焊枪对中位置对T型角焊缝熔透的影响

在中厚板T型角焊接中,焊枪对中位置对焊缝成形质量有直接影响。考虑到角接坡口形式以及熔化金属流动等因素,采用了双椭球热源模型,并利用有限元分析软件COMSOL建立了不同焊枪对中位置的角焊缝有限元模型。根据温度场计算结果,研究了焊枪对中位置对背部熔宽和背部熔透区域的影响。采用仿真所用参数进行了试验,所得的熔合线位置与仿真结果吻合较好,从而证明了热源模型的合理性。     

低碳钢薄板激光焊数值模拟及工艺

在试验基础上,考虑了材料导热系数、对流换热系数、热焓等参数随温度的变化,通过有限元软件ANSYS建立激光薄板焊接的热源模型,模拟激光焊焊接过程,研究其温度场分布。对比试验和模拟结果,得出其焊缝形状基本一致。同时分析焊接电流、脉宽、频率对熔池熔深、熔宽的影响,结果显示,熔深、熔宽与电流成正比,与脉宽和频率成反比。对焊缝组织进行研究,发现焊缝主要由珠光体和铁素体构成,材料性能满足焊接要求。     

焊接电参数对GTAW熔透状态的影响

针对非熔化极气体保护焊(gas tungsten arc welding, GTAW)过程中因焊接参数波动、热传导条件变化难以实时检测和控制熔透的难题,考虑304不锈钢相变潜热随温度的变化,建立了焊接电参数与熔池相变潜热、背面熔宽间的动态变化数学模型,仿真研究了改变焊接电流、电弧电压对焊缝熔透状态的动态影响规律,预测了恒定电参数下点焊熔透状态发生改变的时间. 采集了同参数焊接过程中表征熔透状态变化的反射激光点阵视频图像,统计计算了实际熔透发生改变的时间. 结果表明,所建立的动态数学模型能够反映焊缝熔透状态随电参数的动态变化过程,且焊接电流对熔透状态的影响更显著;熔透变化预测时间与实测时间一致.     

双钨极氩弧焊焊缝成形的数值模拟

采用数值模拟方法对双钨极氩弧焊的焊缝成形规律进行研究.考虑到两个电弧的相互吸引作用导致电弧偏转,仿真时采用倾斜热源模型.对比分析了单、双钨极氩弧焊的焊缝成形特点,研究了双钨极氩弧焊焊接过程中钨极间距、电流大小和匹配形式对熔池形状的影响.结果表明,相对于单钨极氩弧焊,双钨极氩弧焊的熔宽窄,熔深略小;随着钨极间距的增加,熔宽增加,熔深减小;随着电流的增大,熔深和熔宽都有一定程度的增加;两钨极上焊接电流的不同匹配形式会对焊缝成形产生影响.     

基于ABAQUS的双丝埋弧堆焊层温度场模拟

利用ABAQUS软件的FORTRAN语言编写程序实现双丝埋弧焊温度场的有限元计算,从而建立了该温度场的有限元模型,研究移动热源载荷下,不同工艺参数对双丝埋弧焊层温度场分布的影响,并且进行堆焊试验验证。试验结果表明,随着焊接电流和电弧电压的增加,熔池的熔宽及熔深都有所增加;随着焊接速度的增加熔宽、熔深都有所减小。这一结果与仿真结果一致。     

非对称角根焊熔透和焊后变形的规律

T形角接单侧开V形坡口的中厚板焊接具有成本低、生产效率高的特点,但这种焊缝两侧结构非对称,尤其根部结构厚度悬殊,焊接热传导差异大,不易有效保证良好全熔透成形,且焊后工件常伴随变形较大,影响后续安装使用. 为了获得非对称焊缝焊接热输入对熔透和变形的作用机制,提出考虑热输入大小和能量分配两个因素探讨对热传导规律的影响. 在温度场模拟中引入了等效双高斯热源模型,有效提升了计算精度. 采用数值模拟和试验相结合的方法,对熔透成形、应力场分布和焊件变形进行了对比分析. 结果表明,当焊接电流保持不变且焊枪角度为20°时,焊件变形量最大,焊接试件变形增加18%左右;当焊枪角度一定时,焊件变形量随焊接电流的逐渐增加而增大,最大变形量为2.595 2 mm. 相关研究揭示了非对称焊缝熔透和焊接变形规律,为此类非对称角根焊的焊接质量工艺参数优化提供理论支持.     

焊枪行走角变化对等离子弧穿孔立焊焊缝成形的影响规律

以5 mm厚的5A06铝镁合金板材为主要研究对象,焊缝的正面熔宽和背面熔宽为成形特征参数,通过正交试验确定焊枪行走角变化对焊缝成形影响的显著性,从能量传递的角度研究了焊枪行走角的变化对等离子弧穿孔立焊焊缝成形产生影响的机理.结果表明,焊枪行走角对焊缝成形的影响在焊接电流和离子气体流量之间;焊枪与试板垂直时正面熔宽最大,而随着行走角的减小,焊缝背面熔宽逐渐增大.焊枪行走角的改变使熔池正面的能量密度以及背面最高温度截面和最大熔宽截面的相对位置发生变化,对焊缝背面熔宽的影响可归结于厚度方向不同截面热源位置的偏离与工件厚度导致的传热滞后之间相互作用的结果.     

304不锈钢薄板脉冲激光焊焊接热过程数值分析

针对不锈钢薄板脉冲激光焊接的特点,基于有限元分析软件ANSYS,对0.5 mm厚的304不锈钢薄板脉冲激光焊接的热过程进行三维数值动态模拟.建模时采用实体单元和表面单元结合,并采用焊缝处细密、远离焊缝处粗略的不均匀网格,除了施加整体与外界的对流散热条件外,还考虑了工件与夹具之间的传导换热,分析了焊接温度场在工件上的分布规律及工艺参数对焊缝成形的影响,并据此提出了提高不锈钢薄板激光焊焊接接头质量的方案.计算结果表明,熔池的尺寸随输入能量的变化较为明显,在激光加热0.05 s后材料开始熔化,熔池呈现大幅度增长趋势;焊接速度对熔深和熔宽的影响较为显著,熔宽随焊接速度的增加而逐渐减小,熔深几乎与焊接速度成反比,当焊接速度约为0.4 m/min时,熔深为0.5mm以上,工件熔透,且深宽比可达到2∶1.计算所得熔池大小与试验结果基本吻合.     

非对称T形角接结构焊接温度场模拟与验证

利用有限元分析软件COMSOL建立了非对称T形角接结构的有限元模型,对非对称T形角接结构焊接过程的温度场进行数值模拟,分析温度场的变化规律,并通过试验验证模拟结果的准确性,比较了在不同焊接角度下焊缝熔池的变化规律。结果表明,在焊枪倾角为45°时,焊缝成形良好,能够获得较好的焊接质量。     

AZ31B镁合金TIG焊接工艺研究

以AZ31变形镁合金为研究对象,分析了其TIG自动焊过程中焊接工艺参数对焊缝成型的影响.结果表明,增加焊接电流,焊缝的熔透和熔宽都增加;增大焊接速度,熔透和熔宽将减小;在一定范围内的弧长增加也会使焊缝熔透增加,但弧长过大反而会降低焊缝的熔透.     

Numerical simulation of asymmetric fillet weld pool based on temperature field and flow field coupling

The temperature field and flow field were analyzed to solve the problems of unstable penetration and poor forming quality,which always happen in asymmetric fillet welding. In order to explore the effect of the welding parameters on welding and improve the quality of forming,a three-dimensional mathematical model of asymmetric fillet welding was established by using the finite element software COMSOL and the coupling equation. The model was considered about the surface tension gradient,the electromagnetic force,gravity and the effect of temperature,radiation and convection heat on physical properties of the material. The flow field and the growth pattern of the weld pool were analyzed,and the weld pool geometry under different welding currents was compared. The results show that,the thin metal was preferentially penetrated,and with the welding process the weld width expanded until the weld beam was fullpenetration. The heat affected zone was got from weld experiments,its shape and size agreed well with the simulation results,which verifies the validity of the theoretical analysis.     

非对称角根焊中焊枪偏移与熔透形态的关系

中厚板单侧开V形坡口角焊缝由于两侧结构不对称,根部焊接时散热差异大,易产生未熔合缺陷. 为保证根部打底焊良好熔透成形,提出根据正面熔池形貌变化实时调整焊枪角度的策略,提升焊接熔透质量. 结果表明,随着焊接角度变化,焊枪相对熔池发生了有规律位置偏移. 对采集到的正面熔池图像进行中值滤波等处理后获取焊枪中心的位置坐标,并研究了不同角度焊接的内部熔透形态,建立了熔池正面焊枪位置偏移量与内部熔透形态的定量关系,为利用正面熔池特征信息预测控制焊接内部熔透形态提供了一种新的方法.     

高强铝合金VPPA-MIG复合焊接焊缝成形机理

VPPA-MIG复合焊集VPPA穿透力强和MIG焊熔敷效率高的优点,弥补了单VPPA焊工艺区间窄且需立焊和MIG焊熔深浅的不足. 使用Red Lake Y4高速摄像获取6 mm厚2A12铝合金VPPA-MIG复合焊接熔池图像,建立了熔池受力模型. 对比分析了复合热源不同能量配比对焊缝成形和熔池形貌的影响及VPPA-MIG与单MIG焊缝成形特点. 结果表明,VPPA-MIG复合热源相比单VPPA热源易保持焊缝成形稳定性. VPPA电流接近穿孔阈值时,配合较低功率MIG热源可以获得6 mm厚2A12铝合金良好焊缝成形;VPPA能量比例过低时,小孔较浅,熔化效率较低,不能起到增加熔深的作用;VPPA能量比例过大,易使熔池失稳,焊缝成形不良. 热源输入功率相同时,VPPA-MIG复合焊比MIG焊显著增加焊缝熔深和深宽比,提高生产效率.     

CuZnSnSi合金钎料相变过程的热分析动力学

CuZnSnSi合金钎料在钎焊钢工件中具有良好的综合性能.为进一步探究其合金性能,借助差示扫描分析(DSC)和热重分析(TG)技术,分别采用微分非等温法和积分非等温法分析了CuZnSnSi合金钎料相变过程的热分析动力学.结果表明,CuZnSnSi合金的相变温度范围为1150.5~1221.5 K,吸热峰温度为1174.46 K,在相变过程中没有化学反应,但出现升温段的吸热峰温度滞后于降温段的放热峰,说明了合金钎料在结晶过程需要一定的过冷度;非等温分析法计算得到合金钎料相变表观活化能为615.72 kJ/mol;由Arrhenius公式得出合金钎料相变速率常数k的变化规律为1.71×1027exp(-6.16×10⁵/RT).     

焊接电弧与活性组元对TIG焊熔池形貌影响的数值模拟

通过对FLUENT软件进行二次开发,建立了焊接电弧和焊接熔池模型,模拟分析了不同活性组元O元素含量下定点和移动TIG焊熔池形貌变化,对比了氩弧和氦弧的电弧参量及其对熔池形貌的影响.结果表明,由活性组元O元素含量变化导致的熔池内Marangoin对流变化是熔深增加的主要因素;在氩弧下,来自于电弧的气体剪切力对熔池形貌有较大影响;与氩弧相比,氦弧明显收缩,电流密度更大,更多的热量传递到熔池,增大了电磁力引起的内对流运动,可获得更深熔深.焊缝深宽比的模拟结果与试验结果吻合较好.

Abstract：

Welding arc and weld pool modeh were established by FLUENT software for spot and moving TIG welding of SUS304 stainless steel to investigate the effect of the surface-activating element oxygen on the weld shape and analyze the properties of argon arc and helium arc and their effects on the weld shape. The results show that the change of the Marangoni convection induced by different oxygen contents can be considered as one of the principal factors to increase penetration. The plasma drag force from the argon arc has obvious effect on the weld shape. Compared with the argon arc, the hehum arc is more constricted, the welding current density is much greater and the much more heat flux is transferred into the weld pool, which increase the inward convection induced by the electromagnetic force, thus the deeper weld depth can be obtained.The calculated weld D/W ratio agrees with that of the experiment.     

双丝窄间隙焊接工艺参数对焊缝成形的影响

通过工艺试验,研究了双丝共熔池窄间隙焊焊丝与侧壁间距、双丝前后间距和双丝倾角3个工艺参数对焊缝成形的影响.结果表明,焊丝与侧壁间距减小,侧壁熔深和表面下凹增加;沿焊接方向双丝倾角为零时,侧壁熔深和表面下凹达到最大值;而在电弧和熔池热量的共同作用下,双丝前后间距增大,侧壁熔深和表面下凹先增大,后减小,在5～10 mm内达到最大值.在不形成指状熔深时,这3个参数对焊缝熔深影响不大.采用I形坡口会出现底部未熔合,调节这3个参数不能消除未熔合现象.     

检测熔池背面温度的电涡流传感器设计

从电涡流传感器的测量原理出发 ,研究了电涡流传感器检测熔池温度的基本原理。经过分析发现 ,在焊接状态下 ,熔池温度与传感器输出电压信号具有单值对应性。对传感器的电参数和结构参数进行了理论计算 ,设计了带有冷却系统的电涡流传感器 ,解决了传感器受热辐射影响的问题。采用步进式脉冲TIG焊焊接低碳钢时 ,该传感器能够准确检测到熔池背面温度变化的电压信号 ,为焊缝熔透控制提供了一种新的研究方法。该传感器的优点是采用非接触测量 ,不受热辐射、弧光的干扰 ,抗干扰性强 ,结构简单 ,成本低     

VPTIG焊接电流参数对电弧形态及焊缝质量的影响

采用高速录像系统、记忆示波器同步实时采集变极性氩弧（VFFIG）焊接电流、电弧形态信息,比较分析了VFFIG焊接电流频率、直流电极接负（DCEN）时间和直流电极接正（DCEP）时间、DCEN及DCEP电流幅值5个参数对电弧形态及焊缝质量的影响。结果表明,通过调节以上5个参数,可以控制电弧形态、电弧力及焊接热输入,从而控制熔深及焊缝正反面成形;控制焊缝两侧清理区宽度;减少钨极烧损。采用平板对接低频脉冲调制铝合金VFFIG焊接工艺,单道焊熔深可达6min,焊缝成形良好、质量可靠。