焊枪行走角变化对等离子弧穿孔立焊焊缝成形的影响规律

以5 mm厚的5A06铝镁合金板材为主要研究对象,焊缝的正面熔宽和背面熔宽为成形特征参数,通过正交试验确定焊枪行走角变化对焊缝成形影响的显著性,从能量传递的角度研究了焊枪行走角的变化对等离子弧穿孔立焊焊缝成形产生影响的机理.结果表明,焊枪行走角对焊缝成形的影响在焊接电流和离子气体流量之间;焊枪与试板垂直时正面熔宽最大,而随着行走角的减小,焊缝背面熔宽逐渐增大.焊枪行走角的改变使熔池正面的能量密度以及背面最高温度截面和最大熔宽截面的相对位置发生变化,对焊缝背面熔宽的影响可归结于厚度方向不同截面热源位置的偏离与工件厚度导致的传热滞后之间相互作用的结果.     

弧间距对T形接头全熔透横角焊缝成形的影响

针对中厚板T形接头横角焊接位置,基于MSC.Marc模拟平台与试验验证的方法,研究了双机器人焊接不同焊枪倾角对焊后熔深的影响,在此基础上,继续采用双椭球移动热源模型,通过"生死"单元技术模拟焊缝成形,得出了不同双弧间距对焊后温度场以及变形场的影响规律.结果表明:当焊枪与底板夹角为30.时,母材全熔透且熔深达到要求;当弧...     

低碳钢非对称角焊温度场有限元分析

针对单边开坡口的非对称角根焊中熔透不稳定、成形质量差的问题,对其温度场及熔池成形规律进行分析从而优化焊接参数的选取,改善成形质量.考虑温度、对流、辐射和相变潜热对材料物理性能的影响,利用有限元分析软件建立了低碳钢非对称角焊缝有限元模型,并进行仿真计算.对比讨论了不同结构情况下焊接电流对温度场的影响,重点分析了非对称角焊接参数对背部熔宽的影响.结果表明,非对称角焊缝温度分布不均匀,背部熔宽对电流的变化十分敏感,焊接电流大小对熔池形状影响较大.通过试验得到三组熔透情况不同的焊缝,其热影响区形状尺寸与仿真结果吻合良好,从而验证了理论分析的有效性.     

基于有限元分析对新型DE-GMAW焊缝尺寸预测

DEGMAW将一个TIG焊枪与一个MAG焊枪相组合,利用TIG焊的旁路,分流一部分通过焊丝的焊接电流,在保证焊缝熔敷率的同时,减小作用于母材的热输入,是一种低成本的高效焊接方法.对DEGMAW进行有限元计算,定量分析焊接温度场与焊缝形状尺寸,将为该新工艺的参数优化提供基础数据.针对DEGMAW的特点,对SYSWELD软件进行相应扩展,给出了对焊缝余高部分的简化处理方法,提出了相应的焊接热源作用模式,建立了DEGMAW热过程的有限元模型.对DEGMAW工艺条件下的焊接过程进行了有限元分析,得出了焊缝横断面尺寸以及周围的热场分布,并将计算与实测结果进行了比较,为DEGMAW工艺优化提供了依据.     

不同热源模型对Q345中厚板焊接温度场的影响

采用ANSYS有限元分析软件,分别以双椭球热源模型和均匀体热源模型对Q345中厚板多层焊的温度场进行模拟,以研究不同热源模型的作用特点及其对焊接温度场的影响。结果表明:在相同的焊接条件下,均匀体热源和双椭球热源的温度场基本一致,采用均匀体热源的焊接熔池也呈椭球形。与椭球热源相比,采用均匀体热源模型的温度场仿真结果更符合实际。但采用均匀体热源时,焊缝起始位置的温度偏低。因此,在焊接温度场仿真过程中,焊接的起始位置采用双椭球热源,其它位置采用均匀体热源,是一种较为理想的焊接能量施加方式。     

铝合金激光-MIG复合焊熔滴对匙孔作用的模拟

采用CMOS高速摄像机检测和分析铝合金熔化极气体保护焊(MIG焊)熔滴过渡行为,确定MIG焊熔滴的过渡频率和速度. 在理论分析MIG焊热源特性、热作用模式以及焊缝形貌前提下,从宏观焊接热过程出发,提出并开发了适用于MIG焊的组合体积热源分布模式,MIG焊电弧被处理描述为经典的双椭球体热源模型,熔滴能量作用模式被表示成均匀球体热源模型. 同时,在均匀球体热源模型中加入了熔滴热能和动能,实现了熔滴对MIG焊熔池冲击作用的影响. 基于上述热源模型,建立了铝合金MIG焊温度场有限元模型,对厚板铝合金MIG焊温度场进行了模拟. 结果表明,模拟获取的焊缝熔合线走势及形貌和实际焊接结果相吻合,证明开发的热源模型能够准确描述MIG焊指状熔深特性和热传导过程.     

全位置相贯线自动焊接新型焊枪设计

在焊接复杂的空间曲线或进行全位置焊接操作时,传统焊接机器人关节耦合、系统干涉现象较为普遍,焊接局限性明显. 为了克服焊枪位姿改变时的干涉现象,基于各位置焊缝角度和深度均动态变化的特征,设计出一款能调节自身工作角的新型焊枪,使焊枪自身能够具有一定的实时调节能力,在自动焊接过程中通过调节焊枪工作角配合机器人完成全位置焊接,增强机器人的实用性和可行性,满足较为复杂相贯曲线的焊接要求,使用OpenGL对焊枪运动学模型和焊接过程进行了仿真,仿真结果证明了所设计的自动焊接焊枪的有效性.     

激光透射焊接聚碳酸酯温度场模拟与分析

以聚碳酸酯(PC)为研究对象,利用ANSYS的APDL语言构建了三维瞬态有限元模型,分别采用体热源模型和面热源模型研究了不同功率下的焊接温度场,得到了三维温度场分布,并将模拟结果进行对比。结果表明,面热源下温度场在两试件中呈对称分布,最高温度位置在焊缝中心;体热源时吸收试件热影响区大于透过试件的,最高温度位置在焊缝下方吸收试件中。应用半导体激光器进行了透射焊接试验,对试验结果和仿真模拟结果进行了对比与分析,体热源模型得到的焊缝热影响区形貌与试验热影响区形貌较为接近。并且采用体热源加载方式对w(炭黑)0.1%和w(炭黑)0.15%的温度场进行了研究,得出炭黑含量对焊缝形貌和最高温度以及其位置都有影响。     

钛合金K-TIG深熔焊热源开发与数值仿真

K-TIG是在传统TIG焊基础上,将焊接电流提高到300 A甚至更高并配合钨极冷却系统形成“匙孔”效应,最终实现大熔深的焊接工艺方法。K-TIG焊缝熔宽相对于等离子和激光焊接等焊接方法较宽,熔池体积较大。传统的热源模型不适合K-TIG焊热源分布特点,基于SYSWELD仿真平台和钛合金K-TIG焊接实验结果,开发钛合金K-TIG深熔焊数值仿真组合热源模型。结果表明,双椭球热源分配系数取0.75,作用深度取4 mm时,仿真熔池与实际接头横截面相符,正面熔宽为12 mm,且背部熔宽为5 mm。温度热循环曲线和残余应力有限元仿真结果与实验结果基本一致,验证了所建立的K-TIG热源模型的准确性。     

铝合金T形接头双侧脉冲MIG单道焊接工艺

采用自适应熔覆量的方法,对15 mm厚的6082铝合金T形接头进行了双侧脉冲熔化极惰性气体保护焊(MIG)单道焊接工艺的研究。在单热源单边焊接条件下,分析预留间隙、焊枪角度、送丝速度及行走速度等参数对焊缝成形的影响,并根据焊缝成形及表面质量,确定最优焊接工艺参数区间。在此基础上,对T形接头进行双侧对称热源和双侧非对称热源焊接。试验结果表明,当预留间隙为0 mm或1 mm、焊枪行走角为15°左右时,焊缝饱满且无咬边现象;当送丝速度为9.5 m/min时,焊缝成形良好并能实现根部完全熔合。     

321不锈钢角焊缝TIG焊接温度场分布3D有限元分析

采用焊接专用有限元分析软件研究了TIG焊接321不锈钢角焊缝的热过程,分析了不同热输入条件下的温度场分布、熔池形态,探索与接头适配的最优热源参数。采用试验方法验证了最优热源参数的可靠性,分析了相应热源参数下热循环曲线的特点。结果表明:基于仿真结果,取焊接电流为90 A、焊接速率为2.3mm/s进行实际焊接试验,焊缝横截面形貌的试验结果与模拟结果吻合良好,验证了所建立有限元模型的可靠性。     

改进的积分差值法在焊枪工作角检测中的应用

焊枪工作角的检测是改善焊接质量和实现焊缝跟踪的重要因素.文中首先建立了焊枪工作角和偏差变化与旋转电弧弧长变化的数学模型,并进行Matlab仿真;其次,介绍了焊枪工作角检测理论,通过采用对区间加权的焊枪电流积分差值法,从旋转电弧信号中获取反映焊枪姿态信息的特征值,最后,在理论推导和仿真的基础上,得到了焊枪工作角检测与焊缝偏差无关的结论.     

中厚板多电弧复合焊焊接参数对焊接质量的影响

采用六丝多层单道MAG自动焊对30 mm厚的Q235钢板进行一道成形焊接试验,通过对不同焊接工艺参数下的焊缝成形、接头质量、微观组织结构、力学性能的分析,研究了其焊接工艺特性。结果表明,在其他焊接工艺参数不变的情况下,钢板的对接间隙、相邻焊枪的垂直距离和相邻焊枪的水平距离会对焊缝的背部熔透、侧壁熔合、熔敷量产生显著影响。     

基于改进热源模型的铝合金MIG焊数值分析

采用CMOS高速摄像机检测和分析铝合金熔化极气体保护焊(MIG焊)熔滴过渡行为,确定MIG焊熔滴的过渡频率和速度.在理论分析MIG焊热源特性、热作用模式以及焊缝形貌前提下,从宏观焊接热过程出发,提出并开发了适用于MIG焊的组合体积热源分布模式,MIG焊电弧被处理描述为经典的双椭球体热源模型,熔滴能量作用模式被表示成均匀球体热源模型.同时,在均匀球体热源模型中加入了熔滴热能和动能,实现了熔滴对MIG焊熔池冲击作用的影响.基于上述热源模型,建立了铝合金MIG焊温度场有限元模型,对厚板铝合金MIG焊温度场进行了模拟.结果表明,模拟获取的焊缝熔合线走势及形貌和实际焊接结果相吻合,证明开发的热源模型能够准确描述MIG焊指状熔深特性和热传导过程.     

低合金钢深熔TIG水冷焊温度场数值模拟

文中采用ANSYS有限元软件,建立Q345低合金钢的深熔TIG焊接温度场有限元模型,采用双椭球热源与圆柱体热源的组合热源形式,对焊接过程中温度场进行模拟,得到与试验结果吻合度很高的模拟结果,验证了有限元模型的正确性. 通过进一步对比研究发现,采用背部水冷增强散热的处理,能大大减小熔池体积,同时使得根部焊道液态金属迅速冷却,有利于维持熔池区受力平衡,保证焊接小孔稳定,基于此提出水冷焊改善工艺的机理.     

环保焊枪吸烟对小电流CO2气体保护电弧焊的影响

采用环保焊枪进行了小电流二氧化碳气体保护电弧焊平焊位置焊接,通过分析焊接过程中电弧形貌、电流电压和熔滴过渡方式变化以及焊缝成形、焊缝金属拉伸力学性能和X射线探伤结果,评估了吸烟功率变化时的吸烟效果以及吸烟行为对于焊接过程和焊缝质量的影响规律. 结果表明,使用环保焊枪可以显著降低小电流二氧化碳气体保护电弧焊时飘散在周围空间中的焊接烟尘. 吸烟过程虽然使得短路过渡熔滴频率略有增加,悬挂熔滴和电弧的稳定性略为变差,但对焊缝成形和焊接缺陷都无影响,焊缝金属屈服强度略有减小,抗拉强度略有增加.     

铝合金T型接头激光+GMAW复合热源焊温度场的有限元分析

从宏观传热学出发,综合考虑焊缝横断面形状特点及接头形式对焊接热流的影响,建立了适用的T型接头激光+GMAW复合热源焊的组合式热源模型.利用双椭球体热源模型描述电弧热流和熔滴热焓,采用热流峰值指数递增-锥体热源模型表征激光热输入,并通过坐标系转换的方法旋转热源模型,以考虑焊枪倾斜对焊接热流分布的影响,推导出适用于T型接头复合焊的热源模型表达公式,从而简化了T型接头焊接数值模拟中的模型加载过程.将所建立的模型用于不同焊接条件下铝合金T型接头激光+GMAW单侧双面焊接焊缝形状和尺寸的模拟计算,计算结果与实验结果吻合较好,从而证明了模型的准确性和适用性;利用该模型计算了铝合金T型接头复合焊近缝区不同位置的热循环曲线,分析了铝合金T型接头复合焊热循环特征,为其组织和性能的预测奠定了基础.     

管道插接焊缝位置及焊枪位姿建模

管道插接相贯线焊缝是典型的、复杂的空间焊缝.针对弧焊机器人工作的特殊要求,在不失一般性的基础上,建立了焊缝位置及焊枪位姿的数学模型,以坐标系的形式定量描述了焊缝及焊枪的位置和方向,确定了能够准确描述焊枪姿态的参数:工作角、行走角和自转角,并给出了计算方法.通过对相贯线焊缝特征的分析,发现相贯线上任意点的切线始终与过该点的两个圆柱切平面的交线重合,在此基础上提出了一种简单的建立焊缝特征矩阵的计算方法.该模型对管道插接具有通用性,对焊接工艺的建模与仿真以及机器人焊接的建模与离线编程具有重要意义.     

AZ61镁合金真空电子束焊接温度场数值模拟

对板厚10 mm AZ61镁合金板材进行了真空电子束焊接数值模拟研究.利用有限元模型以及三维移动双椭球热源模型,采用数值模拟的方法研究了电子束流与焊接过程温度场及焊缝熔深之间的关系.结果表明,建立的模型能够获得电子束深熔型焊接的效果,模拟焊缝成形及焊缝区、热影响区温度场分布与试验焊缝成形及实际电子束焊接特点较为一致,这也证明了该模型在AZ61镁合金电子束平板对焊有限元模拟中有较好的适用性.     

考虑侧壁熔合的摆动电弧窄间隙MAG焊温度场热源模型

为了研究窄间隙焊缝摆动电弧MAG焊焊缝成形影响因素,需对其温度场分布情况进行分析. 针对摆动速度大于焊接速度的前提条件,分析了焊接层数不同导致的焊缝厚度不同以及磁偏吹对侧壁的影响,对多层单道焊建立了两种不同的热源模型. 同时采用Comsol有限元分析软件,实现了热源模型的加载和温度场的模拟. 结果表明,对于第一层焊(焊缝厚度3.6 mm)可以采用高斯—广义双椭球复合热源;对于第三层焊(焊缝厚度7.8 mm)可以采用双椭球—广义双椭球复合热源. 对比同时刻温度场模拟结果的焊缝截面与实际试验结果的焊缝截面,发现两者侧壁熔深情况基本吻合. 为后续对焊缝成形影响的进一步研究奠定了基础.