钛合金(TC4)电子束焊接模拟

通过工艺试验,获得了9 mm厚TC4电子束焊接最佳工艺参数;利用有限元软件ABAQUS建立模型.结果表明,模拟焊缝形貌和表面残余应力结果与实测结果具有非常高的一致性,说明了穿透性强的圆锥热源和辐射性强的双椭球热源组成的复合热源能够有效地反应出电子束焊接特点,证明了有限元模型的正确性;进而对模拟结果进一步分析,得到焊缝周围存在较高残余应力,尤其是在焊件内部存在危险的三维拉伸应力状态.     

镁合金真空电子束焊温度场分布的数值模拟研究

以有限元模拟软件ANSYS为平台,采用双椭球热源模型,对10mm厚AZ61镁合金进行真空电子束焊的温度场变化模拟研究.结果表明,在选取优化的工艺参数条件下,双椭球热源模型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.     

GH4169合金扫描波形对电子束焊温度场的影响

利用有限元软件SYSWELD模拟电子束焊接GH4169合金薄板,研究有无扫描波形对其焊接过程的熔池形貌和温度场的影响。数值模拟结果表明:使用"双椭球热源+3D高斯体热源"组成的复合热源模型能够很好地描述三角波扫描和无扫描波形电子束焊接薄板的熔池形貌,与试验结果相吻合;三角波扫描电子束焊的熔池区的面积大于无波电子束焊;三角波电子束焊的温度峰值高于无波电子束焊,温度场的计算结果与熔池形貌密切相关。     

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。     

基于复合热源模型的Al-Mg-Zn铝合金脉冲MIG焊接模拟

针对脉冲MIG焊接试验过程建立了复合热源模型,并采用有限元软件ABAQUS对板厚15 mm的Al-Mg-Zn铝合金进行了多层多道脉冲MIG焊接的传热过程数值模拟. 根据复合热源和单一双椭球热源进行计算对比. 结果表明,该组合热源可以较好的模拟脉冲MIG焊接不同道次的熔池形貌,并且降低热源校准难度. 同时,基于建立的复合热源模型,文中引入非线性弹性边界条件表征实际夹具工装,对脉冲MIG焊接过程的应力和变形分布进行仿真模拟,其中焊后变形分布规律和试验测量具有较好的一致性.     

电子束焊仿真技术在ITER 68 kA超导电流引线制造中的应用研究

以焊接模拟软件Sysweld为平台,用双椭球+圆锥复合热源模型对?105 mm×44.5 mm的TU1无氧铜环焊缝的收束流的位置进行模拟研究,并通过焊接生产加以验证。试验结果表明:随着收束流角度的增大,焊接变形逐渐增大,焊后残余应力逐渐减小;当收束流角为72°时,可获得最佳的焊接变形与焊后残余应力匹配;通过生产验证,72°的收束流角可以使零件焊后关键部位的同轴度偏差不超过0.3 mm,满足设计要求。     

“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。     

航空发动机机匣焊接模拟与残余应力控制

利用有限元软件SYSWELD模拟航空发动机机匣部件的焊接过程和焊后局部热处理过程,研究焊后局部热处理对焊接残余应力的影响。结果表明:复合热源模型"双椭球热源+3D高斯体热源"模拟出的椭圆波扫描电子束焊的熔池形貌和试验结果十分吻合;椭圆波扫描电子束焊温度峰值为2543℃,超过材料熔点,热处理温度峰值为1200℃,达到材料相变点;焊后局部热处理过程可使机匣的残余应力显著降低。     

铝合金LB-VPPA复合焊接残余应力场预测

针对双高能束激光-变极性等离子弧(LB-VPPA)复合焊接热源,基于SYSWELD软件热源模型二次开发功能,在理论分析LB-VPPA复合焊接热源电弧形态的基础上,建立了“双椭球体+三维锥体+圆柱体”热源模型,通过正、反极性不同特性热源模型的循环加载,准确计算出了LB-VPPA复合焊接温度场. 根据热弹塑性理论对相应节点应力的瞬时演变及焊后残余应力分布进行了数值计算,并通过实际焊接工艺试验获得的焊缝截面及残余应力的实际测量,验证了数值计算的准确性. 通过分析对比10 mm厚5A03铝合金VPPA焊和LB-VPPA复合焊接残余应力场发现,LB-VPPA复合焊由于能量更加集中,高温区更为密集,虽然最大纵向残余应力相对较大,但呈最大残余拉应力的区域面积较VPPA焊小. 研究结果对铝合金LB-VPPA复合焊接工艺的研究及实际应用具有一定的指导意义.     

基于组合热源模型的中厚板MIG焊模拟

为实现对复杂形状熔池下中厚板MIG焊过程的准确模拟,通过提取焊缝熔合线,拟合多项式方程,建立了具有特殊空间分布的电弧+熔滴组合热源模型.分别基于该模型和双椭球热源模型对6 mm厚6082-T6铝合金MIG焊进行了有限元模拟,计算了焊接温度场和焊后应力场.结合两种热源模型的模拟结果,从实际焊缝形状、热循环曲线、应力分布测量值三方面进行对比分析.结果表明,组合热源模型调节参数少,其温度场能更好地反映复杂形状熔池,应力场与实测值吻合度更高,适合开坡口的中厚板MIG焊过程模拟.     

基于热源数学模型的电子束焊接仿真

建立合理的热源分布数学模型可以提高电子束焊数值模拟的计算精度。常用的热源数学模型有磁盘形、双椭球形和圆锥形热源分布模型。根据焊接任务,对圆锥形热源模型加以改进,建立了不等壁厚管件的电子束焊接数值分析模型,通过与物理实验进行对比,分析了电子束焊过程的温度场分布以及应力场分布,并验证了改进后热源分布数学模型的准确性。     

多束流电子束薄板焊接应力变形数值模拟

为了减小薄板结构的焊接变形,基于电子束高频偏转扫描技术在焊缝两侧添加辅助扫描热源实现了多束流电子束焊接及焊前预热. 建立了矩形均匀加热辅助热源模型,采用热弹塑性有限元分析方法对1.5 mm厚304不锈钢薄板进行多束流电子束焊接数值模拟,并进行了试验验证. 结果表明,焊后残余应力和变形的实测结果与模拟结果吻合良好,多束流电子束焊接方法不仅可以改变熔池前方材料的受力状态,而且可以减小熔池形成瞬间熔池前方材料的压应力峰值,有利于减小熔池的前方压缩塑性应变,进而减小薄板结构的焊接变形.     

基于有限元的C18000铜合金电子束焊缝开裂原因分析及改进措施

以焊接模拟软件Sysweld为平台,用双椭球+圆锥复合热源模型,针对EAST离子回旋限制器的电子束密封焊缝开裂的问题进行对比模拟研究,并通过工艺试验加以验证.试验结果表明:对比模拟分析发现,水路盖板材质与离子回旋限制材质均为C18000时,焊缝会产生很大变形和应力集中,是导致焊缝正压力密封测试开裂的主要原因,通过将盖板...     

厚件电子束动态焦点焊接数值模拟

焊深波动是影响厚件电子束动态焦点焊(也称电子束变焦焊)质量的一个重要因素。根据电子束动态焦点焊热源特点,建立了由圆锥体热源和峰值功率递增式旋转高斯曲面体热源组成的复合热源模型,并通过ANSYS软件自带的APDL语言编程实现了束流焦点在纵向上周期性下移的热源加载。进行了变焦频率为52 Hz的50 mm厚合金钢板电子束动态焦点焊数值模拟和试验。结果表明:厚件电子束焊接中焊深存在波动,动态焦点焊接模拟的焊缝形貌、焊深波动与变焦焊试验结果相吻合。     

考虑侧壁熔合的摆动电弧窄间隙MAG焊温度场热源模型

为了研究窄间隙焊缝摆动电弧MAG焊焊缝成形影响因素,需对其温度场分布情况进行分析. 针对摆动速度大于焊接速度的前提条件,分析了焊接层数不同导致的焊缝厚度不同以及磁偏吹对侧壁的影响,对多层单道焊建立了两种不同的热源模型. 同时采用Comsol有限元分析软件,实现了热源模型的加载和温度场的模拟. 结果表明,对于第一层焊(焊缝厚度3.6 mm)可以采用高斯—广义双椭球复合热源;对于第三层焊(焊缝厚度7.8 mm)可以采用双椭球—广义双椭球复合热源. 对比同时刻温度场模拟结果的焊缝截面与实际试验结果的焊缝截面,发现两者侧壁熔深情况基本吻合. 为后续对焊缝成形影响的进一步研究奠定了基础.     

X80管线钢激光电弧复合焊接数值分析

根据激光电弧复合热源焊接的物理特征,建立双椭球体热源焊接模型。使用ANSYS有限元分析软件对X80管线钢激光电弧复合焊接的温度场和应力场进行耦合分析,在此基础上对10 mm厚X80管线钢进行对接焊试验,并对比分析数值计算结果和实际焊接试验结果。结果表明,数值仿真得到的焊缝截面形状、焊缝尺寸以及试件残余应力与焊接试验所得结果吻合,验证了选用热源模型的适用性,为焊缝组织和性能的预测奠定了基础。     

镁合金/不锈钢激光-TIG复合焊的数值分析

应用Nd：YAG激光-TIG（非熔化极氩弧焊）复合焊接技术对AZ31B镁合金板和304L不锈钢板进行异种材料对接焊.根据复合焊接的能量耦合机理,建立了基于双椭圆平面分布、双椭球体积分布和旋转-高斯体积分布相结合的复合焊接热源模型,利用有限元数值模拟,分析了复合焊接温度场及残余应力分布.结果表明,对异种材料而言,焊缝处温度场差别较大,且镁合金侧的残余应力较高.     

多丝埋弧焊工艺条件对热源参数的影响

为获得多丝埋弧焊的不同电流、电压情况下的热源模型参数,对双椭球热源模型进行了改写.采用有限元的方法,考虑了双丝焊的电弧偏转,对多丝埋弧焊的温度场与热循环进行了计算.结合有限元模拟结果和试验测量结果,通过模式搜索法对不同工艺参数条件下的双椭球模型参数进行了反演计算,获得了双椭球热源模型参数的变化规律.对特定工艺情况以及三...     

铝合金LB-VPPA复合焊应力场数值模拟

以7010铝合金为研究对象,根据LB-VPPA复合焊的焊缝截面形状及变极性等离子弧焊电流特性,通过对热源程序二次开发,建立了符合LB-VPPA复合焊的平面高斯+双椭球+高斯圆柱体组合热源模型。在此基础上,采用焊接模拟专用软件SYSWELD对LB-VPPA复合焊应力场进行数值模拟。结果表明,在保证焊透的前提下,与VPPA焊应力场相比,LB-VPPA复合焊的残余应力要比VPPA焊的残余应力小,且熔宽较小。分别对LB-VPPA复合焊和VPPA焊进行工艺试验,结果显示LB-VPPA复合焊焊缝熔宽比VPPA焊焊缝熔宽小,与模拟结果基本一致。     

基于复合热源模型的CO2气体保护焊温度场模拟

实际短路过渡CO2气体保护焊接过程中,熔滴的热量对熔池温度场的分布会产生很重要的影响,当前焊接温度场模拟采用的热源模型中往往忽略了这一点.论文研究了CO2气体保护焊接的双椭球电弧热源模型以及将熔滴作为电弧之外的第二个作用热源模型,建立了适合于CO2焊的双椭球电弧热源与熔滴热源相叠加的一种新型复合热源模型;利用有限元软件ANSYS对低碳钢焊件的温度场及其不同位置的热循环曲线、纵向与横向温度场分布以及从起弧到宏观稳态的温度场动态演变规律进行了模拟和计算,并通过实验进行验证.研究结果表明,利用复合热源模型比单一的双椭球热源模型的模拟结果更接近于实验测试结果,验证了改进复合热源模型的准确性、有效性与实用性.