双丝焊温度场仿真的热源模型研究

分别以高斯热源模型及双椭球形热源模型为基础，推导出两种模型用于双丝焊的计算公式，建立了合适的有限元模型。在充分考虑各种边界条件下，对两种模型所建立的温度场进行了计算，得到25钢的双丝焊接瞬态温度场的分布规律。两种模型的仿真结果与工艺试验结果比较表明，双椭球形热源模型比高斯热源模型更适合双丝焊的三维有限元分析。     

双丝焊温度场仿真的热源模型研究

分别以高斯热源模型及双椭球形热源模型为基础,推导出两种模型用于双丝焊的计算公式,建立了合适的有限元模型。在充分考虑各种边界条件下,对两种模型所建立的温度场进行了计算,得到25钢的双丝焊接瞬态温度场的分布规律。两种模型的仿真结果与工艺试验结果比较表明,双椭球形热源模型比高斯热源模型更适合双丝焊的三维有限元分析。     

T型角接头焊接热源模型研究

基于有限元软件ANSYS建立了T型角接头的三维热分析模型,阐述高斯热源模型、双椭球热源模型、均匀热源模型以及两种组合热源模型的分布函数形式,并应用各热源模型结合生死单元技术对T型接头焊接过程进行数值模拟,得到不同热源模型下的焊接动态温度场。通过对数值模拟结果的分析对比表明:高斯热源及高斯-双椭球组合热源模型的模拟熔池尺寸大小有限,使得焊缝不能达到完全熔化;双椭球热源、均匀热源模型及高斯-均匀组合热源模型能较真实地模拟焊缝熔合区的形状及温度场分布,其中应用均匀热源模型可达到更为满意的结果。     

用于铝合金焊接数值模拟的高斯热源参数确定

高斯热源模型适用于焊接电弧冲击力较小的温度场数值模拟,如何有效确定高斯热源半径参数对于保证焊接模拟计算精度至关重要。在分析焊接瞬态温度场控制方程及边界条件的基础上,建立了2024铝合金焊接温度场有限元数值分析模型,选用高斯移动热源进行加载,计算与分析了高斯热源电弧有效加热半径对焊接温度场计算结果的影响,与红外线热成像仪实验得到的温度场结果进行对比并修正热源模型参数,确定了2024铝合金在给定焊接参数下的高斯热源有效加热半径值,为进一步准确、有效地研究焊接温度场、应力场分布规律提供参考数据。     

T形接头焊接温度场的三维数值模拟

利用有限元分析软件ANSYS,对T形接头焊接的温度场的分布进行了动态模拟,提出高斯函数和双椭球函数相结合的双热源模型.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.     

异厚度铝合金薄板激光拼焊温度场数值模拟

利用ANSYS软件对异厚度铝合金激光拼焊的温度场进行三维瞬态有限元分析.为了提高计算精度和效率,采用过渡网格划分形式划分网格以保证焊缝处网格足够细小.选取高斯函数分布的热源模型,利用ANSYS软件的APDL语言编写程序实现移动热源的加载.在模拟中既考虑一般激光焊接中材料热物理性能参数的温度相关性、熔化潜热、边界条件、等离子体、熔池对流、保护气体等对温度场的影响,又考虑异厚度铝合金激光拼焊的特性.利用高温热电偶检测异厚度铝合金激光拼焊过程中的温度场,将模拟值与实测值进行对比分析,结果表明,模拟值与实测值吻合良好.     

异种金属激光焊接的温度场分析方法及应用

随着激光焊接在电子元器件的局部焊接中应用越来越广泛,有必要开展焊接引起的产品可靠性问题的研究,而焊接温度场分析是进一步分析焊接缺陷以及焊接残余应力对产品可靠性影响的前提条件,因此,本文采用有限元方法计算了激光功率400 W,光斑直径0.3 mm,焊接时间1 min等参数下难熔异种金属钽和钼(Ta/Mo)的三维激光焊接模型的温度场。文章介绍了建模、网格划分、边界条件设置、材料性能参数随温度变化和相变潜热的处理方法,并计算了高斯和平均分布2种不同热源模型的加载方式的焊接温度场模拟结果。结果表明,对于激光热导焊采用高斯热源加载方式会更准确,焊接中间层金属Pt的最高温度有1 900.1℃,超过其熔点,焊接效果较好;同时呈现激光热导焊典型的熔池形貌—碗状,并用确定的仿真模型讨论了不同焊接速度、不同焊接功率对焊接温度场分布的影响,分析结果可为激光焊接异种金属材料的工艺参数的选择提供理论依据。     

网格尺寸对双椭球热源模型作用下焊接温度场计算的影响

文中以Q345E薄板对接焊焊接过程为研究对象,基于双椭球功率密度分布体热源模型,利用ABAQUS有限元软件建立其1/2模型,通过数值模拟研究了不同网格尺寸对焊接温度场的计算精度和计算效率的影响,结合数值积分计算,分析比较了不同网格尺寸下,理论热输入与实际热输入的差别,提出了适宜的网格尺寸.计算结果表明,随着网格尺寸的不断减小,收敛时间变长,CPU计算时间变长,焊接温度场的最高温度、焊接熔池的宽度和深度减小;当网格尺寸减小至双椭球功率密度分布热源深度方向长度的1/2时,理论热输入与实际热输入偏差较小,得到的焊接温度场最高温度、焊接熔池宽度和深度也趋于恒定.     

三明治板约束电弧窄间隙焊接温度场模拟

建立了适用于焊剂片约束电弧窄间隙焊接温度场有限元模型,以及由高斯面热源与改进的三维锥体热源的复合热源模型,对厚度为5 mm的BS960高强度钢三明治板应用ABAQUS进行了约束电弧焊接数值模拟,并获得了BS960高强度钢焊接温度场的分布特征及焊接过程热循环曲线。结果表明:模拟获得的焊缝形貌特征与实际基本吻合,模拟所得的温度场结果与试验所得结果相近,验证了所建立的热源模型在计算焊剂片约束电弧窄间隙焊接温度场的可行性,为后续应力应变的研究和密集焊缝下整板变形控制研究打下了基础。     

不同焊接电流电压下超级钢热影响区晶粒尺寸的数值模拟

.利用工程模拟软件模拟超级钢焊接温度场,在温度场模拟过程中对工件进行三维有限元网格划分,焊缝及热影响区等重要部位网格划分细密,离焊缝较远位置网格可适当稀疏.热源模型采用双椭球分布模式,利用计算机语言编制热源程序.从模拟温度场中提取热熔合线和焊接热循环曲线等信息,并实验加以验证,实验结果与模拟结果基本吻合.在热影响区温度场基础上,结合晶粒长大动力学原理计算热影响区晶粒尺寸,并实验加以验证,实验结果与计算结果基本吻合.利用此方法计算不同焊接电流、电压下热影响区晶粒尺寸,绘制晶粒尺寸图,定量预测了晶粒尺寸随电流、电压增加而增大的趋势.     

Three dimensional numerical simulation of welding temperature fields in stainless steel

Three kinds of mathematical models representing welding heat sources are presented. Among them, Gaussian model and double eUipsoidal model are used to analyze the thermal distributions with finite element method. At the same time, this paper analyzed the influences of the heat source models, the latent heat and the welding parameters on the temperature distributions. The comparisons between the simulated results and the experiments show double eUipsoidal model is good for three-dimensional numerical simulations. Furthermore, the adaptive mesh technique is applied in the three-dimeusional model which greatly reduces the number of nodes and elements in the simulation.     

大型复杂结构件高效焊接热源

文中基于分段化思想,建立了以焊缝等效温度为控制参数的分段移动温控型体热源模型,并利用Q345B平板对接焊模型对其进行模拟验证. 同时以计算时间、计算精度为基准,基于不同网格尺寸,对分段移动温控型热源、逐点移动双椭球体热源、分段移动双椭球体热源三种热源模型的计算效率进行对比分析. 结果表明,文中提出的分段移动温控型体热源模型所获得的残余应力和变形与逐点移动双椭球体热源模拟结果趋势一致,其计算精度与分段移动双椭球体热源相当,但计算效率更高,在复杂结构件上的使用效果更突出.     

基于Sysweld的T形管焊接件温度及应力应变场数值模拟分析

采用双椭球体热源分布模型,基于Sysweld软件平台,对常用的暖气运输管道中T形管焊接过程进行数值模拟仿真.首先通过UG建立三维模型并导入Hypermesh进行了网格划分,之后在Sysweld中对焊接过程进行模拟仿真,获得了温度场及应力应变场的分布情况.然后对焊接过程温度云图及焊件整体形变进行了详细的分析,结果表明,热源处的温度达到2500℃左右,在焊缝周围形成了明显的热影响区;并在焊缝区域出现应力集中情况,其最大应力为277 MPa,在其材料的屈服应力范围内(345 MPa);且在焊缝处出现下凹现象,最大变形量为0.29 mm.此次分析为实际焊接提供理论依据.     

小孔等离子弧焊接热场的有限元分析

根据小孔等离子弧焊接的工艺特点，建立了相应的热源模型和焊接热场的分析模型。数值模拟结果表明，一般的双椭球体热源和三维锥体热源不能准确描述小孔等离子弧焊接热过程。提出了改进型的三维锥体热源模型，可以较准确地计算焊缝的正面和背面熔宽，但熔合线走向的计算精度仍较低。在此基础上，考虑等离子弧对熔池的热-力作用，建立了符合小孔形态的热源模型，对小孔等离子弧焊接热场进行了有限元分析，计算出的小孔等离子弧焊缝形状与试验结果吻合良好。     

TC4钛合金激光焊缝形貌与残余应力数值研究

针对激光深熔焊特点,采用均匀体热源模型、双椭球热源模型和组合热源模型,对TC4钛合金CO2激光深熔焊的焊缝形貌和残余应力进行了数值与实验研究。结果表明:在进行激光焊缝形貌与残余应力计算中,须根据激光焊接线能量选择激光热源模型,由此提出了均匀热源模型适合较大线能量,双椭球热源模型适合中等线能量,而组合热源模型适合较小线能量选择原则。组合热源模型和双椭球热源模型均能体现热输入随深度的递减变化,熔池轮廓呈现"圆锥"形和"钉子"形,均匀体热源的上下表面的残余应力分布基本一致,而双椭球热源和组合热源模型的下表面残余应力明显低于上表面。     

基于ANSYS的GMAW温度场计算

根据传热学、流体力学、物理冶金等理论，建立了运动电弧下熔化极气体保护焊(GMAW)的三维非稳态熔池的数学模型。在数学模型的基础上建立了GMAW堆焊的有限元模型，并使用通用有限元软件ANSYS对熔池温度场进行了计算，在计算的过程对有限元模型进行了非均匀网格划分，加入了熔滴对熔池的能量和表面变形的影响，采用了双高斯热源叠加的双峰热源分布模型，应用有限元生死单元的处理方法。并通过不同工艺参数下的工艺试验的熔宽和熔深的测量值与ANSYS计算值进行了比较，熔池的熔宽和熔深的误差均控制在8％以内。结果表明，使用ANSYS和使用双峰分布的热流来计算GMAW温度场均是可靠和可行的。     

Line Gauss heat source model: an efficient approach for numerical welding simulation

Abstract

In view of the characteristics of the welding heat source, a new heat source model based on an established Gauss model, termed the line Gauss heat source, is developed to improve calculation efficiency. A typical welding process is simulated using both Gauss and line Gauss source models. The results show that using the new model, analysis time can be reduced greatly while high precision is maintained, and this method renders three-dimensional simulation of some real welding structures containing long welds practical. The cutting processes for the side plate of a bridge crane beam are simulated using the line Gauss source model, and the results agree fairly well with real measurements.