局部干法横焊熔池温度场与流场的数值模拟

电弧在局部干法条件下,其形态、热量分布和工件的散热条件均发生了显著改变,本文建立了局部干法条件下横向焊接热源模型,综合考虑了电磁力、熔滴冲击力、表面张力、电弧压力、浮力等外界作用,对局部干法条件下不同水深的横焊熔池温度场和流场进行了数值模拟。模拟结果表明,在熔池的上部,铁水由熔池中心向熔池边缘流动,铁水向上的流动速度小于向下的流动速度,造成电弧上方熔宽小,下方熔宽大,熔池的流场和温度场在焊缝的横截面上不对称。随着水深的增加(100 m),温度降低,熔深先减小后增加,横焊熔池下塌现象也先缓解后变严重。     

局部干法焊旋转电弧传感设计及数值模拟

针对水下焊接焊缝质量差等问题,研制了一种用于水下局部干法焊接的旋转电弧传感器来改善水下焊接质量.运用流体力学仿真软件对传感器排水罩的排水效果进行了流场模拟,验证了排水罩结构设计的可行性.焊接实验证明,所设计的局部干法焊旋转电弧传感器改善了水下焊接的质量.     

局部干法焊接排水罩的流场分析与优化设计

在水下焊接方法中,局部干法焊接采用排水罩将焊接区域的水排开进行焊接,接头质量容易保证,无需大型排水设备,易于实现水下焊接自动化。然而,横向焊接时熔池在重力作用下产生下榻,影响焊缝成形。局部干法水下横向焊接时,通过优化排水罩结构,使排水罩内高压气体在排水的同时,产生稳定向上的风场吹袭熔池,抑制熔池下淌,并将焊接产生的烟雾迅速带出排水罩,将大幅提高焊接质量。文中采用数值模拟的方法,研究了排水罩内的湍流气体的风场结构,优化了微型排水罩进气口位置、内部结构。研究发现:由端面进气,在排水罩内加挡板,并采用多孔隔板时可以产生理想的风场。     

水下局部干法焊接圆形排水罩的流体仿真分析

对于水下局部干法焊接,其局部排水装置的排水效果及装置内流体湍流状态决定了焊接过程的稳定性,是影响焊接质量的关键因素之一. 以圆形排水罩结构作为局部排水装置进行研究,基于流体力学,利用FLUENT软件进行模拟仿真,探索圆形排水罩的排水过程,分析不同的进气方式和排水方式对罩内相分布的影响,以及对工件表面流体湍流状态的影响. 并将模拟仿真的排水过程与试验进行对比,验证仿真的准确性. 结果表明,模拟仿真与实际排水过程演变趋势基本一致,模拟仿真结果具有一定的可信度. 通过对比分析,确定合理的排水罩进气和排水方式,为局部水下焊接的稳定性提供基础数据.     

气垫式退火炉内流场的数值模拟

为了研究气垫式退火炉内工件漂浮的情况,建立了三维湍流数学模型,运用计算流体动力学(CFD)的方法得到炉内的气体流场与压力场。通过流-固耦合的方法分析在不同的边界条件下工件表面产生的压力场对其在炉内稳定漂浮的影响。应用该模型通过控制变量的方式对其他不同规格的工件达到漂浮加热的所需风速及漂浮高度进行预测。结果表明,宽度为1050 mm的铜带在上、下出风口的速度分别为4 m/s和7 m/s时,距离上喷口60~70 mm处实现无接触加热及传送。     

圆筒形井式渗碳炉内流场的数值模拟

为了改善大型渗碳炉的均匀性,本文应用数值计算方法研究圆筒形井式渗碳炉炉膛内的流动传热过程,假设炉内流场满足定常、不可压缩轴对称条件、炉内气体可以应用理想气体状态方程。利用有限差分技术对通用方程进行离散化。同时采用贴体坐标较好地解决边界不规则的问题。文中给出了炉内的流场和温度场,并分析了影响炉内气体流动和温度分布的主要因素和应注意的地方,提出了改进的措施,对生产和炉子设计有一定的指导意义。     

水下局部干法焊接预热技术及专用排水罩的研制

研制开发了一种带有预热功能的水下局部干法焊接专用排水罩. 该排水罩具有水下预热功能,适用于水下局部干法药芯焊丝半自动焊工艺,预热温度可达60～80℃. 排水罩内设计有一块覆盖于坡口周围的预热钢板,正式焊接前首先在该板上进行预热焊接,通过热传导来实现对焊接坡口的预热作用. 使用该排水罩在水池中进行了模拟焊接试验. 结果表明,焊接接头质量达到AWS D3.6M:2010规定的A级焊缝的各项性能要求. 与其它水下焊接方法的试验结果对比发现,采用所研制的带预热功能的固定式排水罩进行水下局部干法焊接时接头的最大硬度显著降低,韧性也有明显提高.     

空化射流角型喷嘴内流场的数值模拟

建立了角型喷嘴物理模型。基于FLUENT软件,采用混合模型、空化模型和RNG k-ε紊流模型对空化射流喷嘴内流场进行数值模拟。以径向线上蒸汽体积分数分布、轴线上蒸汽体积分数分布和速度分布为判断角型喷嘴产生的空化射流空化程度的依据,分析圆柱段直径、入口压力、出口压力对射流空化程度的影响规律。模拟结果表明:圆柱段直径的最佳初始值为1 mm;增大入口压力可以提高射流空化程度,但随着出口压力的增大,又会抑制喷嘴内空化的初生并降低出口速度,不利于射流空化程度的提高。     

固定式排水罩水下局部干法CO2气体保护焊焊接工艺优化及接头性能分析

文中在常压下利用高速摄像分析了药芯焊丝焊接的熔滴过渡特点,在压力舱内进行了DH36钢的局部干法焊接工艺参数的优化研究.在此基础上,补偿了次级电缆的压降,最终确定的海下焊接试验的参数为焊接电流175~180 A,焊机的输出电压32~34 V.利用该焊接工艺参数和自行开发研制的固定式小型排水罩,在渤海海域23 m水深进行了焊接试验,并根据AWS D3.6M:2010标准对接头进行测试分析.结果表明,焊缝内无气孔、夹渣和裂纹等缺陷,焊缝组织主要是由针状铁素体、侧板条铁素体和多边形铁素体组成,各项指标均达到AWS D3.6M:2010标准规定的A级接头要求,证明了开发的基于固定式排水罩的水下局部干法CO₂焊接技术可以应用在DH36钢海洋导管架结构的修复.     

铝合金搅拌摩擦焊物理场三维数值模拟

基于热物理模拟构建的2024-T3铝合金Arrhenius本构关系,使用Deform-3D软件建立了搅拌摩擦焊三维热-力耦合模型,模拟焊接过程温度、应力、应变等物理场在塑性变形区的分布状态. 结果表明,各物理场受焊速和转速的影响均呈不对称分布,其中材料在前进侧表现为压应力状态,在后退侧出现受拉应力状态;此外,在前进侧材料分别向焊缝表面和根部流动,当材料由后退侧向前进侧的流动速度小于在厚度方向上的流动速度时,在焊缝内产生缺陷,并通过试验验证了这一现象.     

大型原油储罐横焊咬边缺陷数值模拟分析

在大型原油储罐埋弧横焊时,产生的焊接缺陷主要有裂纹、夹渣、气孔和咬边.对裂纹、夹渣、气孔缺陷基本可以克服,但咬边缺陷却难以控制.针对横焊位置咬边缺陷的产生原因和机理进行了分析探讨,对横焊位置咬边缺陷进行了数值模拟,以找出合理可行的消除咬边的措施.     

基于CFD的冷凝器芯体管道内流场数值模拟

为研究平行流式冷凝器芯体扁管不同分布下制冷剂的能量损失及冷凝器管道内制冷剂的流动规律,建立冷凝器芯体的二维模型,利用CFD软件,对冷凝器管道内制冷剂的流动进行数值模拟。在扁管分布为20-13-9、21-13-8、21-12-9三种结构下,对17种不同流量的制冷剂模拟结果进行分析,得到不同流量下的速度场及压力场,计算了三种结构在不同流量下的能量损失。结果表明:在相同条件下,制冷剂在20-13-9结构中的能量损失最少,则冷凝器芯体的扁管制成20-13-9的结构更加合理。还直观展现了制冷剂在冷凝器芯体管道内的流动情况,在整个芯体中,流动过程中产生了各种大小尺度不同的旋涡。可将扁管连接过渡处设计成圆角结构,以减少能量损失。研究结果揭示了制冷剂在冷凝器中的流动规律,为汽车空调冷凝器的优化设计提供一定参考。     

排水罩风场特征及其对焊接电弧影响的数值模拟

水下焊接技术在水下工程建设和修复方面具有大量的应用需求. 在水下焊接方法中,局部干法焊接采用排水罩将焊接区域的水排开进行焊接,接头质量较好,易于实现水下自动化焊接. 然而,局部干法焊接时需要在排水罩内通入高压空气将水排开. 为了研究高压气体在排水罩内形成的风场结构及其对焊接过程和电弧特性的影响,文中采用数值模拟的方法,对排水罩内的湍流气体进行了模拟. 并研究了排水罩内侧向风场对电弧等离子体的温度场、速度场、压力场的影响规律. 发现侧向风场对弧柱中心区以外部分的影响较大,弧柱的吹偏角度与侧向风速基本上呈线性关系. 最后进行了焊接试验,采用高速相机拍摄电弧在不同侧向风速下的形态,发现其实际变化与模拟结果基本一致.     

激光穿透焊温度场及流动场的数值模拟

建立了复合热源作用下的激光穿透焊接熔池流动三维计算模型,热源由作用在激光表面的高斯热源以及沿激光入射方向的柱状热源组成,分别考虑了等离子体和小孔吸收机制。通过添加源项的办法解决了过渡区相变问题,从而将固态区和液态区组合一起求解,简化了固液边界条件的处理难度。通过TC1钛合金激光焊接试验验证了模型的正确性,计算所得的熔池截面与试验结果吻合良好。结果表明,Marangoni对流是形成激光穿透焊“沙漏”状熔池形貌的主要原因。     

气液两相同轴式超声喷嘴内流场数值模拟研究

为了提高超声喷嘴的雾化效率,以同轴射流的气液混合两相为介质,结合气泡雾化和超声雾化的优势,建立气液两相同轴式超声喷嘴内流场数值模型,研究不同含气率下内部流场云图和气相分布情况。结果得到:喷嘴流体速度呈层状分布,在喷嘴出口附近出现涡旋,在涡旋交界处流体速度达到最大,越靠近谐振腔内部速度越小;在喷嘴内部气泡呈块状分布,随着流体流动,渐渐地开始聚集;考虑到喷嘴内部流体的湍流扰动效果,确定气相工质体积为20%～30%较为合适;进口含气率越大,Y轴方向上的含气率越大,喷嘴X轴线方向上含气率略高于近壁面处,在X轴和壁面之间的含气率最少。     

爆炸焊数值模拟研究进展

由于爆炸焊的瞬时性和不可接触性,爆炸焊数值模拟研究尤为重要。本文对爆炸焊近年来在数值模拟方面的研究进行了综述,重点分析了目前爆炸焊数值模拟研究中存在的问题与不足,阐述了未来爆炸焊数值模拟研究的发展方向。     

铝合金薄板焊件纵向塑性应变场的数值模拟

利用弹塑性有限元分析软件对普通焊件的纵向塑性应变场进行了模拟.结果表明,对于尺寸为200 mm×100 mm ×2 mm的2A12T4铝合金薄板填丝对接焊件,其焊缝部位只存在纵向拉伸塑性应变;在靠近焊缝的区域,既存在纵向压缩塑性应变,也存在纵向拉伸塑性应变;在焊缝长度方向纵向残余塑性应变的分布不均匀,在靠近起弧端和收弧端的区域呈现复杂的分布特征.焊接过程中温度场的变化和热源旁侧金属受力状况的不同是近缝区金属纵向塑性应变不均匀分布的原因.     

加氢反应器焊后局部热处理过程数值模拟与工艺优化

利用有限元软件MSC.Marc建立了加氢反应器焊后局部热处理过程的热力耦合有限元模型,并利用软件的二次开发功能把蠕变变形耦合到有限元模型当中。通过以上模型实现了对加氢反应器焊后局部热处理过程的数值模拟。模拟得到了反应器焊缝附近在不同热处理阶段的温度场、应变场和畸变场。为了减小反应器热处理后的畸变量,本文提出了优化的热处理工艺。与原始工艺相比,新工艺使反应器的畸变量从-2.31 mm减小为-1.86 mm。     

局部干法水下快频脉冲MIG焊电源研制

针对复杂水下环境焊接过程对焊接电源超高动特性与精确控制需求,设计基于SiC模块的快频脉冲焊接电源功率主电路,开发全数字化控制系统,研制出局部干法水下快频脉冲MIG焊电源(local dry underwater fastfrequency pulsed MIG,LDU-FFPMIG).研制的LDU-FFPMIG焊接电源额定输出电流为400 A,能精确输出多种0～30 kHz的快频脉冲电流波形,快频脉冲电流幅值高达200 A.提出LDU-FFPMIG焊接新工艺,将快频脉冲应用到304不锈钢局部干法水下MIG焊接,探究快频脉冲对传统局部干法水下脉冲MIG焊的影响.结果表明,研制的LDU-FFPMIG焊接电源能够实现稳定的局部干法水下MIG焊,可获得良好的焊缝成形;快频脉冲电流的引入可显著提高电弧能量密度和焊接稳定性,减小熔宽(B)、增大熔深(H),焊缝成形系数(B/H)减小约30%,并且可以细化晶粒.     

板坯连铸结晶器内流场与钢-渣界面波动性数值模拟分析

基于Fluent商用有限元平台,以1 300×200 mm板坯连铸结晶器为研究对象,结合其实际生产工艺,利用VOF方法建模计算,并追踪结晶器内钢-渣界面运动;分析了拉速和水口浸入深度对系统流场和钢-渣界面波动性的影响规律,并通过水模实验验证了仿真模型准确性。同时,结合实际生产情况给出了结晶器钢-渣界面稳定性的控制措施。结果表明,拉速的增加会加剧结晶器弯月面处的界面波动,浸入深度的增加可有效抑制钢-渣界面波动,避免卷渣现象发生;根据数值模拟结果,为获得稳定流场和减少界面波动,建议的工艺匹配值为:拉坯速度1.2 m/min,水口浸入深度280 mm。