摆动焊接动态过程温度场数值模拟

通过对常用的摆动式焊接的温度场进行数值模拟,根据摆动式焊接的速度和方向变化的特点,在经典的双椭球热源模型的基础上建立了摆动电弧动态热源模型,采用大型商用MARC.MSC软件进行了三维温度场模拟,并采用热电偶进行测温,计算结果与试验结果相吻合.通过对摆动焊熔池的演变过程、温度曲线、峰值温度曲线进行了分析,研究发现,摆动式焊接与常规的无摆动焊的温度场特征不同,摆动焊的温度曲线在加热过程和冷却过程都有一个小波峰出现,熔池经历了多次加热冷却过程,并且熔池的峰值温度随横向摆动速度的增大而减小.     

铝合金加筋板焊接温度场和残余应力数值模拟

数值模拟作为一种高效可靠的技术手段,可分析焊接过程中温度场的分布情况。在数值模拟中,采用热源模型代替焊接热输入,使用热源模型是获取温度场的基础。梳理了现有的热源模型,并进行分类归纳,分析和总结了不同热源模型的特点、局限性及适用焊接场景。结果表明,高斯热源适应于焊接速度小、电弧冲击力小、焊接板材厚度不大的焊接方法;双椭球热源适用于焊接速度大、电弧冲击力大、焊接板材厚度较大的焊接方法;在大型构件的数值模拟中,采用带状分段移动热源可以大幅提升计算效率;针对焊接熔池形状复杂和焊接热输入需分成2部分的情况下,采用组合热源比单一热源得到的模拟结果更准确;对于动态特性明显的焊接过程,动态热源模型相比静态热源模型更具优势。

     

激光诱导焊接温度场的数值模拟

提出了激光诱导的概念,建立了激光诱导物理及热源模型,推导了激光诱导移动点热源加热薄板的准稳定状态方程.利用MARC软件对304不锈钢激光诱导焊接温度场进行了有限元分析.选取建立的激光诱导热源模型,进行二次开发编写子程序,实现激光诱导移动点热源的加载.利用高温热电偶实测激光诱导焊接的温度场热循环曲线,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.     

不锈钢焊接凝固裂纹温度场的数值模拟

进行不钢焊接凝固裂纹温度场分析与数据模拟。首先将电弧民辐射状对称并呈高斯分布的二维热流作用于工件表面,解决了电弧产热问题;其次,通过液淬法测试金属的固相分数随温度变化率,得到了凝固热放率;最皇采用增大热传导系数的方法,考虑了熔池内流体流动对整个温度场的影响。在此基础上,建立了二维焊接凝固裂纹温度场计算模型。此外,采用有限元方法计算了二维焊接凝固纹温度场,并研究了焊接规范参数及材料的热物理性能对 影     

电渣焊接头温度场数值模拟

为了研究建筑钢结构箱型柱中腹板与隔板处电渣焊接头的温度场,以有限元软件MSC.Marc为平台,开发了用于电渣焊温度场的计算方法. 在所开发的计算方法中,采用了半椭球等密度热源模型来模拟电渣焊的热输入,以生死单元技术考虑焊缝成形,并采用实测得到的低合金高强度钢SM490A材料的高温热物理性能参数模拟了箱型柱中的腹板与隔板电渣焊接头的温度场. 同时采用试验方法实测了电渣焊接头典型位置的热循环曲线,并观察了接头的焊缝宏观截面形状. 结果表明,计算得到的热循环曲线与实测结果十分吻合,计算得到的焊缝形状与试验结果也基本一致,验证了所开发的数值计算方法的有效性.     

激光焊接温度场数值模拟

深入分析了激光焊接小孔传热模型的特点，在此基础上选取合适的热源形式，研究了移动线热源和高斯分布热源作用下，准稳态与瞬态激光焊接温度场。利用MAT—LAB软件及ANSYS有限元分析程序对激光焊接温度场地分别进行了计算及模拟，并且将两种分析结果进行了比较。最后还将有限元的模拟值与实测值进行了对比分析，进一步验证了小孔模型与高斯热源在激光焊接温度场模拟中的适用性。     

热压条件下激光深熔焊接温度场的数值模拟

对铝合金LF3Y2搭接板进行了热压条件下激光深熔焊接.建立了该条件下的焊接热源模型,热源模型由作用在工件表面的高斯面热源和沿激光入射方向的旋转高斯体热源构成.使用该热源模型和ANSYS有限元分析软件对前述的试验进行了数值模拟.结果表明,热压使激光在高速焊接时依然有足够的熔深和熔宽;试件表面的等温线呈椭圆形,在移动热源前方温度梯度大,后方温度梯度小;计算所得的熔池截面成形与工艺试验结果吻合良好,验证了该热源模型的合理性.     

304不锈钢TIG焊接工艺及数值模拟

采用TIG焊对304不锈钢进行平板焊接试验,并从微观组织、力学性能方面对试验结果进行分析,选出最佳工艺参数为:焊接电流310?A、焊接速度13?mm/s.通过金相组织表征、X射线荧光衍射和电子背散射衍射等分析方法得出焊接接头的焊缝组织奥氏体和铁素体组成.采用大型通用有限元模拟软件Abaqus,选用双椭球热源模型对TIG...     

小孔型层流电弧等离子体焊接温度场数值模拟

根据层流电弧等离子体射流的特性及小孔焊接的特点,建立了一种新型焊接热源模型,它利用衰减函数表征热流密度在工件厚度方向上的变化;针对焊接时焊缝处复杂的温度变化,采用非均匀网格对单元进行划分.在考虑材料热物理性参数随温度变化及相变潜热的情况下,对焊接过程进行了数值分析,并对小孔型层流电弧等离子体焊接工艺进行了探索研究.结果表明,控制焊接功率可以实现对小孔熔池最高温度的控制;而焊接速度对小孔熔池的形成有着决定性作用.     

厚板铝合金YAG-MIG复合焊接温度场数值模拟

基于ANSYS软件,采用移动旋转高斯体热源函数加载,对12mm厚板铝合金YAG激光-MIG电弧复合焊接进行了温度场有限元数值模拟,模拟中综合考虑了对流、辐射和热传导对焊接热过程的影响,将模拟结果与相同工艺条件下实际的焊接试验结果进行了比较,验证了旋转高斯体热源模型在厚板铝合金复合焊接中的适应性.采用同样的数值模拟热源和试验模拟方法,同样得到了该铝合金5 mm板模拟结果与实际结果相当一致的结论.从而为不同焊接工艺条件下铝合金中、厚板激光-电弧复合焊接焊缝形状和尺寸预测提供了一种有效的途径.     

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.     

水深和流速对水下湿法焊接热过程影响的数值模拟

水下电弧在高压和强烈冷却作用的环境下,其弧压、形态和能量密度都发生了改变,工件的换热条件更发生了显著的变化.文中考虑水下压力对电弧的压缩和水环境中工件换热速度的提高,进行一定的参数假设,建立了湿法熔化极气体保护焊接热过程的数值分析模型,得出了不同水深和不同水流速度下的工件热循环曲线、熔池形状等典型数据.模拟结果表明,随水深增加,熔池的深度增加而宽度减小,各等温线的形状也逐步变得狭窄而且更深;随工件表面水流速度增大,熔池变小,等温面所笼罩的体积也显著减小.     

Numerical simulation of gas metal arc welding temperature field

The infrared camera is used to investigate the temperature field of gas metal arc welding.The results show that the temperature distribution of weld pool and adjacent area appears cone shape.A new heat source model combined by Gaussian distribution heat source of the arc and conical distribution heat source of the droplet is set up based on the experimental results, and with the combined boundary conditions,the temperature field of gas metal arc welding is simulated using finite element method.According to the comparison between the results of experiment and simulation in temperature field shows that the new combined heat source model is more accurate and effective than the Gauss heat source model.     

基于ANSYS有限元对双丝焊焊接的三维温度场模拟

焊接热过程是一个动态热循环过程,涉及到电弧变化、材料冶金和化学、传热、传质和力学性能改变的复杂过程,在焊接过程中和焊后将产生相当大的残余应力和变形,影响焊接结构的制造精度、强度、韧性和使用性能。焊接三维数值模拟研究的现实意义在于:全面预测影响残余应力与变形的各种因素及其影响规律,达到优化焊接结构设计和工艺设计,控制焊接应力及变形,焊接数值模拟技术已成为目前国内外发展的重要方向。     

Numerical analysis of thermal process in continuous drive radial friction welding

A heat source model for radial friction welding was proposed, which was determined by friction pressure, friction coefficient, material properties and extrusion speed of material. A 3 D model was established to analyze the continuous drive radial friction welding temperature field of 45 steel pipe. The influences of friction pressure, friction time and rotation speed on the temperature of the friction interface were analyzed. The results showed that the temperature on the friction inter face rapidly rose to a peak temperature in initial friction stage and kept constant in the stable friction stage. Welding parameters of friction pressure, friction time and rotation speed had few influences on the peak temperature, while the increase of friction pressure and rotation speed could shorten the time to reach the peak temperature.     

焊接热力耦合仿真热边界条件研究

热边界条件定义是焊接热力耦合仿真前处理设置的重要环节,直接影响到仿真结果的准确性,尤其是对于铝合金类高导热材料焊接仿真而言。本文研究了焊接热力耦合仿真热边界条件的定义方法,通过实验与仿真,对温度场和残余应力分布模拟结果的影响因素进行了探讨。     

爆炸焊接三维数值模拟

采用非线性有限元软件MSC.Dytran对爆炸焊接过程进行了三维数值模拟,获得了爆炸焊接过程中速度及界面压力的分布及其大小,并与经验公式的理论计算结果进行了比较.结果表明,爆炸焊接数值模拟的结果与理论计算值基本相符,所建数值模型准确,Dytran可较好的模拟爆炸焊接过程,计算爆炸焊接过程中的压力及速度变化分布,但不能对爆炸焊接过程中的射流及波形特征进行模拟.通过三维数值模拟可方便地了解爆炸焊接过程,对爆炸焊接工艺参数的选择提供参考.     

窄间隙坡口激光-MAG复合焊温度场数值模拟

采用激光电弧复合焊焊接窄间隙坡口钢板,坡口会影响激光光致等离子体及电弧形态,从而改变能量密度分布。采用数值模拟手段,综合考虑激光与电弧的相互作用以及窄间隙坡口对等离子体及电弧的压缩作用,建立激光-MAG复合堆焊热源模型和适用于窄间隙坡口的激光-MAG复合焊接热源模型,并分别进行堆焊和窄间隙坡口对接焊的温度场数值模拟。结果表明,两种热源模型的模拟所得焊缝形状与实际焊接焊缝熔合线相符性良好,熔宽、熔深相近,窄间隙坡口对温度场分布有重要影响。     

电子束焊接数值模拟新型热源模型的初步探索

旋转高斯曲面体热源模型,能较好的反映电子束焊接深熔焊的特点,但只能得到圆滑的“抛物”形焊缝。作者对此进行了改进,使其能较好的反映常见的“酒杯”形或“钉”形焊缝,并采用了ANSYS软件对平板电子束焊接温度场进行了数值模拟,同时从焊缝形貌及试验测得的热循环曲线进行验证,得到了与试验结果较吻合的温度场计算结果。