沟槽蒙皮结构激光焊接应力和变形的数值模拟

利用有限元分析软件MARC对"沟槽-蒙皮"结构的激光焊接过程进行三维数值模拟,涉及了激光焊接复合热源模型的确定,热力学边界条件的简化,数值模拟温度场的验证,以及残余变形和应力分布结果的分析和讨论.研究了结构上规则排列的多道焊缝的施焊顺序对焊接残余应力和变形的影响.结果表明,不同焊接顺序所产生的变形态相同,变形量有区别,而残余应力的分布则不同,以由外向中的对称顺序进行焊接时,结构的焊后残余变形最小,残余应力的分布比较均匀,峰值最小.     

镍基高温合金小截面方管焊接温度场的数值模拟

利用无接触简化模型进行小截面方管并行排列焊温度场的计算,模拟结果与测量结果的对比表明,此模型应用到小截面方管温度场的数值模拟中存在很大误差.从热和力的角度对小截面方管与胎具间的关系进行简单分析,解释了误差产生的原因.并以此为基础,建立了小截面方管并行排列焊的接触模型,采用直接约束法处理焊接过程中小截面方管与胎具的接触传热与受力问题,得到了焊接温度场的变化规律和分布情况.结果表明,在焊缝附近形成了一个"T"字形温度场;焊后冷却一段时间后,出现两端温度低、中间温度高的现象.这种情况与实际的焊接状况较一致.     

TIG焊Al3Zr/A356复合材料的显微组织特征和耐腐蚀性能

通过原位反应法制备了增强相含量为3%(质量分数，下同)的Al₃Zr/A356铝基复合材料(AMCs)。通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能谱仪和显微硬度测试，研究了不同钨极氩弧(TIG)焊焊接参数下焊接接头的显微组织和耐腐蚀性能。结果表明，当焊接电流为140 A时，焊缝成形最好，没有气孔或裂纹等焊接缺陷。焊接过程中生成细小的Al₃Ti增强颗粒，呈球形和短棒状，并分散在基体中。焊接接头的硬度高于基体金属的硬度，增强颗粒的强化效果明显。随着在3.5%NaCl溶液中的浸泡时间延长，焊缝的点蚀程度增加，且大多发生在晶界和强化相周围。微区电化学实验结果表明，当焊接电流为140 A时，腐蚀电位波动小，腐蚀倾向低，耐腐蚀性能最好。     

X80管线钢复合型坡口多道焊的T_(8/5)研究

焊接热输入和冷却时间是影响焊接温度场分布的重要参数.本文利用有限元软件ANSYS对X80管线钢复合坡口多道焊的焊接过程进行二维模拟,研究每道填充焊层T8/5的变化规律.结果表明,热输入对T8/5的影响最大;T8/5随热输入的增加而增大;由于前一道焊对后一道焊的预热作用,T8/5随焊道数的增多而增大;当层间温度等于预热温度时,各层的T8/5趋于一致.合理选择预热温度和层间温度可以有效控制各焊道的T8/5.     

颗粒增强SiCp/6061Al复合材料焊接接头组织与拉伸断裂行为

以颗粒增强SiCp/6061Al复合材料为试验材料,采用混合气体交流TIG(钨极氩弧焊)方法,填加4047铝硅焊丝,成功地实现了对焊焊接.利用光学显微镜分析复合材料在焊接热循环作用下,接头的热影响区组织变化;利用拉伸试验,研究了复合材料接头的力学性能;利用扫描电镜观察断口形貌,微观组织及成分.结果表明,复合材料焊接工艺要求比较苛刻,接头性能低于基材性能,焊缝处是复合材料焊接接头的最薄弱环节,增强相SiC颗粒的分布不均是导致接头强度降低的主要原因,断口形貌呈脆性解理断裂.     

Q345/316L异种钢焊接残余应力与变形数值模拟

文中基于SYSWELD有限元分析软件对Q345/316L异种钢焊接过程的瞬态温度分布、残余应力及变形进行了数值模拟,并通过试验对其模拟结果进行了验证. 试验测量结果与数值模拟结果吻合良好,证明了利用SYSWELD模拟异种钢焊接的可靠性. 结果表明,异种钢焊接温度场呈不对称分布,Q345侧的高温区域范围更大. 不论是横向残余应力还是纵向残余应力,沿焊缝方向均呈帽状分布且在焊缝中部位置存在最大残余应力;在垂直于焊缝中央截面上,纵向残余应力与横向残余应力在焊缝和焊缝附近区域分布是不连续的,存在较大的应力梯度且应力状态也较复杂,而最大残余应力出现在Q345侧的熔合线处. 不同的热输入下模拟结果表明,在保证焊接接头质量的前提下,最好采用小热输入的焊接工艺.     

低碳钢非对称角焊温度场有限元分析

针对单边开坡口的非对称角根焊中熔透不稳定、成形质量差的问题,对其温度场及熔池成形规律进行分析从而优化焊接参数的选取,改善成形质量.考虑温度、对流、辐射和相变潜热对材料物理性能的影响,利用有限元分析软件建立了低碳钢非对称角焊缝有限元模型,并进行仿真计算.对比讨论了不同结构情况下焊接电流对温度场的影响,重点分析了非对称角焊接参数对背部熔宽的影响.结果表明,非对称角焊缝温度分布不均匀,背部熔宽对电流的变化十分敏感,焊接电流大小对熔池形状影响较大.通过试验得到三组熔透情况不同的焊缝,其热影响区形状尺寸与仿真结果吻合良好,从而验证了理论分析的有效性.     

V形坡口和K形坡口Q345/SUS304异种钢对接接头残余应力和变形

以ABAQUS软件为平台,开发热-弹-塑性有限元方法模拟了V形坡口和K形坡口Q345/SUS304异种钢多层焊对接接头的温度场、残余应力和焊接变形.同时采用试验的方法测量了接头的残余应力和角变形.计算结果与试验测量结果吻合良好,验证了计算方法的妥当性.数值结果表明,不同坡口Q345/SUS304异种钢接头的Q345母材与焊缝交界处的应力分布均出现不连续性,且SUS304侧的高拉伸残余应力区明显宽于Q345侧;K形坡口开口朝向Q345侧相较于开口朝向SUS304侧的接头,Q345/焊缝交界处附近的峰值应力和高拉伸残余应力区均明显较小.试验和数值结果表明,坡口形式对接头的角变形有明显的影响.     

Q345/SUS304异种钢对接接头残余应力和变形的分析

以ABAQUS软件为平台,开发了热-弹-塑性有限元计算方法用于模拟Q345/SUS304异种钢多层多道焊对接接头的温度场、残余应力和焊接变形. 同时,采用试验方法测量了焊接接头的残余应力、横向收缩和角变形. 计算得到的残余应力、横向收缩和角变形与实测值吻合良好,验证了计算方法的妥当性. 结果表明,Q345母材与焊缝交界处的应力分布有明显的不连续性,靠近交界处Q345侧的较窄范围内纵向拉伸应力明显低于该区的两侧;SUS304侧的高纵向拉伸应力区明显宽于Q345侧. 此外,试验和数值分析表明,Q345/SUS304异质接头有较明显的角变形.     

2219铝合金厚板搅拌摩擦焊搅拌头结构参数优化

为探究搅拌头几何形貌对2219铝合金厚板搅拌摩擦焊核心区温度场的影响，基于ABAQUS/CEL建立了18 mm厚2219铝合金FSW三维过程仿真模型，应用有限元分析法对焊接过程进行仿真研究，得到了焊接核心区测温点实时温度循环曲线。利用自主研发的热电偶测温系统对焊接温度场相应测温点温度进行检测，经过对比可知,不同转速试验和仿真数据曲线变化趋势基本相同，验证了所建立的FSW过程仿真模型的有效性。探究了搅拌头结构参数对FSW过程核心温度场的影响规律，针对搅拌头的轴肩尺寸、搅拌针锥角、轴肩凹角、螺纹升角等结构尺寸设计了4因素3水平正交试验。结果表明，轴肩直径对核心区温差的影响最为显著，当搅拌头的轴肩尺寸为36 mm、搅拌针锥角为6°、轴肩凹角为2.5°、螺纹升角为11°时，搅拌头结构尺寸较为合理，核心区温差值较小。 创新点： 探究了搅拌头几何形貌对搅拌摩擦焊核心区温度场的影响,实现了搅拌头的结构参数优化。     

Simulation on temperature field of TIG welding of copper without preheating

1 Introduction Fusion welding of red copper easily leads to many defects, such as backing’s lack of fusion, groove’s hard of through-welding, bad surface forming. All these have relations with thermophysical performances of red copper. The heat conduct…     

压力容器用钢板焊接温度场模拟与验证

针对某公司生产的压力容器用钢16MnR,为了优化焊接工艺参数,能够提供不同焊接工艺条件下的准确温度场,有效地为应力应变场分析做准备,采用ANSYS有限元对60 mm厚板埋弧焊进行温度场数值模拟,并将模拟结果与相同工艺条件下焊接试验结果进行比较验证.结果表明,模拟结果与试验结果基本吻合;试验特征点越接近热源,温度升高越迅速且峰值越高;道间温度随着焊接道次的增多而逐步上升,只有控制道次间温度来获得均匀组织;这对获得优良的焊接构件有着重要的意义.     

铝合金电弧增材制造焊道宽度尺寸预测

文中首先采用同一组焊接参数,在四种厚度基板上进行单道20层铝合金薄壁试样成型,发现不同厚度基板下试样稳定区的焊道宽度相同. 基于此结论,利用二次通用旋转组合方法设计试验样本,通过二次回归方程建立工艺参数(焊接电流、焊接速度、送丝速度、层间温度)与成型试样稳定区域焊道宽度尺寸预测模型,经验证发现模型预测效果较好. 结果表明,影响焊道宽度的主要因素有焊接电流、焊接速度和层间温度. 当电流小于95 A时,参数对焊道宽度的影响顺序为:电流大于焊接速度大于层间温度;当电流大于95 A时,顺序变为:电流大于层间温度大于焊接速度. 同时,焊接电流和层间温度间存在交互作用.     

钛铝复合板横向共挤压翘曲变形分析

针对双金属横向共挤压成形过程中钛铝复合板的翘曲变形问题,采用Deform-3D数值分析,进行塑性变形分析和成形工艺参数优化,提出了主变形的铝材挤出翘曲角和界面压力焊合的压应力标准差作为翘曲变形的评价策略.数值模拟结果表明:翘曲角与挤压速度、温度分别呈正相关和负相关的演变规律,即"高温低速"的共挤压制备工艺有助于减小钛铝...     

Numerical simulation of gas metal arc welding temperature field

The infrared camera is used to investigate the temperature field of gas metal arc welding.The results show that the temperature distribution of weld pool and adjacent area appears cone shape.A new heat source model combined by Gaussian distribution heat source of the arc and conical distribution heat source of the droplet is set up based on the experimental results, and with the combined boundary conditions,the temperature field of gas metal arc welding is simulated using finite element method.According to the comparison between the results of experiment and simulation in temperature field shows that the new combined heat source model is more accurate and effective than the Gauss heat source model.     

高速列车框架焊接的双椭圆柱高斯分布热源模型

根据高速列车车体结构焊接工艺特点,分析并改进常用高斯热源,提出适用于铝合金惰性气体保护焊接（MIG）的双椭圆柱-高斯分布热源模型.该热源模型基于焊接速度移动,形成的熔池表面为双椭圆形状,热流密度沿厚度方向均匀分布,在径向呈高斯-双椭圆分布.基于热源模型的数学表达,以有限元方法实现了热机耦合的焊接过程仿真,与薄板试验结果比较,温度场分布与降低趋势较好地吻合;拉应力峰值出现在熔合线和热影响区,仿真值、试验值分别为88.8,85 MPa.结果表明,该热源模型有效地模拟焊接温度场时域上的变化过程,准确地预测结构变形、残余应力分布规律,应用于高速列车头车框架结构焊接工艺优化及残余应力评估,为高速列车焊接质量控制及焊接工艺参数选择提供理论指导.     

焊接参数对摩擦塞焊焊接区域温度场的影响

为了研究焊接参数对摩擦塞焊焊接区域温度场的影响,建立了摩擦塞焊焊接的产热模型,并进行摩擦塞焊焊接工艺试验。通过理论分析得出焊接过程中的产热量与焊接参数的关系,试验对理论分析结果进行验证,并深入探讨焊接参数对焊接区域温度场的影响。结果表明:焊接进给速度的改变影响焊接过程中的焊接压力大小,从而影响摩擦塞焊焊接初始阶段的产热,进而影响焊接区域温度场;较高的焊接转速提高摩擦界面材料的升温速率,提高材料塑化,避免焊接缺陷;应选择适当的焊接摩擦时间,尽量匹配较高的转速以缩短焊接摩擦时间。     

激光+GMAW复合热源焊接过程热-力耦合数值分析

从宏观的焊接热过程出发,根据激光+GMAW复合热源焊接的特点,提出了适用于复合热源焊接的“双椭球体＋峰值递增圆柱体”组合式体积热源分布模式;建立了激光+GMAW复合热源焊接过程的有限元模型,数值计算了焊接温度场和焊缝横截面的形状尺寸,计算结果与试验结果吻合良好,证明了组合式体积热源模型的合理性和适用性. 采用焊接温度场的计算结果,进一步对复合热源焊接和GMAW的焊接变形和残余应力进行了数值模拟和对比分析. 结果表明,在焊缝熔深基本相同的情况下,复合热源焊接的焊接热输入、焊缝熔宽、焊接变形和高应力区域范围等均比GMAW小. 研究结果印证了激光+GMAW复合热源焊接工艺的优越性,并为焊接工艺参数的优化提供了基础理论数据.     

因瓦合金TIG焊接温度场模拟分析

根据因瓦合金和45钢TIG焊接特点,建立几何模型并确定双椭球热源模式,利用ANSYS软件模拟不同板厚焊接过程中温度场变化,实现温度场与应力场的弱耦合,模拟焊接温度场分布再现温度场的大小及分布情况;利用不同的焊接工艺参数和被焊材料厚度进行了焊接试验,测定焊接过程中特定位置的变形情况,对比分析数值模拟与试验结果.结果表明,在电流132 A,电弧电压17.1 V,焊接速度4 mm/s,板厚1.88 mm的焊接工艺参数条件下可以实现因瓦合金的熔透性焊接,获得良好的焊接接头;利用有限元数值分析方法模拟了焊接工艺参数条件下的焊件温度场分布和熔透性,模拟结果与试验结果一致.     

Temperature field simulation of laser-TIG hybrid welding

The three-dimensional transient temperature distribution of laser-TlG hybrid welding was analyzed and simulated numerically. Calculations were based on a finite element model, in which the physical process of hybrid welding was studied and the coupling effect of the laser and arc in the hybrid process was fully considered. The temperature fields and weld crosssections of the typical welding parameters are obtained using present model. The calculation results shou that the model can indicate the relationship of energy match between laser and arc to joints cross-sections objectively, and the simulation results are well agreed with the experimental results.