Tri-Arc与Tandem双丝电弧焊的工作原理对比分析

目的 介绍一种称为Tri-Arc的新型双丝电弧焊接方法。方法 将Tri-Arc双丝电弧焊与应用较广的Tandem双丝电弧焊的系统构成和焊接电流波形进行对比分析。结果 Tri-Arc和Tandem两种双丝电弧焊接方法所使用的双丝焊枪相近,双电源相位同步控制和U/I脉冲控制方式类似。Tri-Arc和Tandem两种双丝电弧焊接方法的差异在于:Tandem双丝电弧焊的2个电弧是相对独立的,而Tri-Arc双丝电弧焊的2个电弧是相互耦合的,因此Tri-Arc双丝电弧焊又具有旁路耦合电弧的某些特点。结论 这种新型的Tri-Arc双丝电弧焊不仅具有与Tandem双丝电弧焊一样的高焊丝熔敷率,而且具有比Tandem双丝电弧焊更低的焊接热输入。     

异种钢激光-电弧焊复合焊接数值模拟

目的研究异种钢激光-GMAW复合焊接温度场以及应力场变化。方法运用ANSYS有限元分析软件,以5 mm厚D500钢和A514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-GMAW焊接热源模型,对异种钢激光电弧复合焊接过程进行了模拟计算,并与实验所得的焊缝形状以及焊后残余应力进行了对比。结果结果表明,异种钢激光电弧复合焊接过程焊接变形以及残余应力实验结果与数值计算结果吻合较好。结论验证了锥体加柱体热源与椭球热源的组合热源模型在异种钢激光-GMAW复合焊接温度场及应力场模拟中的适用性,从而为不同焊接工艺条件下异种钢激光-GMAW复合焊接的焊缝形状和尺寸预测,提供了一种有效的途径。     

碳弧气刨温度场的三维有限元模型

为了分析碳弧气刨过程的温度场分布特征,根据碳弧气刨过程特点,结合"单元死活"技术,建立了一个既考虑电弧热作用又考虑材料去除的碳弧气刨温度场三维有限元模型.在此基础上,对碳弧气刨温度场的特点进行了分析.计算结果表明,电弧强烈的热作用使坡口附近产生了很大的温度梯度,而材料的去除使得该处的温度梯度变得更为剧烈.有限元结果和实验结果对比表明,本文建立的碳弧气刨温度场有限元模型是正确的.     

双弧脉冲MIG焊耦合电弧特性的数值模拟研究

针对双弧脉冲MIG焊热源稳定性差的问题,本文对双弧脉冲MIG焊耦合电弧进行瞬态数值模拟,分析了不同脉冲电流参数下耦合电弧形态、温度和压力的分布及变化规律。研究表明：耦合电弧呈驼峰状,脉冲电流发生跳变时,耦合电弧伸展或收缩,并逐渐稳定,峰值电流越小,越快达到稳定;增大脉冲电流,耦合电弧温度和电弧压力随之升高;保持总电流不变,减小主弧电流,增大旁弧电流,主弧温度和电弧压力减小,旁弧温度和电弧压力增大,当旁弧电流足够大时,耦合电弧温度和电弧压力呈双峰分布。数值模拟结果与双弧脉冲MIG焊工艺实验结果吻合良好,模拟结果对调控双弧脉冲MIG焊脉冲电流参数,改善其耦合电弧稳定性及工艺性能具有重要意义。     

塑料板材热成形过程三维温度场有限元分析潜热处理技术的研究

对塑料板材热成形过程的三维温度场进行有限元分析时采用动态内部热源的方法对潜热进行了处理。在成形过程中利用Ａｖｒａｍｉ方程来解出型坯结晶时任意时刻结晶度的大小，进而求得各单元释放的潜热量。在利用Ｃａｌｅｒｋｉｎ有限元公式求解温度场时采用动态内部热源的方法计算了潜热时温度的影响，对塑料半球形件的温度场进行了计算，并对是否考虑潜热两种情形的温度场进行了比较。     

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。     

贯穿件环焊缝多道焊温度场数值模拟

以贯穿件构件为研究对象,运用ANSYS有限元分析软件,建立了其环焊缝多道焊温度场的有限元模型,采用双椭球热源模型,应用生死单元技术,利用ANSYS软件的APDL语言编写程序,实现了热源在环焊缝上的移动加载,模拟得到了贯穿件环焊缝多道焊焊接过程的瞬态温度场及各点的焊接热循环曲线.结果表明:模拟得到的温度场结果符合实际情况.多道焊温度场模拟方法能准确计算出其温度场,为以后研究贯穿件焊接过程的残余应力场数值模拟提供了依据.     

单缆式焊丝GMAW电弧物理行为的数值模拟

采用Gambit软件建立了单缆式焊丝熔化极气体保护焊(GMAW)电弧三维数值模型,研究了焊接电流对单缆式焊丝GMAW电弧的电流密度、电磁场、温度场、速度场和压力场分布特征的影响。结果表明:缆式焊丝GMAW电弧的电流密度、电磁场、温度场、速度场和电弧压力最大值均随着焊接电流的增大而显著增加。缆式焊丝GMAW电弧电流密度和温度最大值位于焊丝阳极端部。电弧等离子流速最大值位于弧柱区。随着焊接电流的增加,电弧最大压力位置由速度入口向阳极区转变。在相同的焊接工艺参数条件下,三维数值模拟所得电弧形态与高速摄像系统拍摄的电弧形态吻合,验证了模拟所选三维模型的准确性。     

真空自由燃烧氦电弧温度场的数值模拟研究

对蒸发冷凝法制备纳米粉体装置的加热源——真空自由燃烧氦电弧进行了研究。阐述了电弧的构造及电位分布，介绍了电弧产热的机理。在满足一定基本假设的前提下，文中给出了电弧的控制方程。运用有限元理论，构建了自由燃烧电弧的计算模型，运用ANSYS8．0对电弧的温度场进行了模拟，并应用类比法验证了本文构建的计算模型及模拟结果的正确性。     

焊接参数对TC4薄板焊接过程的影响

目的 揭示焊接参数对TC4薄板焊接过程中温度场、位移场及应力场的影响规律。方法 基于有限元（FEM）模拟方法,运用Fortran语言对焊接热源及焊接参数进行定义,以模拟不同焊接参数下TC4薄板的TIG对接焊过程。结果 在稳弧阶段,温度场为一组以焊接方向为长轴的椭圆,且存在温度梯度,随着焊接速度的增大,温度场峰值、温度场温度梯度、熔池宽度和熔池体积逐渐减小,而焊接效率和焊接电流对温度场的影响与焊接速度刚好相反;随着焊接速度的增大,薄板最大变形量逐渐减小,焊接角变形及挠度变形逐渐得到改善,而焊接效率和焊接电流对位移场的影响与焊接速度刚好相反。在稳弧阶段,焊缝位置的残余应力为拉应力,两侧为压应力,随着焊接速度和焊接电流的增大,纵向残余拉应力逐渐增大,焊缝处高应力集中区的宽度逐渐减小,而焊接效率对应力场的影响与焊接速度刚好相反。在高焊接速度、中等焊接效率、低焊接电流参数条件下,可获得熔池体积小及熔池宽度窄的焊缝,有利于减小焊后残余应力与变形。结论 上述研究结果可为TC4薄板的焊接过程提供一定的理论指导。     

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...     

纯铝板搅拌摩擦焊温度场数值模拟

建立了搅拌摩擦焊热源模型,利用有限元分析软件ABAQUS模拟了搅拌摩擦焊的温度场,研究了焊接速度、搅拌头轴肩尺寸和垫板材质对搅拌摩擦焊接过程中试板的温度场的影响。结果表明：随着焊接速度的提高,焊件上各点的峰值温度降低,经历高温区的时间减少;轴肩摩擦热是热输入的主要来源,随着搅拌头轴肩尺寸的增加,焊缝中心高温区同一等温线上宽下窄的分布特征越来越明显;垫板材质明显影响焊件底部的温度和分布;适当的焊接参数、搅拌头尺寸及散热条件对获得较好的焊缝质量极为重要。     

铝锂合金电子束焊接数值模拟分析及工艺优化

采用组合热源模型对Al-Li合金电子束焊接温度场分布进行数值模拟分析,通过热-力耦合,模拟计算得到接头区域的残余应力分布.结果表明,Al-Li合金电子束焊接温度场沿焊接方向呈椭圆形分布,电子束热源中心的温度最高,其附近区域的等温线分布密集,随着与热源中心的距离增大,等温线分布逐渐稀疏,焊缝区存在较大的温度梯度,较好地模拟出了电子束焊缝的钉形分布特征.接头的残余应力分布模拟结果显示,残余应力主要集中于焊缝区,由于修饰焊的热作用,焊缝上部具有相对较大的应力值.利用模拟计算得到的结果进行焊接工艺及参数优化,焊接工艺试验表明,试验焊缝形貌与模拟熔池形貌相吻合,进一步验证了模拟计算结果的可靠性.     

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。     

A transient finite element simulation of the temperature and bead profiles of T-joint laser welds

Laser welding is a high power density welding technology, which has the capability of focusing the beam power to a very small spot diameter. Its characteristics such as high precision and low and concentrated heat input, helps in minimizing the micro-structural modifications, residual stresses and distortions on the welded specimens. In this study, finite element method (FEM) is adopted for predicting the bead geometry in laser welding of 1.6 mm thick AISI304 stainless steel sheets. A three-dimensional finite element model is used to analyze the temperature distribution in a T-joint weld produced by the laser welding process. Temperature-dependent thermal properties of AISI304 stainless steel, effect of latent heat of fusion, and the convective and radiative boundary conditions are included in the model. The heat input to the model is assumed to be a 3D conical Gaussian heat source. The finite element code SYSWELD, along with a few FORTRAN subroutines, is employed to obtain the numerical results. The T-joint welds are made using a Nd:YAG laser having a maximum power of 2 kW in the continuous wave mode. The effect of laser beam power, welding speed and beam incident angle on the weld bead geometry (i.e. depth of penetration and bead width) are investigated. Finally, the shapes of the molten pool predicted by the numerical analysis are compared with the results obtained through the experimentation. The comparison shows that they are in good agreement.     

2024铝合金水下搅拌摩擦焊热力耦合仿真分析

目的 优化搅拌摩擦焊接工艺参数,以提高接头的力学性能。方法 基于ABAQUS软件建立了热力耦合有限元模型,使用耦合欧拉-拉格朗日方法对典型的航空航天用板材2024铝合金的水下搅拌摩擦焊接过程进行了仿真研究。分析了搅拌摩擦焊接过程中板材的温度场分布和材料变形情况,同时研究了前进侧和后退侧相应位置材料的流动特征,进一步讨论了搅拌头冷却速度和摩擦因数对焊接温度和材料流变场的影响。结果 当摩擦因数较小时,针对焊接过程的有限元模拟将会失败;前进侧和后退侧材料变形和流动差异显著;焊接温度和等效应变随摩擦因数的增大而升高,随冷却速度的增大而降低。结论 当摩擦因数为0.8时,能较好地完成焊接。相对于空冷,水冷能明显缩短高温持续时间。     

6082-T6回填式搅拌摩擦点焊热-流耦合分析

为了解释了回填式搅拌摩擦点焊的连接机理,本文根据6082-T6铝合金回填式搅拌摩擦点焊焊接过程的特点,建立了简化的热源模型,利用有限元分析软件ANSYS模拟出焊接过程中的温度场,进而耦合得到其应力场.结果表明:随着焊接过程的进行,铝合金6082-T6最高温度分布在袖筒1/2处,焊点处粘塑性金属的最大流动速度出现在铝合金上表面袖筒内侧区域;通过分析模拟过程中流体流动的流线与试验测量所得接头形貌照片,得到流场的分布规律.     

基于Ansys的铝箔密封受热温度场研究

目的研究铝箔不同的密封情况对电磁加热过程中铝箔表面温度分布的影响,建立非接触式密封性检测方法的理论依据。方法首先创建感应加热理论的有限元数学模型,计算感应电流产生的焦耳热量,以此为内部热源求解温度场。然后通过有限单元法创建6种不同密封情况的铝箔封口稳态热传导模型,对不同铝箔密封情况在恒定温度条件下进行温度分布的三维分析求解,并采用Ansys软件模拟分析加热温度场下铝箔密封的传热特性。结果得到了各种密封情况对应的温度场图像及温度曲线,其中铝箔密封完好的热图像呈高温闭合且均匀的环状区域,在其温度曲线中,温度集中分布在70～80℃,并具有对称性特点,且有2个高温峰值;另外5种为不成环或成环不均的热图像,表明铝箔密封失败。结论通过研究热温度场分布特性可以判断铝箔封口密封程度,能够为进一步优化非接触式密封性检测的自动化程度提供理论支持。