TIG焊熔池表面变形的数值模拟

建立了考虑自由表面的TIG焊熔池模型,采用移动双椭球焊接热源,利用FLUENT模拟了不同电流下熔池表面的应力场,分析了不同电流时电弧压力对熔池表面变形的影响。结果表明,不同电流下TIG焊熔池表面的应力分布左右(垂直焊缝方向)对称,前后(垂直焊缝方向)不对称;熔池左右应力值呈抛物线状分布,焊缝中心处最大,熔池前后应力分布出现后拖现象,熔池前半部分应力分布比较密集,而熔池尾部应力分布比较稀疏;电流越大,应力梯度越大。在一定电流范围内,随着电流的增大,电弧压力随之增大,熔池表面变形量也越大。模拟结果与实验结果作对比,验证了模拟的正确性。     

2219铝合金中厚板爬坡TIG焊熔池温度场三维数值模拟

为了研究2219铝合金中厚板爬坡TIG焊熔池热场特征,建立了中厚板TIG焊温度场模型,进行爬坡TIG焊熔池温度场三维数值模拟,以及不同焊接工艺参数对温度场的影响数值分析,同时通过焊缝形状尺寸的测定以及热电偶测温,对模型及温度场数值模拟结果进行验证。结果表明,受熔池重力影响,厚板爬坡姿态下熔池热场长度要大于平焊姿态;爬坡TIG焊温度场受焊接电流、焊接速度影响明显,焊接电流增加或者焊接速度降低,均会导致温度场最高温度上升,熔池宽度和长度增加;测量的实际焊缝尺寸与熔池温度场数据和数值计算结果相符度高,建立的模型及爬坡焊温度场三维数值计算准确。     

双脉冲TIG焊熔池数值分析

建立了双脉冲电流下TIG焊熔池的三维非稳态数学模型,通过选择合适的边界条件和热物性参数,强烈耦合控制方程组对双脉冲TIG焊熔池进行数值分析,得到了周期性变化的焊接熔池温度场、流场等分布情况,熔宽、熔深的尺寸大小在周期内的变化规律.结果表明,在双脉冲电流作用下的熔池尺寸大于在平均电流作用下的尺寸,有效的增大了焊接熔池尺寸;熔池尺寸随电流的变化具有一定的滞后性,且在高能脉冲作用时的滞后性较强;在双脉冲电流作用下的熔池内部具有更大的流速,其搅拌作用更强.     

活性元素氧对AA-TIG焊熔池传输行为影响的数值模拟

电弧辅助活性TIG焊(arc assisted activating TIG welding,AA-TIG焊),采用辅助电弧以Ar+O₂作为保护气体预熔待焊母材表面以形成氧化层,再进行常规TIG焊,可使熔深明显增加.文中结合AA-TIG焊熔池氧元素分布的实验研究,提出焊接熔池表面氧元素的两种不均匀分布模式,考虑浮力、电磁力和表面张力,建立了更完善的电弧辅助活性TIG焊熔池模型,模拟研究氧元素在熔池表面呈不均匀分布时,AA-TIG焊瞬态熔池中动量及能量的传输行为.假设熔池内部液态金属是湍流、不可压缩Newton流体,使用FLUENT RNG k-ε湍流模型进行处理.结果表明,当氧在熔池上表面呈非均匀分布,并且氧的不均匀分布模型为低氧模型时,熔池内部仍然以内对流流动为主.     

基于网格激光的TIG焊熔池三维表面凹凸性分析

针对钨极惰性气体保护焊熔池三维表面测量的问题,提出了基于网格结构激光熔池表面反射的测量方法,并使用CCD采集投影在成像屏上的反射结构激光视屏图像.在此基础上,分别对标准的凹面和凸面反射激光成像进行了标定与分析,进一步对不同电流大小的TIG焊过程中的熔池表面所反射于成像屏上的激光网格信息进行了分析,分析了熔池自由表面的凹凸性.结果表明,采用网格激光能更好的反映熔池表面的凹凸情况,且随着焊接电流的增加,熔池表面由凸面慢慢开始向中间凹陷转变.     

不同驱动力对熔池表面变形行为影响的数值模拟

基于流体动力学方程，采用焓-孔隙度法来处理液-固相变，采用VOF方法追踪熔池自由表面变形，建立了固定电弧下的三维瞬态TIG焊熔池数学模型，求解获得了在浮力、Marangoni力、电磁力和电弧压力单独作用时的熔池表面变形行为及其温度场与速度场的分布.模拟结果表明，在大电流（I≥250 A）时，在浮力、表面张力温度系数为正时的Marangoni力、电磁力单独作用于熔池上表面将会产生凸起变形，在电弧压力、表面张力温度系数为负时的Marangoni力单独作用下，熔池上表面将会产生凹陷变形.在大电流下，TIG焊和活性TIG焊熔池均产生凹陷变形.TIG焊熔池的中心区域形成向内的涡流，边缘部位形成向外的涡流，而活性TIG熔池在熔池中心和熔池边缘则分别形成两种成因不同的内向涡流.熔池表面变形量并不是各个驱动力作用的简单叠加.     

钽薄板TIG点焊熔池的计算

为了研究钽薄板TIG焊过程中熔池的变化规律,采用高速摄像系统精确测定了钽TIG焊熔池动态尺寸的变化。针对钽薄板TIG焊接的特点．基于有限元分析软件ANSYS,对钽薄板TIG焊接的温度场进行三维数值动态模拟,并将计算量控制在可接受的范围内。建模时结合实体单元和表面单元,并采用焊缝处细密远离焊缝处粗略的不均匀网格;计算了主要工艺参数对熔池的影响及焊后焊缝区温度场变化规律。计算结果表明：熔池的尺寸随焊接时间和焊接电流的变化较为明显,焊后焊缝区降温速度随时间的延长而表现不同的趋势。     

基于高速摄像的铝合金TIG焊视觉基础研究

方波交流TIG焊是铝合金焊接中最常用的方法之一.利用高速摄像,系统分析了铝合金方波交流TIG焊电流过零前后及过零瞬间,焊接电弧和熔池的视觉特征.结果表明,在电流过零的瞬间,弧光辐射相对最弱,熔池边界特征清晰,是焊接熔池较理想的采像时间.     

中厚板对接MAG-TIG双电弧打底焊研究

研究了MAG-TIG双电弧复合热源中厚钢板自由成形打底焊接工艺,采用高速摄像机采集焊接过程中的电弧形态和熔池流动行为,焊后采用光学显微镜、万能力学性能测试仪等设备对接头进行测试分析。结果表明:与单独脉冲MAG焊相比,MAG-TIG双电弧复合热源打底焊接工艺熔透均匀,且正、反面自由成形连续、稳定;TIG电弧的存在对MAG电弧产生电磁排斥力,使MAG电弧稳定作用于熔池前端;拉伸测试获得的平均拉伸强度为466 MPa,断裂均发生在远离焊缝和热影响区的母材;通过调整TIG电弧的作用位置和电流大小,可以控制MAG电弧加热位置,以及焊接熔池上方热输入的分配,实现了MAG-TIG复合焊接熔池流动行为的调控。     

氧元素分布模式与AA-TIG焊熔池形貌的数值模拟

文中结合电弧辅助活性TIG焊熔池氧元素分布的试验研究结果,提出焊接熔池表面氧元素分别与熔池表面温度和位置相关两种分布模式,建立了更完善的电弧辅助活性TIG焊熔池模型,求解结果与已有的试验结果和理论研究吻合良好. 结合求解结果,利用格拉晓夫数G_r,磁雷诺数R_m和表面张力雷诺数M_a分析了浮力、电磁力和表面张力的相对作用大小; 利用Peclet数分析了熔池热对流和热传导的相对强弱. 结果表明,电弧辅助活性TIG 焊熔池表面张力作用远大于电磁力和浮力,并决定熔池流动形式;熔池热对流主导熔池的传热过程,揭示了不锈钢活性TIG焊活性元素决定深而窄的熔池形貌的内在本质.