激光+GMAW复合热源焊焊缝成形的数值模拟Ⅰ.表征激光作用的体积热源分布模式

为了建立激光 GMAW电弧复合焊接的体积热源作用模式,根据激光深熔焊接的焊缝形状特征,分析了激光焊接的热源作用特点,提出了4类新的体积热源分布函数.建立了激光焊接温度场的数值分析模型,计算出了4类体积热源模式下的激光焊缝形状尺寸,与实测结果进行了对比.发现提出的4类体积热源模式能够较好地对激光焊接过程中激光热源对焊缝成形的作用进行表征,是恰当的和适用的.     

激光-电弧复合热源焊接技术

具有焊接质量好、焊接速度快等优点的激光-电弧复合热源焊接技术,已经广泛地应用于汽车、航空等工业的薄壁金属焊接中.然而,常用的激光源价格昂贵、体积庞大并且电-光转换效率低,大大限制了复合焊技术的推广和应用.新一代高性能激光-光纤激光的开发和应用拓宽了激光-电孤复合热源焊接技术的应用范围,使其更易于实现工程化.通过介绍当前世界上激光-电弧复合热源焊接技术的应用和研究情况,展现了激光-电弧复合热源焊接技术广阔的应用前景,阐述了其发展方向.     

激光-电弧复合热源焊接

在激光热源的基础上复合电弧进行焊接，可以降低焊接成本，提高焊接效率。本文综述了激光—电弧复合热源焊接国内外研究的现状，对旁轴式和同轴式两种复合方式进行了分析比较，并展望了该技术的发展前景。     

Nd:YAG激光+脉冲GMAW复合热源焊接参数对焊缝熔宽的影响

通过试验研究了Nd:YAG激光 脉冲GMAW复合热源焊接过程中焊接工艺参数对焊缝熔宽的影响.结果表明,复合热源焊缝熔宽随电弧功率和激光功率的增大而增大,随焊接速度的提高而减小,而光丝间距和离焦量对复合热源焊缝熔宽影响相对较小.复合热源焊缝熔宽远大于激光焊缝熔宽而仅稍大于脉冲GMAW焊缝熔宽,说明在复合热源焊接过程中脉冲GMAW决定焊缝熔宽,这主要是由于激光束加热区域远小于电弧加热区域造成的.试验结果的分析比较还表明,在激光 电弧复合热源焊接过程中激光功率的增大还极大地提高了焊接速度.     

激光-同轴电弧复合焊接热源焊接

在建立和研究空心钨极电弧的基础上，对激光－同轴电弧复合焊接热源焊接特性进行了深入研究，试验结果表明，激光与电弧相互作用增强的效果十分显著，采用同轴电弧作为辅助热源增大焊接熔深的效力优于激光－旁轴电弧复合焊接热源焊接效果，在试验的基础上，得到了激光－同轴电弧复合焊接热源焊接熔深的变化规律。     

激光+GMAW复合热源焊焊缝成形的数值模拟Ⅱ.组合式体积热源的作用模型

根据激光 脉冲GMAW电弧复合热源焊焊缝横断面的形状特点,从宏观的传热过程出发,提出了4类新颖的、适用的组合式体积热源的作用模式.将电弧热、熔滴热焓和激光热能分别描述为双椭圆分布,双椭球体分布和峰值热流递增-曲面旋转体分布.将适用的组合式体积热源作用模式应用于复合焊的温度场数值分析,计算出了不同工艺条件下的复合焊焊缝形状尺寸,与实测结果进行了对比,两者吻合情况良好.所建立的4类组合式体积热源充分考虑了复合焊的工艺特点,对焊缝形状尺寸的数值模拟精度较高,能定量体现温度场的变化规律.     

激光-电弧复合热源

介绍了一种新型的激光——电弧复合热源焊接技术。它包括了3种主要的方法：电弧加强激光焊接、激光辅助电弧焊接和电弧激光顺序焊接。讨论了每一种方法的机理和应用前景。     

激光与其它热源复合焊接技术的研究进展

激光束与其它热源复合，通过两种热源的协同效应，弥补单纯激光焊接的不足之处，可以焊接两种单独热源难以完成的接头形式，获得单热源难以达到的高效焊接效果。文中对已经在工程上得到应用的激光与TIG电弧、MIG电弧、双电弧、等离子弧、高频感应热以及搅拌摩擦热的复合热源焊接技术进行了比较，归纳了它们的原理、特点及应用范围。此外，总结了上述几种复合热源焊接技术的国内外最新研究进展，介绍了激光-电阻缝焊等几种最新的基于激光复合热源焊接方法，评价了其特点和应用前景。最后指出激光复合热源焊接技术是今后激光焊接的发展趋势。     

激光＋GMAW复合热源焊焊缝成形的数值模拟——I．表征激光作用的体积热源分布模式

为了建立激光＋GMAW电弧复合焊接的体积热源作用模式,根据激光深熔焊接的焊缝形状特征,分析了激光焊接的热源作用特点,提出了4类新的体积热源分布函数．建立了激光焊接温度场的数值分析模型,计算出了4类体积热源模式下的激光焊缝形状尺寸,与实测结果进行了对比．发现提出的4类体积热源模式能够较好地对激光焊接过程中激光热源对焊缝成形的作用进行表征,是恰当的和适用的．     

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.     

激光+GMAW复合热源焊流体流动数值分析模型

基于FLUENT软件,建立了适用、高效的激光+GMAW复合焊流体流动数值分析模型. 将电弧热输入视为双椭球热源模型,采用基于小孔尺寸的锥体热源模型描述激光热流分布;将金属填充过程视为液态金属从熔池上部边界以一定速度流入熔池过程,并通过对液态金属流速施加时间脉冲函数,模拟熔滴的过渡频率;模型简化了小孔的计算过程,主要考虑熔池中存在的弯曲小孔对流体的影响. 利用FLUENT软件,对激光+GMAW复合热源焊熔池流体流动及小孔形态进行了模拟计算和分析. 结果表明,模型能够合理反映小孔及复合焊流体流动模式的主要特征,且提高了计算效率.     

数字激光视觉在激光焊和复合焊接中的应用

为了获得更高焊接速度下的焊接高质量,激光焊接或激光电弧复合焊接通常需要自动化的控制系统。智能的数字激光视觉技术能保证激光或激光电弧复合热源准确地对中焊缝,在焊接时根据所测量的间隙和错边等数据实时地调整焊接过程参数,并在线检测焊后焊缝成形和探测表面缺陷。DIGILAS/MDL智能激光焊接模块在激光拼焊中的应用和数字激光视觉在结构型材、船板、管件及直缝焊管等的激光电弧复合焊系统中的应用,说明激光视觉已成为激光焊接和激光电弧复合焊接系统中提高焊接质量和一致性、增加有效焊接时间和降低总体焊接生产成本的关键组件。     

Effect of laser-wire distance on temperature distribution in laser + GMAW-P hybrid welding

The temperature fields in laser + GMAW-P hybrid welding for different laser-wire distances in quasi-steady state were calculated using an developed combined heat source model,and the influence of laser-wire distance on them was analyzed.The results show that,at a low level of arc power,the temperature profiles caused by laser and arc energy respecively cannot couple well when the laser-wire distance reaches 4 mm,a trend of separation between them beginning to take place.In the case of high arc power,both the critical laser-wire distance and HAZ width increase.     

GMAW电弧对Nd:YAG激光传输的影响

针对脉冲过渡熔化极气体保护焊(gas metal arc welding,GMAW)电弧和短路过渡GMAW 电弧,通过保持 GMAW 电弧正常态,Nd:YAG 激光水平逐层、逐点扫描穿过脉冲电弧区域的试验方式,获得了Nd:YAG 激光穿过GMAW 电弧后的激光折射和散射结果.试验发现,波长为1.064μm的Nd:YAG激光穿过脉冲GMAW 电弧激光光斑会略微变小,并且不同电弧区域对激光的影响能力基本相同;激光穿过短路GMAW电弧后激光光斑也会略微变小,不同电弧区域对激光的影响也基本相同.结果表明,GMAW电弧可以近似看作各项同性的激光传输介质,还可以近似认为GMAW电弧对波长1.064μm的Nd:YAG激光是透明的.

Abstract：

By keeping gas metal arc welding(GMAW)arc normal position and Nd: YAG laser parallel crossing GMAW arc,refrangibility of GMAW arc to Nd: YAG laser was measured.The results indicate that when Nd:YAG laser crosses pulse GMAW arc,laser radius will decrease slightly.And the influence of pulse GMAW arc of different part to Nd : YAG is almost same.Similarly,when Nd: YAG laser crosses short-circuiting pulse GMAW arc,the radius of the laser will decrease slightly too.By considering this phenomenon from welding point of view,GMAW arc can be regarded as transparent substance and optic isotropy to Nd:YAG laser.     

Nd:YAG激光+CMT复合热源电弧形态和熔池形貌

以304不锈钢为研究对象,借助高速摄像记录了YAG激光+CMT复合热源焊接的电弧形态和熔池形貌,研究了不同激光功率和光丝间距下的YAG激光+CMT复合热源焊接的电弧形态和熔池彤貌,并与CMT焊接进行了比较,分析了YAG激光+CMT复合热源焊接的电弧形态和熔池形貌发生变化的机理.结果表明,在Nd:YAG激光+CMT复合热...     

Three thermal analysis models for laser, GMAW-P and Iaser＋GMAW-P hybrid welding

The temperature fields and the weld pool geometries for laser + GMA W-P hybrid welding, laser welding and pulsed gas metal arc welding (GMAW-P) are numerically simulated in quasi-steady state by using the developed heat source models, respectively. The calculated weld cross-sections of the three types of welding processes agree well with their respective measured results. Through comparison, it is found that the temperature distribution of laser+ GMAW-P hybrid welding possesses the advantages of those in both laser and GMA W-P welding processes so that the improvement of welding productivity and weld quality are ensured.     

铝合金激光焊接技术研究进展

综述铝合金激光焊接技术特点及研究现状,开展3 mm厚LF6铝合金激光-MIG电弧复合焊接工艺研究。文献综述表明,铝合金激光自熔焊接表面成形不好,且易于产生气孔缺陷,激光填丝焊、激光-电弧复合焊以及双光束激光焊等能够有效地解决上述铝合金激光焊接问题。试验研究表明,激光-MIG电弧复合焊接LF6铝合金可获得良好的焊缝成形,内部质量达到QJ1666A-2011Ⅰ级焊缝质量要求,接头强度达到母材的90%以上,具备较为优异的力学性能。     

基于SYSWELD的激光复合焊焊接变形数值模拟

地铁作为一种重要的交通工具,在城市生活中起着越来越重要的作用,地铁同时具有绿色无污染、准时、运载能力强等优点. 选用3D高斯+双椭球热源,采用固有应变法,对地铁牵引梁在不同约束情况下的焊接变形进行了模拟. 在模拟现有约束情况的基础上,另外设计了3种约束情况. 结果表明,采用固有应变法的模拟与实测结果吻合较好,x,z向最大变形都出现在方案2中,分别为2.46和13.13 mm,y向变形稳定在1.63 mm左右;将变化率方差最大的角变形作为评价标准,得到方案4最合理,角变形最小为1.21°.