不同间隙下钽薄板TIG对接焊熔池形成机理

针对1 mm钽薄板,在不同间隙下进行了TIG氦弧对接焊试验,利用高速摄像研究了熔池的动态行为。用ANSYS软件分析了工艺参数对温度场、位移场的影响,得出了不同间隙下钽薄板TIG对接焊熔池的三种形成机理。结果表明,δ≤0.108 mm时（δ为对接间隙）,熔池形成过程与无间隙时相同;在0.108 mm＜δ≤0.22 mm时,熔池在两对接工件上分别形成并继续向对接间隙处膨胀,当两工件对接面接触瞬间形成熔池;在0.22 mm＜δ≤0.35 mm时,工件熔化时依然有很大间隙存在,熔化金属在表面张力作用下收缩成熔滴吸附于倾斜的固液界面上,当重力和电弧力沿倾斜面方向的分量大于表面张力对熔滴的作用时,熔滴沿倾斜面向下流向对接间隙处形成熔池。     

钽薄板小间隙TIG氦弧对接焊熔池形成机理的研究

针对钽薄板TIG小间隙的特点,在试验和数值分析基础上建立了钽薄板小间隙TIG氦弧对接焊熔池形成的数学物理模型,从理论、数值计算和工艺试验角度研究了钽薄板小间隙TIG氦弧对接焊熔池的形成机理.研究结果表明,由于对接间隙的存在,工件熔化时在对接边缘形成一倾斜的固液界面,熔化金属在表面张力作用下收缩成熔滴吸附于倾斜面上,随着电弧输入热量的增加,工件继续向对接间隙处膨胀,同时熔滴体积不断增大.当重力和电弧力沿倾斜面方向的分量大于表面张力对熔滴的作用时,对接工件上的熔滴沿倾斜面向下流向对接间隙处形成熔池.MATLAB的计算结果与试验结果相符.     

钽薄板微间隙TIG氦弧点对接焊熔池的数值分析

针对钽薄板微间隙TIG氦弧焊接方法．基于有限元分析软件ANSYS，采用数值模拟方法计算了间隙处取不同边界条件时温度场的分布。计算结果表明：间障的存在使得温度场分布不均．是熔池表面形状呈现椭圆形的一个重要因素．这种影响随焊接时间的变化更为明显。分析了间隙对熔池形状的影响，得出不同工艺参数对熔宽变化的影响规律，并分析了电孤形态差异对接头的影响。这对制定实际的TIG焊工艺具有指导意义。     

钽薄板小间隙TIG氦弧对接焊应力应变场的数值分析

针对钽薄板小间隙TIG氨弧焊接的特点，基于有限元分析软件ANSYS，在计算温度场的基础上，采用温度场与应力场间接耦合的方法，对钽薄板小间隙TIG焊接过程中应力应变场进行三维数值动态模拟，分析了间隙存在时工件在热应力作用下应变场的分布情况。计算结果表明在输入有效热量较少时，工件受热应力的作用不明显，应变场变化不大；随着输入有效热量的增加，热应力作用逐渐加强，工件的应变场变化明显，应变速度加快；当工件的温度场达到准稳态时，热应力影响再次减弱，应变速度趋于平缓。工件的最大应变值发生在电弧有效作用范围之内，应变值沿焊接方向随热应力作用的减弱而减小。     

TIG焊熔池在阶跃参数下的数值分析

建立了恒流作用下TIG焊熔池的非稳态三维数学模型,利用FLUENT软件,通过选择合适的边界条件和热物理性能参数,强烈耦合控制方程组得到焊接熔池温度场、流场等的变化规律,针对熔池尺寸及相对于熔池中心等距点的温度,分析了在不同焊接工艺参数阶跃下的变化规律.结果表明,随着焊接大电流向小电流的阶跃,熔池的尺寸及内部的流速都有一定程度的减小,随着电弧电压、焊接速度、工件板厚和板宽的阶跃,其变化都具有一定的滞后性,通过各种调整焊接工艺参数均可以达到调节熔池尺寸的效果.     

钽薄板TIG点焊熔池的计算

为了研究钽薄板TIG焊过程中熔池的变化规律,采用高速摄像系统精确测定了钽TIG焊熔池动态尺寸的变化。针对钽薄板TIG焊接的特点．基于有限元分析软件ANSYS,对钽薄板TIG焊接的温度场进行三维数值动态模拟,并将计算量控制在可接受的范围内。建模时结合实体单元和表面单元,并采用焊缝处细密远离焊缝处粗略的不均匀网格;计算了主要工艺参数对熔池的影响及焊后焊缝区温度场变化规律。计算结果表明：熔池的尺寸随焊接时间和焊接电流的变化较为明显,焊后焊缝区降温速度随时间的延长而表现不同的趋势。     

双脉冲TIG焊熔池数值分析

建立了双脉冲电流下TIG焊熔池的三维非稳态数学模型,通过选择合适的边界条件和热物性参数,强烈耦合控制方程组对双脉冲TIG焊熔池进行数值分析,得到了周期性变化的焊接熔池温度场、流场等分布情况,熔宽、熔深的尺寸大小在周期内的变化规律.结果表明,在双脉冲电流作用下的熔池尺寸大于在平均电流作用下的尺寸,有效的增大了焊接熔池尺寸;熔池尺寸随电流的变化具有一定的滞后性,且在高能脉冲作用时的滞后性较强;在双脉冲电流作用下的熔池内部具有更大的流速,其搅拌作用更强.     

连续电流TIG对接焊熔池形状参数的视觉检测

利用普通CCD摄像机，拍摄出了分辨率较高的TIG对接焊熔池图像，对焊接熔池图像进行分析，根据图像的特点，设计出了图像边缘检测算法，检测出连续电流TIG对接焊熔池的整个边缘，通过对熔池图像进行标定，得到了熔池实际的几何参数尺寸。     

基于FLUENT的TIG焊瞬态熔池三维形态的数值模拟

根据流体力学和传热学原理,建立了 TIG 焊瞬态熔池三维数值分析模型.电弧热源模型采用典型的高斯热源分布模型,模型考虑熔池液态金属对流传热、熔池外工件的固态导热、焊接过程中的相变潜热、熔池流体的紊流特性、材料的热物理性能参数随温度变化等因素.用 enthalpy-porosity 方法处理工件熔化/凝固过程中的问题,FLUENT RNG k-ε湍流模型对 TIG 焊熔池模型进行求解.给出了熔池形状的可视化图形结果,熔池形状特征参数随时间的动态变化.结果表明,计算值与实测值吻合良好.

Abstract：

Based on theories of fluid dynamics and heat zransfer, a transient three-dimensional model of TIG weld pools is established, in which Gaussian distribution is used to describe the heat flux source of arc. Many factors are considered in the model including the convective heat transfer of liquid metal and the heat conduction of solid metal, latent heat in welding process, the turbulence characteristics of welding pool fluid, material thermo physical properties as the function of temperature and so on. The enthalpy-porosity technology is adopted to solve the problem with workpiece phase transformation. The graphics results of weld pools and the variation of shape parameters with time are given by using FLUENT RNG k-ε model to calculate the TIG wielding pool. The experiments show that the calculated results agree well with measured value.     

脉冲电流作用下TIG焊接熔池行为的数值模拟

建立了脉冲焊接熔池行为的数值分析模型,分析了脉冲电流对ＴＩＧ焊接熔池流场,热场及熔池形状的影响规律。计算结果表明：熔池体积对电流的脉冲作用较敏感;脉冲ＴＩＧ焊接熔池内流体流动的主要驱动力是表面张力梯度。溶池中的流场随电流作周期性变化。     

电弧作用下熔透型TIG熔池液面行为的数值模拟

在正面熔化半径RZ和板厚h一定的条件下,基于对有电弧作用的熔透型TIG焊接熔池三维液面行为的分析,获得了不同背面熔化半径RB的熔池三维形状模型,利用有限元分析软件surface evolver进行数值模拟,研究了电弧对熔透型TIG焊接熔池液面的影响.结果表明,电弧的作用与否对熔池下液面的大小和形状无显著的影响;在背面熔化尺寸较小时(RB≤2.5 mm附近),电弧对上液面特征量有较大作用;电弧的作用从整体上是使熔池上液面压低.在从脉冲基值过渡到脉冲峰值期间,电弧电压(或弧光光强)增加的部分是由电流增加和熔池上液面被压低两部分引起的.     

电弧力对TIG焊接熔池液面形态影响的数值模拟

在建立TIG焊接熔池液面三维形状模型基础上,对电弧力作用于熔池液面进行了表征,采用Surface Evolver有限元分析软件进行数值模拟,研究了电弧力对TIG焊接熔池液面三维形态的影响.得到了有电弧作用时,熔池的三维形态和熔池各液面参数随电弧力大小变化的规律.结果表明,在熔池形状一定时(正面、背面熔化区域半径和板厚一定),电弧力的作用深度增加会引起熔池上、下液面和固液面的表面积均增加,其中电弧力的大小对TIG焊接熔池的上液面影响程度大于下液面.这些分析结果为探讨TIG焊接熔池的各类问题提供了基础.     

Influence of arc pressure on the forming of molten pool in tungsten inert gas arc butt welding with micro gap for tantalum sheet

0IntroductionHaving better plasticity and workability, high meltingpoint, and excellent resistance to a lot of sour, ethanol,chloride, sulphuret and other chemical articles, tantalumis a rare and important strategic material and nowhas beenwidely applied in some fields such as chemical, aero-space, atomic, electronic industrial, etc[1]. For continu-ous tungsten inert gas welding of tantalum sheet, becauseof high welding speed, thin thickness of workpiece andcertain butt gap, some shaping defec…     

气体熔池耦合活性TIG焊熔池N元素分布骤冷分析

采用骤冷法处理不锈钢气体熔池耦合活性TIG焊高温熔池金属,通过控制开始冷却时间,在不影响焊缝成形的前提下,保留N元素在高温熔池内的分布状态,并采用俄歇电子能谱(auger electron spectroscopy, AES)分析了不同位置处N元素的分布规律.结果表明,在熄弧前0.6 s开始冷却时,骤冷效果最好.熔池内N元素沿深度方向整体呈现均匀分布,局部存在较大范围波动;熔池前部和后部边缘位置的氮含量略高于中心位置,熔池中部边缘位置的平均氮含量略低于中心位置;熔池后部总的平均氮含量略高于熔池前部,熔池中部总的平均氮含量介于两者之间.     

TIG焊熔宽的自整定PID闭环控制系统

对于焊接过程中常出现各种干扰，焊接条件时有变化的ＴＩＧ自动焊而言，改进传感方法和控制技术是提高焊缝质量闭环控制系统控制效果的两大途径。本文在对采用ＣＣＤ摄象机正面拍摄熔池图象并用微机进行图象处理，以及对参数在线自整定ＰＩＤ控制原理的研究基础上，设计了一种ＴＩＧ焊参数在线自整定ＰＩＤ熔宽闭环控制系统。试验结果表明，该系统具有良好的控制特性和对焊接条件变化的适应性，可用于ＴＩＧ焊焊缝质量的实时控制。     

基于阴影的激光深熔焊熔池形态分析

熔池形态特别是熔池体积使用现有测量手段难以直接进行测量.采用大功率盘形激光对304型不锈钢厚板进行平板堆焊,通过外加辅助强红外激光光源投射熔池阴影,采用高速摄像机加装组合滤光片摄取清晰地熔池及其阴影动态图像,提取焊接过程中熔池投射阴影的面积变化,并进行一元线性回归和相关性分析.结果表明,熔池的阴影面积变化与焊接质量存在正相关性,为焊接质量检测提供了新方法.     

熔池尺寸对在役焊接烧穿失稳的影响

采用大型通用有限元分析软件ANSYS,计算不同的熔池在特定温度场下,径向变形随压力的变化规律,来探究不同熔池尺寸对在役焊接烧穿失稳的影响.结果表明,对于某一特定熔池尺寸,温度场维持不变时,当管壁受压力较小时,内壁温度最高点的变形为内凹变形,随压力增大,变形逐渐变为外凸,变形随压力增加呈线性变化;但当压力超过一定值时,变形随压力不再呈线性变化,变形迅速增加;对不同的熔池尺寸,当熔深、压力一定时,熔池长度、宽度越小,其失稳温度越高.当熔深、内壁最高温度相同时,熔池长度、宽度越小其失稳压力越大.