不同热源模型对Q345中厚板焊接温度场的影响

采用ANSYS有限元分析软件,分别以双椭球热源模型和均匀体热源模型对Q345中厚板多层焊的温度场进行模拟,以研究不同热源模型的作用特点及其对焊接温度场的影响。结果表明:在相同的焊接条件下,均匀体热源和双椭球热源的温度场基本一致,采用均匀体热源的焊接熔池也呈椭球形。与椭球热源相比,采用均匀体热源模型的温度场仿真结果更符合实际。但采用均匀体热源时,焊缝起始位置的温度偏低。因此,在焊接温度场仿真过程中,焊接的起始位置采用双椭球热源,其它位置采用均匀体热源,是一种较为理想的焊接能量施加方式。     

基于CuSi3焊丝的镀锌钢板激光钎焊温度场及接头组织分析

采用焊接试验与焊接数值仿真相结合的方法对镀锌钢板CuSi3焊丝激光钎焊焊接温度场进行研究,使用高斯面热源和旋转高斯体热模型构成的组合热源模型对温度场数值模型进行计算,根据试验和数值计算结果分析激光钎焊过程中焊接线能量对接头显微组织及温度场分布的影响规律。焊接接头母材区主要为尺寸均匀的细密等轴晶,而焊接热影响区主要为垂直于温度场等温线并朝向热源方向生长的柱状晶,柱状晶的宽度随着靠近热源在不断生长;随着焊接线能量的提升,焊接接头截面的钎缝深宽比也展现出增大的规律;表面焊缝中心温度场分布梯度较小,焊接线能量对焊缝中心峰值温度影响不大;焊缝边缘贴近母材区域温度在四种试验参数下均高于锌镀层沸点,从而导致焊接试件表面产生气孔。     

6mm厚AZ31B镁合金板电子束焊接实验和数值模拟

采用非线性结构分析,并建立热-结构耦合的有限元单元模型,对6mm厚AZ31B镁合金无填丝的电子束堆焊温度场的分布及焊缝形貌进行了数值模拟.焊接热源采用高斯旋转曲面体热源,可以较真实的呈现出电子束焊温度场变化情况;通过对比模拟焊缝形貌与试验所得焊缝形貌表明,该模拟较好地体现出电子束深熔焊所具有的钉子型焊缝的特点;热电耦所测温度和模拟温度场结果基本一致.     

基于体热源的激光透射焊接聚碳酸酯温度场模拟

在激光透射焊接理论的基础上,对聚碳酸酯(PC)的激光透射焊接进行了深入研究。应用Ansys的APDL语言构建了基于体热源的三维瞬态有限元模型,采用该模型对PC的激光透射焊接温度场进行了模拟,得到了三维温度场分布,并从X,Y,Z三个方向上分析了热影响区的温度变化规律。结果表明,X方向上,焊缝中心处各点时间温度历程规律基本一致,只是最大温度出现的时间不同;Y方向上,随着与焊缝中心距离增加温度降低;Z方向上,最大温度位于焊缝下方,且向两侧逐渐降低。应用半导体激光器进行了透射焊接试验,对试验结果和仿真模拟结果进行了对比与分析,结果显示模拟与试验结果相吻合。     

TC4钛合金压力容器电子束焊接模拟分析

文中采用旋转高斯曲面体热源模型,对一定工艺条件下航天压力容器TC4钛合金试件的焊接过程进行了温度场分析,获得了温度场的分布特征及垂直焊缝方向的温度分布曲线.结果表明,利用该规格试件确定的焊接参数规范能够满足实际产品焊接的要求,热影响区温度梯度的分布情况为内部装置的保护提供了依据;并通过对"匙孔"的演变过程和不同焊接参数下的特征尺寸进行模拟分析,获得了典型关系曲线,工艺试验与模拟结果吻合较好,为获得高质量要求的焊缝提供了参考.     

基于ANSYS的钛合金电子束焊缝形貌预测及验证

采用ANSYS有限元分析软件,建立了3mm厚TCA钛合金平板电子束焊接温度场的三维有限元数值计算模型,选取双椭球体热源模型作为热输入,考虑材料热物理性能参数随温度的变化,通过计算得到焊缝中心线上及附近各点的热循环曲线、熔池及焊缝截面形貌,并估算了焊缝宽度和热影响区宽度。最后用实验加以验证。通过对比分析,模拟和实验结果相吻合,证明有限元模型的准确性。     

AZ61镁合金真空电子束焊接温度场数值模拟

对板厚10 mm AZ61镁合金板材进行了真空电子束焊接数值模拟研究.利用有限元模型以及三维移动双椭球热源模型,采用数值模拟的方法研究了电子束流与焊接过程温度场及焊缝熔深之间的关系.结果表明,建立的模型能够获得电子束深熔型焊接的效果,模拟焊缝成形及焊缝区、热影响区温度场分布与试验焊缝成形及实际电子束焊接特点较为一致,这也证明了该模型在AZ61镁合金电子束平板对焊有限元模拟中有较好的适用性.     

激光焊接铝合金材料过程的建模与仿真

在试验基础上,利用有限元软件ANSYS对3A21铝合金材料激光焊接温度场进行了动态模拟。通过对激光焊接非线性瞬态过程的分析,分析与温度场有关的潜热、热传导、对流、辐射等材料热物理属性,建立了激光焊接的移动热源模型。仿真结果表明:激光焊接薄板铝合金的温度场梯度大,热影响区小;温度场中各点温度呈指数式升高和衰减;焊缝和近焊缝区温度升降急剧,焊缝宽度的仿真结果与试验结果相一致,从而验证了所建立的移动热源模型在激光焊接铝合金薄板温度场模拟中的适用性,在一定程度上揭示了激光焊接的成型机理。     

T2铜与Q235钢异种材料焊接温度场模拟研究

基于MSC.Marc有限元软件,模拟研究了T2铜与Q235钢异种材料的焊接热过程。根据试件尺寸建立实体模型,采用双椭球移动热源模型对试件的温度场进行了三维动态模拟。研究了铜和钢焊接温度场的分布规律,分析热源作用位置的变化对铜和钢焊接温度场的影响。结果表明,数值模拟结果与理论和实验结果一致,验证了模拟方法的正确性。合理分布热源位置可有效改善铜和钢两侧的温度分布情况,一定程度上解决铜和钢物理性能差异大的问题。     

基于组合热源的激光深熔焊熔池三维瞬态模拟

依据实际激光深熔焊接过程,考虑高温光致等离子体对工件表面的加热而采用高斯面状热源,考虑深熔焊中特有的小孔吸收而采用圆柱状体热源,建立了高斯面热源和圆柱体热源的组合焊接热源模型。考虑表面张力、蒸气反冲压力及热浮力等,建立了激光深熔焊熔池的三维模型,获得焊接过程中瞬态温度场和流场分布以及熔池最高温度和熔深的瞬态变化。焊缝横截面的模拟值和实验值吻合良好,从而证明了该数学模型的合理性。     

激光全熔焊温度场有限元研究

运用ANSYS软件对低碳钢焊件进行激光全熔焊温度场研究。采用高斯面热源与锥体热源的组合热源模型,考虑材料参数随温度变化特性,模拟得到了焊接温度分布,并分析了焊接工艺参数与锥体热源模型参数对温度场的影响。结果显示,激光全熔焊熔池近似"钉头状",热源附近温度梯度巨大,熔宽与焊接速度成反比、与焊接功率成正比关系,体热源模型参数对熔宽影响较大。通过焊接试验,基本验证了温度场模拟的正确性。该研究为激光全熔焊接工艺参数优化和计算机辅助焊接奠定了基础。     

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。     

“GAUSS+半椭球”热源模拟激光焊接北大核心

为了模拟7A52高强度铝合金激光焊接焊缝熔池轮廓形貌,根据7A52高强度铝合金的元素含量、物理性能建立材料文件;分析材料不同物态对激光的吸收和衍射,建立一种新型热源模型,命名为“GAUSS+半椭球”热源模型。施加“GAUSS+半椭球”热源、双椭球热源、三维高斯圆锥热源模拟焊缝截面形貌,提出以模拟与试验的焊缝截面面积之比为度量模拟准确率的方法。结果表明,“GAUSS+半椭球”热源模拟焊缝截面形貌的准确率为81.9%,其他热源的准确率分别是57%和73.6%。明确了新型复合热源模型能准确地模拟出缝截面熔池轮廓及温度场分布,模拟结果与试验结果吻合度高,有助于确定焊接工艺参数。     

相变潜热对铍材激光钎焊熔池内流场和温度场动态行为的影响

为了能够反映固液相变过程中潜热等对熔池动态行为的影响,基于旋转高斯体热源与高斯面热源相结合的混合热源模型,分析了相变潜热对焊接熔池温度场和熔池形状的影响.计算结果表明,在铍材激光钎焊过程的温度场和流场分析中,潜热的影响不是总可以忽略的,其误差取决于材料在物相转变时交界面温差的范围及材料熔解体积的大小.与不考虑相变潜热的情况相比较,考虑相变潜热时显示出较低的最高温度、较小的熔池范围和较窄的热影响区.通过对铍材焊接温度场、焊缝断面形状模拟结果与实际热循环曲线以及焊接接头形状的对比,表明,考虑潜热的计算模型会得出更精确的结果.     

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.     

旋转电弧窄间隙焊温度场和侧壁熔深的数值模拟

针对旋转电弧窄间隙MAG焊焊缝成形研究需要,采用Ansys软件对旋转电弧窄间隙MAG焊接温度场进行数值模拟,研究焊缝成形的影响因素.考虑旋转电弧窄间隙MAG焊特点,实现热源模型旋转加载和旋转电弧窄间隙焊接三维温度场数值计算,模拟温度场结果与试验焊缝形貌吻合良好.为进一步提高计算效率,根据热源等效和旋转电弧热源分布特点,提出了一种类似马鞍形圆环的等效热源,侧壁熔深模拟结果与实际较符合,且计算效率大为提高.研究结果为进一步的熔深控制和焊接变形研究奠定基础.     

基于ANSYS的挖掘机铲斗体焊接应力场模拟

基于大型有限元分析软件ANSYS,以液压挖掘机铲斗体为例,采用APDL语言对其进行焊接温度场和应力场的数值动态模拟.有限元模型采用三维实体单元,考虑了材料热物理性能随着温度的变化和周围对流、辐射散热的影响,运用内生热的加载方式来模拟焊接热源及单元生死技术模拟焊缝的填充过程,得到了焊接过程温度场和应力场,并对结果进行分析.     

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。     

基于生死单元的组合热源在GMAW焊接中的应用

对于存在材料填充过程的熔化极气体保护焊(GMAW),提出过热熔滴均匀热生成体热源和电弧压力双椭球体热源结合的组合热源模型,计算过程考虑了温度对材料相变及热物理特性的影响,采用"生死单元"技术,实现了模拟过程中焊接材料的逐步填充;同时将模拟结果与试验结果进行比较,两者表现出较好的一致性。所建立的组合热源充分考虑了GMAW焊的工艺特点,使焊缝形状和尺寸的数值模拟精度有了较大提高。     

激光电弧复合焊接顺序对304不锈钢T形接头影响的模拟试验分析

建立304不锈钢T形接头三维有限元模型,研究激光电弧复合焊接顺序对304不锈钢T形接头热变形及残余应力的影响. 采用高斯面热源加高斯锥形体热源组合的热源模型,模拟激光电弧复合热源,并通过304不锈钢激光电弧复合堆焊工艺试验验证数值模拟激光电弧复合焊接过程的可靠性. 结果表明,焊缝截面熔池形貌的数值仿真结果与焊接工艺试验结果吻合较好,该热源模型能有效模拟激光电弧两种热源的复合作用. 确定多种焊接顺序方案,分析不同焊接顺序下T形接头温度场、残余应力和热变形情况,激光电弧复合焊接顺序对T形接头残余应力及热变形均有影响,通过对比不同顺序下残余应力值及热变形量发现,顺序焊接能有效减小焊接残余应力,同时反向焊接产生的热变形量最小. 综合分析,不锈钢T形接头顺序反向焊接的效果最佳.