基于组合热源模型的激光深熔焊数值模拟

针对激光深熔焊"螺钉"状焊缝截面,构造了高斯面热源和双椭球体热源叠加的组合热源模型。利用有限元分析软件ABAQUS和FORTRAN语言编写的用户子程序,实现了组合热源的加载,对激光深熔焊温度场进行了数值模拟。温度场结果表明,激光焊是快速加热和冷却的过程,且焊接工艺参数对熔池最高温度有一定影响。此外,分析了基于该组合热源模型所得的温度场与焊缝微观组织及显微硬度的关系,焊缝边缘的温度梯度比焊缝中心大,焊缝边缘处为柱状晶,而焊缝中心为等轴晶,焊缝的显微硬度比母材高。模拟所得熔池形状与试验中焊缝形状吻合较好,该模型能为激光焊工艺参数的预选和优化提供依据。     

磁场和活性剂联合作用下TIG焊热源模型的确定

为了确定磁场和活性剂联合作用下TIG焊热源模型,分别采用双椭圆面热源模型和双椭球体热源模型对焊接熔池的温度场分布进行了数值模拟,根据模拟结果的等值线分布情况可以获得熔池形状.通过将试验值和模拟值进行对比可以发现,利用双椭球体热源模型得到的熔池形状与实际熔池尺寸相吻合,而双椭圆面热源模型不能很好地反应厚度方向上的温度分布.结果表明,双椭球体热源模型可以更加准确地表征磁场和活性剂联合作用下TIG焊的实际焊接过程,打破了以往依照焊接方法选取热源模型的传统.     

SS400钢焊接温度场数值模拟与试验验证

为得到SS400超细晶钢焊接温度场分布规律,用ANSYS软件,对SS400钢焊接温度场进行模拟计算,利用体生热率及生死单元技术来实现热源移动和焊缝的生成,得到一定焊接工艺下的焊接温度场分布规律。为验证模拟计算结果的准确性,进行了8 mm厚SS400钢平板对接焊试验,对焊接温度场进行了测定。对比结果发现,模拟计算的温度场与试验温度场变化规律基本相同。用ANSYS分析焊缝及热影响区的热循环曲线是可行的。     

利用不同焊接热源模型对结构件进行焊接模拟

基于ANSYS,分别使用高斯热源模型和分段热源模型对金属结构件的焊接过程进行了有限元模拟,使用单元生死技术模拟焊接材料的生成,并考虑了相变潜热对温度场的影响.本文先计算温度场,然后把温度场作为载荷来计算结构场,得到残余变形和应力的分布,从而实现焊接过程的温度场、残余应力和残余变形的三维动态模拟.结果表明:利用分段热源模型能够在保证计算精度的前提下,大大提高计算效率,明显缩短计算时间.     

电子束焊温度场的研究现状与发展趋势

电子束焊接作为一种高能束加工方法 ,在生产应用中具有重要地位。电子束焊温度场决定了焊接应力场和应变场 ,是影响焊接质量和生产率的主要因素。介绍了电子束焊温度场模型 ,在分析了点热源、线热源模型的基础上 ,指出点热源模型仍是研究焊接温度场的基础 ,同时介绍了其它几种考虑电子束小孔效应的温度场模型。讨论了计算温度场的热源模式 ,给出以高斯函数分布和双椭圆体能量密度分布的两种热源模式。列举了热物理参数、相变潜热、熔池流动等影响温度场的因素。认为基于解析解法的复杂性和计算机的飞速发展 ,数值解法将在温度场研究中发挥更加重要的作用     

对接焊缝数值模拟方法研究

为了准确模拟对接焊缝的温度场,在分析前人关于双椭球热源模型参数选取方法的基础上结合相关的计算经验提出了比较完善的双椭球热源模型参数选取方法,运用前人的试验数据对其准确性进行了验证;然后对考虑和不考虑焊接过程材料添加的两种模拟方法进行了仿真分析与对比,发现考虑材料添加比不考虑材料添加的算法更合理,其所得熔池形态、温度场及应力场与实际情况更吻合;最后应用数值模拟方法分别模拟了匀速焊接和变速焊接,发现采用变速焊接方法调整起弧阶段的焊接速度,可以避免匀速焊接起弧阶段存在的未焊透焊接缺陷.     

20钢管道对接埋弧自动焊接温度场模拟

管道焊接过程中,温度场的分布对焊接的质量有重要影响.本文采用有限元法,建立了20钢管道对接焊接接头有限元计算模型,通过设置一定的焊接电压、焊接速度以及热源有效利用率,对在不同焊接电流输入条件下的三维瞬态温度场进行了模拟.计算得到了焊接熔池不同位置的热循环曲线,同时还得到了热影响区的热循环曲线.通过改变焊接电流调试能量输入,最终获得最佳焊接电流选取范围为720~800A,对焊接工艺参数的选取起到导向作用.     

熔滴短路过渡建模及熔池三维瞬态行为模拟

针对短路过渡CO_2焊接的熔滴过渡随机性强、熔池动态行为复杂的特点,考虑熔滴与熔池短路时刻、短路时刻的熔滴半径、温度和中心位置等随机因素,提出了熔滴短路过渡行为模型.采用非对称高斯热源表征电弧热流密度沿焊接方向的非对称性,采用附加源项法处理熔池各动量源,采用VOF追踪熔池气-液界面,采用液相分数法和焓-孔隙度法处理液-固糊状区熔化金属凝固潜热及动量损失,建立了短路过渡焊接熔池的三维瞬态模型.基于FLUENT软件二次开发,模拟了熔池的动态行为,研究了熔池温度场和流场的瞬态变化.对比等速送丝和脉冲送丝情况,熔滴短路间隔时间的概率密度分布和焊缝成形的模拟与实验结果吻合良好,验证了熔滴短路过渡行为模型和熔池三维瞬态模型的有效性.     

2A16铝合金TIG焊熔池模拟

通过FLUENT软件进行二次开发,针对2A16铝合金TIG焊接过程,建立移动焊接熔池模型,考虑了表面张力、浮力、电磁力等对熔池流动的影响,模拟分析不同焊接电流条件下,熔池温度场和流场变化情况,以及熔池形貌变化。模拟结果直观显示焊接熔池形貌、温度场、流场分布状况,熔池流场分为两部分,在熔池表层,金属液由中间流向边缘,熔池底部金属液有边缘流向中间,熔池焊接进行一段时间后达到准稳态,温度场关于焊缝近似对称分布,焊接熔池内部传热方式以对流传热为主,随焊接电流的增加,熔深增加,熔宽略有增加。     

铝合金薄板电子束穿透焊熔池的数值模拟

为有效地控制电子束焊接后的焊缝成形,得到符合要求的焊接结构,本文基于电子束焊接熔池物理过程的分析,使用有限体积法(FVM)数值模拟软件Fluent,对2mm厚的2219铝合金电子束穿透焊的温度场和流场进行数值模拟,研究了电子束穿透焊时熔池的流动行为及规律.模拟结果表明,电子束焊接形成穿透型匙孔时,熔池中液态金属的流速大小和方向迅速发生改变,最大流速可以达到10 m/s;产生的金属蒸汽反冲压力会使熔池剧烈震荡,熔池中远离匙孔的液态金属在Marangoni对流的驱动下,使熔池上、下两部分形成了较中间部分更长、更不稳定的拖尾,同时促进了熔池宽度的增加;熔池宽度和熔池拖尾长度分别在35 ms、90 ms左右达到了稳定.模拟焊接熔池凝固后,正面焊缝有一定的余高,背面焊缝有一定的收缩,其表面焊缝形态与实际焊缝形态吻合良好.此外,通过对熔池中液态金属的流速分析,还可以得出结论:金属蒸汽反冲压力对熔池的驱动作用远大于重力和表面张力的影响.     

GMAW 焊接熔滴热焓量分布模型

根据熔滴的过渡过程及其与熔池的相互作用,提出了ＧＭＡＷ（熔化剂气体保护电弧焊）熔滴热焓量在熔池中的分布模型．应用数值模拟技术研究了焊接规范、热焓量分布、焊件温度场的相互影响．焊接工艺实验结果表明,给出的熔滴热焓量分布模型更符合实际,明显提高了温度场的计算精度．     

搅拌摩擦焊准稳态温度场数值模拟

搅拌摩擦焊接过程中的准稳态温度场分布对最终接头的焊接质量有着十分重要的影响,文中在深入分析搅拌摩擦焊物理过程的基础上综合考虑了摩擦产热和塑性变形产热作为其热源,建立了相应的温度场数值模型,在此基础上运用COMSOL有限元软件对工业纯铝1100在转速750 r/min、焊接速度300 mm/s工艺参数下的准稳态温度场进行计算,并利用红外测温装置对计算结果进行验证,结果表明该模型可以较准确地描述搅拌摩擦焊准稳态的温度场分布。     

焊接过程耦合场分析的一种新的直接耦合解法

TIG(钨极惰性气体保护电弧焊)焊接过程的数值模拟是一个不可压缩的流场与温度场相互耦合的问题,其数学模型是三维非定常、非线性偏微分方程组的定解问题.首先建立了焊接过程耦合场分析中贴体曲线坐标系下的数学模型,其次给出了多重网格法与有限差分法、牛顿迭代法相结合的一种新的直接耦合解法,最后通过对移动热源作用下Q235低碳钢板的焊接过程进行模拟,数值结果表明,所给出的方法比传统迭代法(有限差分法+牛顿迭代法+超松弛方法)在计算时间上至少减少了35%.     

铝合金T型接头双激光束双侧同步焊接温度场模拟

为了掌握双激光束双侧同步焊接工艺特性并得到最优焊接工艺匹配参数,对由铝合金6156底板与6056桁条组成的T型焊接接头进行了有限元数值模拟和试验研究.在改进以往激光热源模型的基础上,模拟分析了不同工艺参数匹配条件下的激光焊接过程,获得了实际可行的工艺参数范围.同时研究了焊接功率和焊接速度对熔池形状的影响规律,结果表明:焊接功率和焊接速度对焊缝成形具有重要影响,且熔池形状的模拟结果与试验结果吻合良好.最终获得了最佳的焊接工艺参数,为大型客机铝合金壁板的双激光束双侧同步焊接提供了理论指导.     

高强埋弧焊接圆钢管多层多道焊接数值模拟

为研究高强埋弧焊接圆钢管纵向残余应力分布规律及影响因素,考虑了高强钢材非线性物理材料属性和焊接过程中的相变潜热,以均匀热源模型模拟第一道次熔化极气体保护焊(GMAW)热源,以双椭球热源模型模拟第二、三道次埋弧焊(SAW)热源,通过单元生死功能模拟焊缝生长过程,并在焊接荷载步间不断修正钢管与空气热传递的表面积,对3道次焊...