921A舰船钢激光–MAG复合焊接过程数值模拟分析

目的 对厚度为16 mm的921A舰船钢进行激光–MAG复合焊接,得到最佳工艺参数,从数值模拟的角度验证焊接工艺的可靠性。方法 利用SYSWELD+Visual–Environment软件对激光–MAG复合焊接过程进行数值模拟,选用3D高斯热源与双椭球热源相结合的复合热源模型对激光–MAG复合焊接过程进行仿真,绘制不同时刻及不同焊缝区域的时间–温度曲线,采用热弹塑性有限元法对应力变形场进行仿真计算。结果双椭球热源模型与3D高斯热源模型相结合的复合热源模型能够获得较为理想、接近真实热源形貌的热源形态;焊缝区域的焊接热源在行进过程中温度稳定,模拟热源温度可达3 200℃,具有典型的焊接热循环曲线特征,且距离焊缝越远,升温速率和冷却速率越慢;焊接残余应力主要集中在焊缝处,约为440 MPa,且焊缝两端的结合部位具有较高的残余应力。结论 复合热源模型适用于16 mm厚的921A钢激光–MAG复合焊接数值模拟,焊后板材的残余应力低于材料的屈服强度,冷却后板材的变形程度较小,最大变形量为1.13 mm,表明激光–MAG复合焊接方法及工艺适用于16 mm厚921A钢的焊接。     

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。     

基于复合热源的铝合金激光-MIG复合焊接的有限元模拟

针对15mm厚Al-Mg-Zn铝合金试板多层多道激光-MIG复合焊接过程,综合考虑了脉冲MIG焊接过程大量焊丝的填充带入熔池的熔滴热量和激光焊接过程中的小孔能量沉积效应,建立了复合热源模型。使用ABAQUS有限元软件对上述焊接过程进行了温度场模拟,同时采用非线性弹性边界条件来模拟真实的工装约束作用;通过与实验结果进行对比,模拟的焊缝形貌与试验吻合得较好。     

高强钢激光电弧复合焊接温度场的数值模拟与试验研究

目的 对厚度为12 mm的HG785D高强钢进行复合焊接,获取最佳焊接工艺参数,建立适用于激光-MIG(Metal Inert Gas Welding)复合焊接的热源模型.方法 采用激光-MIG复合焊接方法进行焊接试验,建立适用于HG785D高强钢激光-MIG复合焊接的"高斯锥形体+均匀锥形体+高斯柱形体"复合热源模型...     

镁/钢激光-电弧复合焊接接头的腐蚀行为

采用激光-电弧复合填丝对接焊方法获得了成形及力学性能良好的AZ31B镁合金/Q235钢板焊接接头;利用金相显微镜和电子探针观察焊接接头组织和元素分布状态,通过浸泡腐蚀试验和电化学试验研究了焊接接头不同区域(镁母材、焊缝、钢母材)的腐蚀行为。结果表明:AZ31B母材存在各向异性的腐蚀现象;焊缝与钢母材之间发生电偶腐蚀,邻近界面处的焊缝腐蚀严重,而界面处富集Al、Mn元素,腐蚀倾向较小;焊缝中存在较多钢飞溅,钢飞溅周围的区域比焊缝其他位置的腐蚀更为严重,焊接过程中产生的钢飞溅对焊缝的耐蚀性是不利的;焊缝中的β相一方面作为屏障层阻碍基体的腐蚀,另一方面作为电偶腐蚀中的阴极增加焊缝基体的腐蚀敏感性。     

退火处理对异种钢激光焊接头组织及性能的影响

目的 通过研究相同时间不同退火温度下304/Q345激光焊接头的组织和性能,得到优化后的退火处理制度,为制定异种钢激光焊退火工艺提供一定的理论指导和技术支撑。方法 基于前期大量试验,在激光功率和离焦量不变的情况下,调节焊接速度由15 mm/s到35 mm/s,通过改变焊接速度获得性能优异的焊接接头。由于异种钢物理化学性能差异较大,接头组织不均匀,因此还需对激光焊接头进行退火处理。结果 焊缝区显微组织由板条马氏体与残余奥氏体组成,Q345低碳钢热影响区显微组织为多面体状铁素体与黑色珠光体,其中铁素体含量更多,304奥氏体不锈钢热影响区在奥氏体晶界上析出了铁素体。不同退火温度下碳元素均由Q345低碳钢侧向焊缝迁移,在Q345低碳钢侧形成脱碳层,在焊缝中形成黑色条带状增碳层。随着退火处理温度的升高,峰值温度升高,高温停留时间变长,碳迁移强度随之增加,黑色条带状区域增碳层宽度增大。拉伸性能测试结果表明,试样均断裂于Q345母材一侧,且断口存在韧窝,属于典型韧性断裂。此外,焊缝区硬度(390HV左右)最高,热影响区硬度(300HV)次之,母材的硬度(130HV左右)最低。结论 在给定试验参数范围内,优化后的最佳退火工艺参数为550 ℃-1.5 h。     

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。     

数值模拟在超级钢焊接中的应用

本文综述了超级钢焊接温度场的数值模拟方法及研究现状,以及超级钢焊接热影响区微观组织的预测方法及研究现状,论述了超级钢的强化机制及细晶原理。超级钢作为一种性能好、成本低的新型材料,有着广阔的应用前景,但其焊接工艺尚不完善。数值模拟方法能够准确的模拟超级钢焊接温度场,预测超级钢焊接热影响区微观组织,这对了解超级钢焊接机理有很大帮助,并为优化焊接工艺提供指导和依据。     

激光金属沉积成形过程热应力的数值模拟

根据有限元分析中的"单元生死"技术,利用APDL编程实现了对多道多层激光金属沉积成形过程热应力的三维数值模拟.模拟采用了Gauss热源模型,并引入了沿长边的平行往复扫描方式.计算结果表明,熔池区域以及试样与基板相邻区域是高热应力区,试样内部的热应力较小;试样沿厚度增加方向的热应力在沉积过程中幅值很大并且以拉伸应力为主,是导致试样产生裂缝的主要原因;沉积过程中沉积开始的位置对热应力的分布和强度影响很大,同一沉积层首道各节点热应力值几乎是末道各节点热应力值的一倍.在与模拟过程相同的条件下,实际成形试样裂缝的产生和发展规律与模拟结果相符.     

TC4合金等离子–MIG复合焊过程温度场的数值模拟

目的 研究TC4合金在等离子-MIG复合焊(Plasma–MIG Hybrid Welding)过程中的温度场特性,探究不同电弧功率对熔池形貌的影响。方法 进行了2组4 mm TC4合金板堆焊试验,根据实验结果提出了一种改进的复合热源模型并进行了相应的仿真分析。结果 仿真与实验获得的焊缝截面相吻合;等离子电流的增大使熔池尺寸增大且余高减小,等离子电弧功率的变化对熔池宽度的影响相对较小。结论 等离子–MIG复合电弧对工件的热作用非常集中,更易实现深熔焊、焊接效率更高;所提出的热源模型适用于TC4合金等离子–MIG复合焊温度场模拟。     

Simulation and Validation of Welding Residual Stresses Based on Non‐Linear Mixed Hardening Model

Abstract: This study contributes to Phase 2 of the Task Group 1 round robin in the NeT European Network. To obtain better prediction results, in the thermal analysis, two significant changes are used. The welding efficiency, η, is fixed at 75%, and the weld bead fusion boundary profiles are based upon macrographs taken from welded specimens, which have been destructively examined. In the subsequent mechanical simulation, a non‐linear kinematic or mixed isotropic–kinematic hardening model should be employed, and a progressive annealing scheme or explicit consideration of visco‐plastic or creep effects should be implemented to handle high‐temperature inelastic strains and reduce stress discontinuities. In this study, an uncoupled 3D thermal and mechanical analysis was carried out using the software code SYSWELD. In the thermal simulation, a two‐offset‐double‐ellipsoid heat source model was developed, and the parameters were fitted using the heat source fitting tool. Power intensity was applied to simulate 1‐s dwelling time at the weld start end. Offset distances between two double ellipsoids were adjusted to obtain the weld bead transverse fusion boundary profiles at different positions. Predicted temperatures were compared with the measured data by thermocouples on the test pieces. In the mechanical analysis, a new material constitutive model, non‐linear mixed hardening model, was developed. Tension–compression cyclic tests were simulated at different temperatures using three different material hardening models (isotropic hardening model, kinematic hardening model and non‐linear mixed isotropic–kinematic hardening model), and the predicted cyclic stress–strain curves were compared with the measured data. Effects of three different hardening models on the welding residual stresses were studied. Compared with the measured data, the optimum material hardening model was confirmed.     

静止轴肩对FSW温度与应力影响的数值模拟

目的研究外部辅助静止轴肩对搅拌摩擦焊接过程温度场以及应力场的影响。方法建立有限模型并采用热机耦合的方法分析常规与静止轴肩辅助工艺下7075-T6铝合金搅拌摩擦焊接过程,得出不同工艺下的焊接温度与应力分布状态。对比常规与静止轴肩工艺下的温度与应力结果,得出静止轴肩对焊接过程中温度与应力的影响规律。结果焊缝横截面的高温区域均呈现出上宽下窄的碗型分布。相比于常规工艺,静止轴肩辅助工艺的焊缝区域温度具有上升速度较慢、下降速度较快的特点,且温度峰值低了55.7℃。静止轴肩具有随焊碾压的作用,在焊接过程中为焊缝区域提供一个额外的压应力,抵消焊接过程中产生的拉应力,焊后残余应力降低了17.4%。结论静止轴肩辅助工艺对焊缝区域的温度峰值以及残余应力峰值的降低均具有明显效果。     

基于Simufact的割草盘控制杆焊接成形质量控制研究

目的保证割草机割草盘控制杆焊后的装配精度和尺寸稳定性。方法采用Simufact Welding软件对割草盘控制杆焊接过程进行模拟仿真。通过建立合适的热源模型,得到焊后变形和焊接应力分布情况。结果椭圆板焊缝处为焊接变形最大的区域,最大总变形量为0.73 mm;焊后最大等效应力为395.59 MPa,且沿焊缝两侧向外扩展,等效应力呈递减趋势。结论通过工装优化方案,实现了焊后残余变形控制,最大变形量由0.73 mm降低到0.41 mm,且未引起焊接残余应力的上升,但焊后残余应力仍处于较高的水平,可通过焊后退火消除残余应力。     

CLAM 钢搅拌摩擦焊温度场有限元分析

通过Ansys Apdil参数化语言建立三维温度场模型,采用移动热源分步加载的方法,对CLAM钢在搅拌摩擦焊接过程中的温度场进行模拟分析,结果表明,CLAM钢可以进行固态连接;搅拌摩擦过程中热能主要来自轴肩摩擦生热;焊接头四周的高温区域一直呈现出椭圆形,温度呈阶梯状分布。在板厚方向上,从上表面到下表面温度依次降低,呈等腰梯形分布。     

等离子弧焊接熔池和小孔形成过程数值分析

目的 研究等离子弧焊接穿孔过程中熔池内部的金属流动情况和小孔动态变化过程。方法 通过“传热-熔池流动-小孔”之间的相互耦合关系,建立了等离子弧焊接穿孔过程的数值分析模型,通过VOF方法追踪了小孔界面,采用FLOW-3D软件模拟了等离子弧焊接熔池和小孔的形成过程,定量计算了等离子弧焊接温度场、熔池流场及小孔形状;分析了等离子弧焊接熔池和小孔行为;并通过等离子弧焊接实验数据验证了模拟结果。结果 当焊接时间为0~1.0 s时,小孔深度曲线与熔深曲线几乎相同,小孔底部紧贴熔池底部;在2.8 s以后,小孔深度曲线与熔深曲线有一定距离,小孔深度曲线在一定范围内波动,等离子弧焊接电弧挖掘作用到达极限,电弧压力与其他力达到平衡状态。模拟的焊缝熔深为8.04 mm、熔宽为13.20 mm,实验测得的焊缝熔深为8.00 mm、熔宽为13.42 mm。结论 构建的随小孔动态变化的曲面热源模型和电弧压力模型可以描述等离子弧焊接过程中的电弧热-力分布;模拟出了等离子弧焊接熔池和小孔动态演变过程;模拟得到的等离子弧焊接焊缝形貌与实验测得的焊缝形貌基本吻合。