DP980高强钢薄板激光拼焊有限元数值模拟与分析

以1.6 mm厚的DP980薄板为研究对象,基于有限元分析软件,通过调节焊接面热源和柱体热源的分配比例,建立激光焊热源模型。采用自适应网格技术对不同焊接工艺参数下DP980薄板对接焊进行温度场、应力场模拟,并通过比较正交模拟试验结果,得到了较优焊接工艺,为实际焊接生产提供理论依据。结果表明,模拟所得的焊缝熔池与实际焊接结果相符,即该热源模型具有一定适用性;相比激光功率,焊缝形貌随焊接速度的变化更为明显;焊接最高温度与激光功率呈正相关,与焊接速度呈负相关;同一焊接速度,焊接残余应力及变形都随激光功率的增大而增大;同一激光功率,焊接速度合适时,焊接残余应力及变形都随焊接速度的增大而减小;相比于激光功率,焊接速度对焊接残余应力及变形的影响较大。     

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。     

高温钛合金TA12激光-MIG复合焊应力场有限元分析

通过采用旋转高斯曲面体热源与双椭球热源线性叠加的方法来模拟激光-MIG复合焊接的有限元模型。并基于建立的热源模型,对厚8 mm的TA12钛合金板材的激光-MIG复合焊接的温度场和应力场进行耦合分析,并对比分析模拟结果与实际焊接结果。结果表明,TA12钛合金激光-MIG复合焊焊接变形和残余应力实验结果与数值计算值吻合较好,证明了该组合热源模型的适用性。     

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。     

基于ANSYS的钛合金真空电子束焊数值模拟研究

利用ANSYS有限元软件对尺寸60 mm×100 mm×6 mm的TC4钛合金板进行真空电子束焊接的数值模拟仿真研究。建立高斯面热源和椭球体热源组成的组合移动热源模型作为仿真的热源模型,研究TC4钛合金在真空电子束下的焊缝成形过程、焊缝附近的应变变化情况及焊接过程中热源温度场的变化。     

基于焊缝形状的二维焊接温度场模拟热源模型

焊接温度场数值模拟准确性是焊接应力变形数值的前提.二维模型由于其计算效率高是焊接过程有限元数值模拟的常用模型.然而,三维热源转变为施加在二维平面上的热源需要进行修正.本文提出基于焊缝几何形状的用于二维焊接温度场模拟的热源模型,根据焊缝几何形状来计算热源作用体积,并考虑了焊接移动热源对二维平面的作用,采用高斯分布函数来表征热源在时间上的变化.采用该热源模型对不锈钢板多道对接焊和p91管对接焊的温度场模拟,模拟结果和试验结果符合较好.     

激光焊接圆锥体热源模型及参数研究

激光焊过程中包含了一系列复杂的物理、化学反应现象.为合理描述激光焊温度场,采用圆锥体热源模型,用有限元分析软件ANSYS对激光焊温度场进行计算模拟,得到相应的温度场分布及焊缝熔深、熔宽.计算结果表明,所用圆锥体热源模型能较好符合试验结果,有效反映实际激光焊过程.同时根据试验测得的焊缝形状,结合数值模拟,用反演方法给出了模型参数的计算公式.该公式可以实现一定焊接工艺条件下确定激光焊接圆锥体热源模型的参数,并方便进行激光焊温度场模拟和焊缝宽度的预测.     

TC4钛合金激光焊接接头横向超塑变形数值模拟研究

通过ANSYS软件对TC4钛合金激光焊板的高温拉伸行为进行了数值模拟,得到横向TC4钛合金激光焊试样的高温拉伸等效模拟应变图和应力-应变曲线图。模拟结果表明:厚度为0.8 mm的TC4钛合金激光焊接接头在拉伸过程中,因焊缝存在着大量的残余应力,使得焊缝的应力值大于母材的应力值。当母材的应变超过临界应变时,母材开始出现动态再结晶,随后流动应力开始减小。相同变形条件下焊板流动应力大于母材,母材在高温拉伸过程中发生动态再结晶,使母材产生大量的缺陷,进而发生断裂。     

铝合金激光拼焊应力场数值模拟

利用有限元分析软件ANSYS模拟铝合金激光拼焊时应力场的变化.选取的热源模型为高斯热源,利用ANSYS软件的APDL语言编写程序实现移动热源的加载.在模拟中不但要考虑一般激光焊接中参数对应力场的影响,还要考虑铝合金激光拼焊的特性.结果表明,在焊缝区工件处于拉应力状态,远离焊缝逐渐过渡到压应力状态.当激光功率3000～4500 W、焊接速度2～4 m/min时,随着激光功率增大和焊接速度降低,焊缝附近的拉应力峰值及应力分布范围增大.     

基于随焊气体动态冷却方法的钛合金薄板激光焊接变形试验研究

为了减小激光焊接钛合金薄板产生的变形,在焊接过程中使用液氮冷却后的氩气对激光热源的后部进行同步跟随激冷。对1.5 mm厚TC4钛合金薄板激光焊接的变形控制效果进行了试验验证。结果表明,相同工艺参数条件下,该方法获得的焊接试件挠曲变形明显小于常规激光焊接的变形;当冷热源间距为10 mm,冷却气体流量为10L/min,激光功率为950 W,焊速为15 mm/s,离焦量为0 mm时,焊后变形最小,最大纵向挠曲变形量仅为0.187 mm。     

异种金属激光焊接的温度场分析方法及应用

随着激光焊接在电子元器件的局部焊接中应用越来越广泛,有必要开展焊接引起的产品可靠性问题的研究,而焊接温度场分析是进一步分析焊接缺陷以及焊接残余应力对产品可靠性影响的前提条件,因此,本文采用有限元方法计算了激光功率400 W,光斑直径0.3 mm,焊接时间1 min等参数下难熔异种金属钽和钼(Ta/Mo)的三维激光焊接模型的温度场。文章介绍了建模、网格划分、边界条件设置、材料性能参数随温度变化和相变潜热的处理方法,并计算了高斯和平均分布2种不同热源模型的加载方式的焊接温度场模拟结果。结果表明,对于激光热导焊采用高斯热源加载方式会更准确,焊接中间层金属Pt的最高温度有1 900.1℃,超过其熔点,焊接效果较好;同时呈现激光热导焊典型的熔池形貌—碗状,并用确定的仿真模型讨论了不同焊接速度、不同焊接功率对焊接温度场分布的影响,分析结果可为激光焊接异种金属材料的工艺参数的选择提供理论依据。     

激光叠焊板超塑性行为研究

采用高温拉伸试验研究了TC4钛合金激光叠焊板的超塑性行为,观察了叠焊接头超塑性变形前后的显微组织。试验结果表明,TC4钛合金激光叠焊试样超塑性变形断裂位置在母材,显微组织观察没有发现微裂纹,证明激光叠焊接头能够承受焊接板的超塑性变形而不破坏,为激光焊/超塑成形组合工艺的实际应用提供理论和试验依据。     

激光焊接热源和焊速对温度场影响的数值模拟

利用不同的工艺参数,进行A304不锈钢薄板激光对焊试验。建立了激光焊接的三维有限元模型,通过有限元方法,分析了热源模型和焊接速度对激光焊接过程中温度场和熔池形状的影响。结果显示,热源和焊速对温度场和熔池形状有很大影响,应用旋转高斯曲面热源模型得到的熔池形状与试验结果吻合良好。     

TA15钛合金激光-电弧复合热源焊接工艺优化

利用Nd:YAG脉冲激光-TIG复合热源对厚2.5 mm TA15钛合金进行对接焊工艺试验。为了对焊接接头力学性能进行控制,本文以焊缝的最大抗拉强度作为评价焊接质量的品质特性,对影响焊接质量的四项工艺参数(激光功率、电弧功率、DLA、焊接速度)利用田口法进行优化设计。通过信噪比分析,获得最优参数水平组合,同时进行方差分析,结果表明:激光功率和焊接速度对焊接质量的影响最为显著,优化后工艺参数对试板进行焊接,发现增加了22%激光功率的复合热源焊接熔化能量是电弧焊的2.4倍,获得的焊缝成形质量连续、美观,且静拉伸断口位于母材处,说明接头力学性能可靠。     

压水堆导向鞘激光焊接技术研究及数值模拟

以压水堆控制棒导向筒(Control Rod Guide Tube,简称CRGT)导向鞘部件激光对接焊为研究对象,针对激光焊热源、导向鞘激光焊焊缝收缩量和激光焊焊接变形进行建模和分析。建立了压水堆导向鞘激光焊变形模拟技术,为控制棒导向筒产品激光焊接制造提供理论指导。具体内容包括:激光焊试验和热循环测试、宏观焊缝成形、残余应力测试、热源模型建立及参数确定、激光焊焊缝收缩模型的建立及焊接变形预测。最终获得了稳定的导向鞘激光焊工艺参数,经激光焊接的导向筒使用φ10.26 mm的落棒规以4～5 m/min的速度,可在0°、90°、180°、270°四个位置自由通过,摩擦力小于等于9.07 kg。     

其它焊接方法

20092154基于视觉传感的激光-MIG复合焊熔透闭环控制/双元卿…//清华大学学报:自然科学版.-2008,48(11):1891~1894在对接焊中,坡口间隙的波动会导致焊接熔透状态的变化,为保证稳定的熔透,需要对焊接熔透状态进行实时检测和控制。针对CO2激光-MIG复合对接焊,建立了基于视觉传感和DSP的熔透状态实时检测与控制系统,获取了清晰的熔池背面图像,经过适当的处理得到了熔池背面熔宽的信息,并通过调节焊接速度或控制电弧电流,对熔透状态进行了控制。结果表明:即使在间隙明显波动的情况下也获得了熔透可靠、背面熔宽均匀的焊缝,从而实现了复合对接焊熔透状态的闭环控制。图12参620092155基于有限元的镁合金弧焊过程分析/齐铁力…//热加工工艺.-2008,37(13):82~84根据TIG焊接和激光-TIG复合热源焊接的物理特征,建立了基于TIG焊接过程的高斯面热源模型和基于激光-TIG复合热源焊接的新型双热源模型,分析了两种焊接方法对应的热源模型的特点。在此基础上,针对AZ31B镁合金,进行了单独TIG焊接和复合热源焊接温度场数值模拟及焊缝区微观组织分析,提出了其热源模型建立过程中的参数修改建议。通...     

其它焊接方法

20092154基于视觉传感的激光-MIG复合焊熔透闭环控制/双元卿…//清华大学学报:自然科学版.-2008,48(11):1891~1894在对接焊中,坡口间隙的波动会导致焊接熔透状态的变化,为保证稳定的熔透,需要对焊接熔透状态进行实时检测和控制。针对CO2激光-MIG复合对接焊,建立了基于视觉传感和DSP的熔透状态实时检测与控制系统,获取了清晰的熔池背面图像,经过适当的处理得到了熔池背面熔宽的信息,并通过调节焊接速度或控制电弧电流,对熔透状态进行了控制。结果表明:即使在间隙明显波动的情况下也获得了熔透可靠、背面熔宽均匀的焊缝,从而实现了复合对接焊熔透状态的闭环控制。图12参620092155基于有限元的镁合金弧焊过程分析/齐铁力…//热加工工艺.-2008,37(13):82~84根据TIG焊接和激光-TIG复合热源焊接的物理特征,建立了基于TIG焊接过程的高斯面热源模型和基于激光-TIG复合热源焊接的新型双热源模型,分析了两种焊接方法对应的热源模型的特点。在此基础上,针对AZ31B镁合金,进行了单独TIG焊接和复合热源焊接温度场数值模拟及焊缝区微观组织分析,提出了其热源模型建立过程中的参数修改建议。通...     

TC4钛合金激光焊接技术研究进展

激光焊接技术作为当前一种高效、优质焊接新技术的典型代表具有高质、高效、高稳定性、低变形等技术优势，拥有广泛的应用领域。总结了国内外激光焊、激光填丝焊、激光-电弧复合焊接TC4(Ti-6Al-4V)钛合金时，焊接参数对焊缝成形的影响，并且分析了激光-电弧复合焊金属蒸气等离子体的作用机制、复合热源的相互作用模式及熔滴过渡和熔池动力学，重点探讨了焊缝及热影响区典型微观组织及其转变过程，为激光焊接技术在TC4钛合金实际工程应用推广提供理论支撑。     

基于BP和GA的激光焊接热源模型参数优化

通过BP神经网络与遗传算法GA对激光焊接有限元模拟中的热源模型参数进行优化,实现了对激光焊接温度场的精确模拟。选取面体热源模型对激光焊接温度场进行了有限元模拟,将模拟中难以确定并且对结果影响较大的热源有效功率系数、热能分配系数和热源作用半径作为输入量,以有限元模拟结果的误差作为输出量对BP神经网络进行训练,得到具有一定预测能力的神经网络,并形成结合神经网络和遗传算法的参数优化方法。结果表明,经过参数优化后的激光焊接有限元模拟具有较高的精度。     

基于ANSYS的不同焊接电流下平板对接焊数值模拟

采用双椭球热源模型,借助ANSYS有限元分析软件,建立了平板对接焊的有限元模型,数值模拟了不同焊接电流下平板对接焊的温度场和应力应变场,并归纳和总结了它们的分布规律,从而为实际生产中焊接质量的控制提供指导。