外加磁场对镁合金焊接熔池形态的影响

以镁合金焊接熔池为研究对象,建立了移动热源作用下焊接熔池的三维数学模型. 利用大型通用有限元软件ANSYS将电磁场分析结果导入到热流场分析中,实现电磁场和热流场之间的耦合分析. 模拟了无外加磁场作用下以及外加磁场作用下镁合金焊接熔池的温度场分布和流体流动的速度矢量分布. 结果表明,外加磁场产生的电磁力驱动熔池中熔融的液态金属发生旋转运动,改变了液态金属原有的运动方式和传热方式,流体流动速度和流动范围增加,焊缝熔宽增大,熔深减小. 试验结果验证了模拟结果的可靠性.     

磁场和活性焊联合作用对焊接熔池形态的影响

为了研究磁场和活性焊联合作用对焊接熔池中液态金属流动形态的影响,文中建立了移动热源作用下镁合金TIG焊三维瞬态数学模型. 利用fluent软件及其二次开发功能,模拟了单独磁场、单独活性焊和两者联合作用对焊接熔池温度场和速度场的影响. 模拟结果表明,在单独磁场作用下,熔池中液态金属呈顺时针定向旋转运动,速度场呈不对称双峰分布,最大速度偏向熔池一侧;在单独活性焊作用下,熔池中液态金属形成由外向内的对流模式,从而冲刷熔池底部增加熔深;在两者联合作用下流体流动较为复杂,熔池表面附近液态金属流动主要受表面张力的影响,熔池内部主要受外加电磁力的影响.     

外加横向磁场对304不锈钢焊接熔池影响机理分析

为了改善焊缝成形及提高焊接零件组织和性能,文中采用有限元法对外加磁场作用下的304不锈钢焊接熔池进行电磁场和热流场之间的耦合分析,得到了有无外加横向磁场作用下熔池内液态金属流动的速度矢量分布. 结果表明,外加磁场使熔池横截面最大流速分布由单一的熔池中心中部改为熔池中心上表面略靠下和熔池底部;熔池纵截面最大流速由首尾端漩涡交汇处改为沿两个漩涡流动方向较均匀分布,这是由于电磁压力抵消了部分表面张力,使表面张力的作用位置更靠近熔池中心位置. 在304不锈钢上进行堆焊试验,焊道横截面组织形貌证实了上述模拟结果.     

5056铝合金稳恒磁控激光深熔焊接过程熔池流动与传热行为分析

针对外加稳恒磁场条件下6 mm厚度5056铝合金激光深熔焊接过程,建立了热场—流场—电磁场耦合熔池瞬态动力学数值模型,求解了特定时刻温度场、速度场与电磁场分布,建立了熔池沿不同方向的Peclet数模型,分析了不同磁场感应强度对熔池流动与传热行为的影响.结果表明,稳恒磁场条件下熔池中产生显著的哈特曼效应,表现为液态金属M...     

外磁场下MIG焊梯度功能材料制备模拟及实验研究

建立了梯度功能材料MIG焊熔积成形制备时磁场环境、焊枪及金属焊样的三维有限元模型.采用Maxwell涡流场及瞬态场对永磁场、交变磁场以及无外加磁场3种MIG焊工艺进行了模拟,并进行了相关实验验证.模拟结果表明,永磁场条件下,熔池受恒定强磁力作用,对熔化金属的搅拌能力弱,无法充分使Al粉和合金钢焊丝融合,不能实现制备梯度功能材料的目的;交变磁场条件下,因熔池受到轴向振荡磁力和横向挤压磁力的共同作用,对熔池的搅拌作用强,有助于梯度功能材料的熔积成形.实验结果与模拟结果符合良好,无磁场条件下,制备出的材料Al含量梯度功能不佳;永磁场条件下,Al粉无法进入焊样中;交变磁场条件下熔积成形的焊样中Al含量呈梯度分布.     

GTAW外加间歇交变纵向磁场的数值计算及其对焊接行为的影响

针对奥氏体不锈钢外加纵向磁场的气体保护钨极电弧焊接（ＧＴＡＷ）时,与电极同轴的单个轴对称空心圆柱线圈在双向脉冲矩形励磁电流作用下产生的间歇交变纵向磁场。采用无瑕点单积分磁场的数学模型,对ＧＴＡＷ焊接外加间歇之变纵向磁场进行了数值计算,该方法具有模型简单、计算速度快和精度高等优点,并讨论了该间歇交变纵向磁场的分布、磁场的均匀性及其纵仙分量与径向分量的比率等规律及其对焊接的影响,认为横磁分量将削弱ＧＴ     

外加纵向磁场GTAW焊缝成形机理

以外加间歇交变纵向磁场GTAW（气体保护钨极氩弧焊）为研究对象,通过采用测量相关参数和拍摄电弧的方法,研究了间歇交变纵向磁场GTAW焊接低碳钢、不锈钢和铝合金等材料焊缝成形发生变化的规律和原因。认为在本研究条件下,无论处于溶池下方还是上方的单励磁线圈产生的外加纵向磁场都使GTAW焊接电弧特征、熔池行为和结晶过程发生了变化,从而导致焊缝成形的改变;同时发现当励磁线圈和电弧中心线不同轴心时,外加磁场对焊缝成形的影响较为强烈,其中铁磁性材料所受影响较显著。     

激光焊接熔池动态行为数值模拟的进展与分析

激光焊接匙孔和熔池行为与焊接缺陷的形成和焊接质量直接相关,研究激光焊接匙孔和熔池行为对理解激光焊接机理和控制焊接质量具有重要意义。国内外学者根据焊接过程中的物理现象和测试数据,提出了相应的数学模型和计算方法,来模拟熔池内部的流动行为、匙孔的演化行为及其内部金属蒸汽的动力学行为,通过激光焊接熔池行为的数值模拟可提前预测并采取相应措施降低焊接缺陷的形成,将有利于提高激光焊接工件的焊缝质量。对国内外激光焊接熔池行为的数值模拟技术,如激光深熔焊、双束激光焊接、真空激光焊接、磁场作用下的激光焊接、液态金属作用下的激光焊接熔池动态行为数值模拟的研究现状进行了分析和概括,以期为激光焊接熔池数值模拟方面的研究提供参考。     

外加磁场对AZ31镁合金焊接接头组织性能的影响

在对5mm厚的AZ31镁合金板进行GTAW焊接的过程中,外加纵向交流磁场,研究了磁场对焊接接头的力学性能和显微组织的影响,并探讨了磁场的作用机理。结果表明:外加纵向磁场通过旋转电弧对熔池进行搅拌,不仅可以细化晶粒,使焊接接头的抗拉强度、硬度得到改善,还可以净化熔池中液态镁合金(使杂质球化并弥散分布),此外磁场的引入还可降低镁合金焊接热裂纹的敏感性,抑制热裂纹的产生。     

外加磁场对AZ31镁合金焊接接头组织性能的影响

在对5mm厚的AZ31镁合金板进行GTAW焊接的过程中，外加纵向交流磁场，研究了磁场对焊接接头的力学性能和显微组织的影响，并探讨了磁场的作用机理。结果表明：外加纵向磁场通过旋转电弧对熔池进行搅拌，不仅可以细化晶粒，使焊接接头的抗拉强度、硬度得到改善，还可以净化熔池中液态镁合金（使杂质球化并弥散分布），此外磁场的引入还可降低镁合金焊接热裂纹的敏感性，抑制热裂纹的产生。     

电子束扫描横焊薄铌板的熔池动力学行为

在电子束焊接过程中,金属液体蒸发的反冲压力、表面张力、重力等驱动力共同作用于熔池,对焊缝成形有显著影响. 在扫描横焊的情况下,电子束作用范围的扫描摆动和重力方向的旋转使熔池的动力学行为变得更复杂. 采用试验和数值计算方法对电子束扫描横焊薄铌板的熔池形态和凝固后熔合区形貌进行研究,数值模拟得到的熔池形态和熔合区形状与试验结果吻合. 熔池流场分析结果表明,半熔透熔池的驱动力主要为液态金属蒸发引发的反冲压力;全熔透熔池的上表面Marangoni流动占主导,表面张力与反冲压力共同作为熔池流动的驱动力;重力与焊接扫描共同作用使得熔池两侧的质量分布和流场分布不对称,造成了焊缝两侧熔合线的不对称.     

电磁搅拌对AZ61镁合金TIG焊焊缝质量的影响

为了改善镁合金的焊接性,在对AZ61镁合金进行TIG焊过程中加入间歇交变纵向磁场,系统地研究电磁搅拌作用对焊缝中气孔、裂纹、焊缝显微组织及力学性能的影响,并用金相显微镜及扫描电子显微镜对其显微组织进行分析,发现外加磁场的电磁搅拌作用可以改变焊接熔池的结晶过程,促进气泡上浮,降低镁合金焊接热裂纹敏感性,抑制热裂纹产生;同时,细化焊接接头的一次结晶组织,使低熔点共晶物细化、球化、弥散分布,改善焊接接头的综合力学性能,有效防止焊接接头软化,进而提高焊接接头的质量。     

重力对全位置TIG焊熔池温度场与流场影响的有限元分析

建立了全位置TIG焊接中平焊、45°下向焊、立焊下向焊的熔池温度场、流场数值计算模型,计算了不同焊接位置以及不同重力加速度值情况下熔池的温度场和流场,分析了重力方向和大小对熔池内流场和温度场的影响规律;发现重力方向对熔池内液态金属的流场、温度场影响明显,液态金属的流动影响温度场分布明显,重力大小对熔池流场的分布形态没有影响,但是对流动速度影响明显. 得到的结论对于研究熔池失稳判定依据、指导设计全位置TIG焊乃至MAG焊工艺具有一定的参考价值.     

外加磁场对薄壁零件堆焊层形貌的影响

针对薄壁零件在微束等离子堆焊过程中两侧的液态金属下淌导致成形不好的问题,开展薄壁零件在堆焊过程中熔池力学行为分析和熔池成形的控制策略研究. 提出了外加磁场的方法,向熔池施加指向内侧的电磁力,对向下流淌的液态金属进行干预,从而抑制液态金属的流淌. 采用有限元软件COMSOL对工件上产生的电磁场、涡流场及附加电磁力进行仿真分析. 在304不锈钢上开展单道多层堆焊试验,获得了不同磁感应强度下的堆焊层形貌. 结果表明,外加磁场能明显改变微束等离子焊的力学行为和成形规律,并能有效抑制边沿液态金属流淌.     

非磁性合金激光焊旋转磁场搅拌机理

详细地研究了激光焊非磁性材料时,熔池液态金属的电磁搅拌机理;探讨了旋转磁场对激光焊接Al-12Si合金显微组织的影响.结果表明,尽管激光束既无磁性又非导体,Al-12Si合金为非磁性材料,但旋转磁场能改变液态Al-12Si合金的运动状态,产生磁搅拌作用,细化晶粒、消除焊接缺陷.对于激光焊,旋转磁场切割焊接熔池中的液态金属,液态金属中产生感生电流,带电的液态金属受到电磁力的作用使熔池中液态金属产生旋转运动.磁场的旋转速率越高,液态金属受到的电磁搅拌作用力越强.     

磁场参数对AZ31焊接接头组织和性能的影响

对5 mm厚的AZ31镁板进行GTAW焊接的过程中,外加纵向交流磁场.通过对接头力学性能和显微组织分析,研究磁场参数对AZ31焊接接头组织和性能的影响规律,并墩磁场作用机理进行研究.结果表明,外加纵向磁场通过旋转电弧对熔池进行搅拌,改变晶粒结晶过程,使焊缝中晶粒组织得到细化,进而使焊接接头的抗拉强度和硬度等性能得到改善,同时磁场的电磁搅拌作用可以净化熔池中液态镁合金(使杂质球化并弥散分布),促进气泡上浮,降低镁合金焊接热裂纹敏感性,抑制热裂纹产生.     

外加磁场对镁合金焊接接头疲劳性能的影响

在镁合金TIG焊焊接过程中引入外加纵向磁场,通过对其焊接接头的疲劳试验、断口分析和显微组织观测,研究了外加磁场对焊接接头疲劳寿命的影响规律及作用机理.结果表明,外加磁场与电弧、溶池中的导电粒子相互作用产生电磁搅拌,改变焊接熔池液态金属结晶过程中的传热和传质过程,从而改变晶粒的结晶方向,细化一次组织,球化净化杂质,减少偏析,提高接头的力学性能和疲劳性能.外加磁场状态下焊接接头的疲劳寿命高于无磁场下的疲劳寿命,达到母材的90%.     

外加磁场下GMAW熔池电磁力的有限元计算

针对外加各种磁场作用下的GMAW堆焊过程,开发了基于电弧简化模型的熔池电磁力工程化有限元计算方法. 利用此方法,系统研究了无外加磁场、外加纵向磁场和横向磁场三种工况下熔池内电磁力的分布情况,并预测了电磁力对熔池对流的影响. 结果表明,焊接自有磁场驱动了熔池中心收缩下沉流;外加纵向磁场导致周向搅拌流,形成电磁搅拌细化晶粒;外加横向磁场可以驱动熔池流动演变为"单涡"对流状态,有利于熔池接纳熔滴减少飞溅. 基于模拟结果的预测与试验结果吻合,因此验证了所用计算方法的正确性.     

磁控TIG高速焊焊缝成形机理

对磁控TIG焊焊缝成形机理进行了理论分析,外加磁场可以改变液态金属表面张力的差值,进而改变熔池的流动方向.当(δ)σ/(δ)T＞0时,焊缝边缘点附近的液态金属向熔池内部流动,焊缝凝固时容易产生咬边;(δ)σ/(δ)T＜0时,液态金属由熔池中心向边缘流动,咬边倾向性很小.分别比较了外加横向直流磁场、横向交流磁场以及纵向交流磁场时的焊接电弧通过焊缝截面的时间.结果表明,外加磁场时TIG焊电弧阳极斑点的有效直径大于无磁场时的电弧阳极斑点有效直径,这将有助于减小表面张力温度系数,从而有助于解决高速焊接时出现的咬边与驼峰等问题.     

基于磁控冶金的铝/钢异种金属焊接特性

预置纵向交变磁场对铝/钢异种材料进行激光搭接深熔焊试验,采用金相显微镜、扫描电镜等分析方法研究交变磁场对接头宏观形貌、显微组织、元素分布、力学性能及其断裂方式的影响.?结果表明,外加交变磁场作用下铝/钢接头焊缝的熔宽减小、熔深增加.?交变磁场诱导焊缝熔池中产生的电磁力促使界面层形成的IMCs由连续分布转向离散分布,成分...