom cutting edge. Both effects of the FTHS and the STHS on the temperature distribution of the workpiece were investigated. The FTHS was defined as one semicircle which acted on a helical path; the STHS was defined as one straight line and the movements of which consisted of three ways: rotating around the axis of the tool, turning around the center of the hole, and moving along the axial direction. In order to accurately study the heat transfer model, a stationary coordinate established in the hole and a moving coordinate established in the heat source were developed. The transformation of coordinates and the trajectory of the moving coordinate had been illustrated. Under the two coordinates, a nonhomogeneous partial differential equation (PDE) containing heat source term was derived and was solved using the Green function approach. The heat source term was depicted using the Dirac delta function. A series of experimental tails for Ti-6Al-4V were organized. The experimental results agreed well with the data calculated using the model. The effects of different cutting parameters on the temperature rise were also investigated.     

基于有限元分析钢板焊接温度场的影响因素

通过对有限元分析方法在焊接温度场中的应用进行研究,利用ANSYS软件的APDL语言以及单元“死活”技术模拟焊接的填充过程,较好的模拟焊接加热过程及整个温度场的瞬态变化并实现了参数化编程,利用有限元分析软件ANSYS对钢板焊接温度场进行动态模拟,建立高斯函数热源模型,对各项焊接参数的合理选择和优化提供有效的参考。     

薄板TIG对接焊温度场的有限元模拟

焊件中的温度场分布反映了复杂的焊接热过程，是研究焊接变形、焊后残余应力等状况的基础。焊接数值模拟技术的出现，为焊接技术的深入发展创造了有力的条件。针对低碳钢薄板件TIG对接焊时，应用双椭圆分布热源模型，建立了TIG对接焊三维温度场有限元数值分析模型，将有限元解同实验结果进行了比较，两者基本吻合，表明了该分析模型的有效性，并以此有限元模型为基础，分析了两焊板间存在间隙和焊枪偏离焊缝中心这一实际情形下，温度场分布的不均匀性。     

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。     

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。     

基于正面焊接多信息融合的GMAW熔透控制

对气体熔化极弧焊(Gas metal arc welding, GMAW)过程中采集的正面熔池图像和温度信息通过多传感器定量信息融合技术,实现熔池图像的有效性判别。将熔滴热焓对温度场的影响考虑在内,对半椭球热源温度场进行修正,得到新型的三维温度场解析模型。借助信息融合后有效的熔池图像可获得无数个熔点温度的位置信息,通过阻尼最小二乘法求解新型温度场模型超定方程、辨识模型中椭球热源系数及熔滴热焓4个时变参数,从而得到实时修正的三维温度场动态解析模型。借助该模型通过PID控制实现了利用正面传感信息对GMAW焊接过程中背面熔宽的闭环控制,取得了满意效果。