基于串热源及CCT图的GMAW焊接热影响区组织及硬度预测

将熔化极气体保护焊（GMAW）的热输入处理为三维移动串热源,建立了串热源模型,模拟了JG590低合金钢的GMAW焊接热过程,进行了JG590钢的GMAW焊接工艺实验,通过焊缝横截面熔合线的几何形状以及焊接接头的几何尺寸对所建模型进行了实验验证,分析评价了目前常用的ts／5计算公式,利用JG590钢GMAW焊接热过程的模拟结果,结合其连续冷却组织转变图（CCT图）,成功预测了焊接热影响区（HAZ）的组织及硬度．     

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.     

GMAW焊接熔池形状和表面变形的数值模拟

采用双椭球体热源分布模式,把过热熔滴带入熔池的热焓量处理为特定区域的均匀热源,建立了运动电弧下GMAW焊接热过程的数值分析模型.利用Visual For-tran编写数值计算程序,预测了从电弧引燃到准稳态过程中焊接熔池形状和熔池自由表面变形的动态演变,并进行了对比试验.基于数值模拟和工艺试验结果,可以看出达到宏观准稳态时计算所得的焊缝形状尺寸与试验结果基本吻合,因此验证了所建模型和采用的计算方法是正确、可靠的.     

厚板多层多道焊温度场的有限元分析

考虑坡口形式对焊接热输入分布的影响及焊缝横断面形状特征,建立了超细晶Q460高强钢厚板多层多道GMAW焊有限元分析模型.利用ANSYS软件对超细晶钢多层多道焊焊缝及热影响区形状尺寸进行了模拟计算,计算结果与试验结果吻合较好.对超细晶钢多层多道焊温度场及热循环曲线进行了计算和定量分析.结果表明,后续焊缝对整个厚度方向上热影区热循环的峰值温度、高温停留时间及冷却时间有重要影响,应严格控制后续焊缝热输入或层间温度.     

Nd:YAGCW激光热传导焊Ⅰ.温度场三维解析计算

激光热导焊是激光焊接中一种重要的焊接模式 ,广泛应用于薄件的焊接中。焊接温度场以其为焊接过程最直接的外在表征而成为焊接过程研究的一种常用的研究手段。通过连续波激光热导焊温度场解析计算对激光热导焊进行了研究 ,建立了激光热导焊温度场的三维解析模型 ,并讨论了利用模型对焊缝熔合线进行计算。最后基于焊缝熔合线尺寸试验值和计算值的比较对温度场解析模型进行了验证 ,验证试验结果表明所建立的激光热导焊温度场三维解析模型能够较为准确地计算出焊缝熔合线的尺寸     

不同焊接电流电压下超级钢热影响区晶粒尺寸的数值模拟

.利用工程模拟软件模拟超级钢焊接温度场,在温度场模拟过程中对工件进行三维有限元网格划分,焊缝及热影响区等重要部位网格划分细密,离焊缝较远位置网格可适当稀疏.热源模型采用双椭球分布模式,利用计算机语言编制热源程序.从模拟温度场中提取热熔合线和焊接热循环曲线等信息,并实验加以验证,实验结果与模拟结果基本吻合.在热影响区温度场基础上,结合晶粒长大动力学原理计算热影响区晶粒尺寸,并实验加以验证,实验结果与计算结果基本吻合.利用此方法计算不同焊接电流、电压下热影响区晶粒尺寸,绘制晶粒尺寸图,定量预测了晶粒尺寸随电流、电压增加而增大的趋势.     

坡口预留间隙对高强度钢厚板打底焊缝成形的影响

利用MSC. Marc有限元分析软件对低合金高强度钢厚板打底焊热过程进行数值模拟,从温度场角度分析坡口预留间隙大小对焊缝根部熔合的影响,并通过焊接试验对模拟结果进行验证和补充. 结果表明,在低合金高强度钢要求的焊接热输入下,当预留间隙小于2 mm时,打底焊缝根部出现未熔合或未焊透缺陷;当预留间隙增大到2~4 mm时,打底焊缝根部熔透,焊缝成形良好;当间隙增大到5 mm以上后,热源不足以熔化较多的侧壁母材金属,可能出现未熔合,实际焊接时需要采用大热输入摆动才能熔合良好.     

焊接热过程和冶金过程

基于点热源的GMAW热输入分布模式及应用,移去热源前后中高碳钢堆焊温度场和应力场的数值模拟,厚板铝合金YAG-MIG复合焊接温度场数值模拟,搅拌摩擦焊焊接温度数值模型及其影响因素,[编者按]     

T型接头激光深熔焊热源建模及温度场数值模拟

为了研究T型接头激光深熔焊热现象,基于激光深熔焊能量分布特点,类比T型接头焊缝几何形貌,抽象出热源模型特征参数,间接考虑小孔效应,建立了新型体积分布式热源模型。应用这一热源模型对T型接头激光深熔焊温度场进行了数值模拟,得到了T型接头激光深熔焊温度场并在三组参数下进行了实验验证,与常用热源进行了比较。结果表明,传统体热源模型不能准确模拟T接头激光深熔焊加工过程,而新型热源模型所得焊缝横截面熔合线轮廓与试验所得T型接头焊缝熔合线吻合良好。新建模型及建模方法对T型接头激光深熔焊热力耦合分析具有一定的指导意义。     

Q420钢摆动式焊接接头温度场的数值模拟

为了研究摆动式焊接接头的温度场,以有限元软件ABAQUS为平台,采用复合热源模型模拟了低合金高强钢Q420摆动式焊接接头的温度场。同时采用试验测量了焊接接头典型位置的热循环曲线,并观察了接头焊缝的宏观截面形状。结果表明,计算得到的热循环曲线与实测结果吻合良好,复合热源模型不仅模拟出了焊缝成形系数大的熔池形状特征,还准确地模拟出焊缝的下坠区域,验证了复合热源模型模拟摆动式焊接接头温度场的准确性。     

Simulation of GMAW thermal process based on string heat source model

Abstract

A 3-D string heat source model was developed to simulate the thermal process for gas metal arc welding (GMAW) with a new transient solution of heat transfer. Reflection heat sources, the imaginary heat source and the imaginary heat sink were introduced to make the solution more reliable. The moving welding heat input during GMAW welding process was presented with a moving 3-D string heat source model made up of a group of elementary point heat sources along the moving coordinate axes. Using established models, the whole process from arc starting, quasi-steady state (QSS), to arc extinguishing during welding Q195 steel has been simulated. Meanwhile, some calculations and experiments for JG590 steel have also been made. The predicted weld cross-sections and welding thermal cycles show a good agreement with experimental measurements.     

Study on heat source model in twin-arc GMAW with a common weld pool

The heat input from arcs to weld pool in twin-arc gas metal arc welding (GMAW) with a common weld pool is investigated by high-speed photography. The characteristics of arc shapes and droplet transfer are studied and then the models for heat flux distribution on top surface of weld pool and enthalpy distribution of metal droplets transferred into weld pool are established. By using the model, 3-D geometries of weld pools in twin-arc GMAW with a common weld pool are predicted. Corresponding welding experiments on mild steel plates are carried out and the results indicate that the predicted shape of weld bead on cross section shows good agreement with measured one.     

GMAW焊接传热及其对HAZ奥氏体晶粒长大过程的影响

精确分析熔化极气体保护电弧焊（ＧＭＡＷ）焊接传热过程的前提是对施加于工件表面上的焊接热输入分布模式有一个恰当的、合乎实际的描述。本文作者根据电弧物理的基本原理和熔滴与熔池的交互作用,建立了双峰分布的电弧热流密度分布模型,确定了熔滴热焓量在熔池内部的分布区域。以此为基础,建立了ＧＭＡＷ焊接传热的数学模型,给出了焊接热影响区奥氏体晶粒长大的动力学方程。采用数值模拟技术研究了低碳钢和ＨＱ１３０钢ＨＡＺ的     

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复合焊接电弧热源形式对焊接过程参数及焊缝形态的影响

激光-脉冲GMAW复合焊接和激光-连续GMAW复合焊接两种热源形式在复合焊接中使用范围广,应用前景好.系统研究这两种热源形式和脉冲GMAW焊接以及连续GMAW焊接在焊接过程中的电参数变化特征及焊缝的形状尺寸.结果表明,激光-脉冲GMAW复合焊接中电参数平稳,焊接过程稳定,可有效地促进熔滴过渡,并且获得的焊缝尺寸较理想,熔深大、余高小,但激光功率3000W的复合焊接短路时电参数波动性增大.     

激光+GMAW复合热源焊焊缝成形的数值模拟III.电弧脉冲作用的处理与热源模型的改进

针对激光+脉冲GMAW复合焊时电弧脉冲的热作用特点,将电弧热流处理为脉冲电流和基值电流阶段分布参数不同的双椭圆模式,同时适当减小焊件表面的热导率,以间接考虑脉冲电流和基值电流的间歇式作用.根据平均焊接电流大小确定熔滴热焓椭球体分布的作用区域,并考虑激光热源的作用位置.从以上几方面对前期研究采用的热源模型进行了改进,建立了两类新的适用于复合焊的组合式体积热源模型.利用改进后的热源模型对不同工艺条件下复合焊的焊缝横断面形状尺寸进行了模拟计算.计算得到的熔深、熔宽以及熔合线走向都与实验结果吻合,使数值模拟精度有了较大提高.