低碳钢非对称角焊温度场有限元分析

针对单边开坡口的非对称角根焊中熔透不稳定、成形质量差的问题,对其温度场及熔池成形规律进行分析从而优化焊接参数的选取,改善成形质量.考虑温度、对流、辐射和相变潜热对材料物理性能的影响,利用有限元分析软件建立了低碳钢非对称角焊缝有限元模型,并进行仿真计算.对比讨论了不同结构情况下焊接电流对温度场的影响,重点分析了非对称角焊接参数对背部熔宽的影响.结果表明,非对称角焊缝温度分布不均匀,背部熔宽对电流的变化十分敏感,焊接电流大小对熔池形状影响较大.通过试验得到三组熔透情况不同的焊缝,其热影响区形状尺寸与仿真结果吻合良好,从而验证了理论分析的有效性.     

CuZnSnSi合金钎料相变过程的热分析动力学

CuZnSnSi合金钎料在钎焊钢工件中具有良好的综合性能.为进一步探究其合金性能,借助差示扫描分析(DSC)和热重分析(TG)技术,分别采用微分非等温法和积分非等温法分析了CuZnSnSi合金钎料相变过程的热分析动力学.结果表明,CuZnSnSi合金的相变温度范围为1150.5~1221.5 K,吸热峰温度为1174.46 K,在相变过程中没有化学反应,但出现升温段的吸热峰温度滞后于降温段的放热峰,说明了合金钎料在结晶过程需要一定的过冷度;非等温分析法计算得到合金钎料相变表观活化能为615.72 kJ/mol;由Arrhenius公式得出合金钎料相变速率常数k的变化规律为1.71×1027exp(-6.16×10⁵/RT).     

非对称角根焊熔透和焊后变形的规律

T形角接单侧开V形坡口的中厚板焊接具有成本低、生产效率高的特点,但这种焊缝两侧结构非对称,尤其根部结构厚度悬殊,焊接热传导差异大,不易有效保证良好全熔透成形,且焊后工件常伴随变形较大,影响后续安装使用.为了获得非对称焊缝焊接热输入对熔透和变形的作用机制,提出考虑热输入大小和能量分配两个因素探讨对热传导规律的影响.在温度...     

旋转电弧GMAW堆焊短路过渡熔池动态仿真

为探究旋转电弧GMAW堆焊短路过渡时熔池的温度和对流分布规律,利用Flow-3D软件建立三维数学模型,采用球形旋转热源模型,考虑重力、熔滴拖拽力、表面张力、浮力作用,模拟了堆焊状态下,工件材料为Q235的旋转电弧GMAW短路过渡的熔池成形规律. 采用流体体积法追踪熔滴过渡和熔池表面的自由变形,并分析熔滴进入熔池时熔池内部温度场和流场的变化. 结果表明,熔池形成过程中,旋转熔滴对熔池有搅拌作用,并使熔池内部液态金属活性增强,流速变快,熔池内部液态金属体积变大,熔池的宽度变大. 模拟预测的焊缝尺寸、形状与试验吻合良好. 为优化焊接工艺参数、改善旋转电弧GMAW堆焊焊缝质量提供参考依据.     

5056铝合金稳恒磁控激光深熔焊接过程熔池流动与传热行为分析

针对外加稳恒磁场条件下6 mm厚度5056铝合金激光深熔焊接过程,建立了热场—流场—电磁场耦合熔池瞬态动力学数值模型,求解了特定时刻温度场、速度场与电磁场分布,建立了熔池沿不同方向的Peclet数模型,分析了不同磁场感应强度对熔池流动与传热行为的影响.结果表明,稳恒磁场条件下熔池中产生显著的哈特曼效应,表现为液态金属M...     

激光穿透焊温度场及流动场的数值模拟

建立了复合热源作用下的激光穿透焊接熔池流动三维计算模型,热源由作用在激光表面的高斯热源以及沿激光入射方向的柱状热源组成,分别考虑了等离子体和小孔吸收机制。通过添加源项的办法解决了过渡区相变问题,从而将固态区和液态区组合一起求解,简化了固液边界条件的处理难度。通过TC1钛合金激光焊接试验验证了模型的正确性,计算所得的熔池截面与试验结果吻合良好。结果表明,Marangoni对流是形成激光穿透焊“沙漏”状熔池形貌的主要原因。     

外加磁场对镁合金焊接熔池形态的影响

以镁合金焊接熔池为研究对象,建立了移动热源作用下焊接熔池的三维数学模型. 利用大型通用有限元软件ANSYS将电磁场分析结果导入到热流场分析中,实现电磁场和热流场之间的耦合分析. 模拟了无外加磁场作用下以及外加磁场作用下镁合金焊接熔池的温度场分布和流体流动的速度矢量分布. 结果表明,外加磁场产生的电磁力驱动熔池中熔融的液态金属发生旋转运动,改变了液态金属原有的运动方式和传热方式,流体流动速度和流动范围增加,焊缝熔宽增大,熔深减小. 试验结果验证了模拟结果的可靠性.     

激光-等离子弧复合焊接熔池流动和传热的数值分析

建立了激光-等离子弧复合焊接过程中液相区、糊状区和固相区的统一模型,在模型中同时考虑了表面张力、热浮力和电磁力的作用,通过数值计算得到了熔池的速度场和温度场,重点研究了电磁力对熔池流动和传热的影响.结果表明,在熔池形成的初始阶段,表面张力对熔池中的对流和传热起主要作用,而电磁力的作用受到抑制,随着熔深增加,电磁力作用增强并引起涡旋,导致熔深和下表面熔宽增加.针对1420铝锂合金的复合焊工艺试验表明计算结果与实际相符合.     

非对称角根焊中焊枪偏移与熔透形态的关系

中厚板单侧开V形坡口角焊缝由于两侧结构不对称,根部焊接时散热差异大,易产生未熔合缺陷. 为保证根部打底焊良好熔透成形,提出根据正面熔池形貌变化实时调整焊枪角度的策略,提升焊接熔透质量. 结果表明,随着焊接角度变化,焊枪相对熔池发生了有规律位置偏移. 对采集到的正面熔池图像进行中值滤波等处理后获取焊枪中心的位置坐标,并研究了不同角度焊接的内部熔透形态,建立了熔池正面焊枪位置偏移量与内部熔透形态的定量关系,为利用正面熔池特征信息预测控制焊接内部熔透形态提供了一种新的方法.     

网格尺寸对双椭球热源模型作用下焊接温度场计算的影响

文中以Q345E薄板对接焊焊接过程为研究对象,基于双椭球功率密度分布体热源模型,利用ABAQUS有限元软件建立其1/2模型,通过数值模拟研究了不同网格尺寸对焊接温度场的计算精度和计算效率的影响,结合数值积分计算,分析比较了不同网格尺寸下,理论热输入与实际热输入的差别,提出了适宜的网格尺寸.计算结果表明,随着网格尺寸的不断减小,收敛时间变长,CPU计算时间变长,焊接温度场的最高温度、焊接熔池的宽度和深度减小;当网格尺寸减小至双椭球功率密度分布热源深度方向长度的1/2时,理论热输入与实际热输入偏差较小,得到的焊接温度场最高温度、焊接熔池宽度和深度也趋于恒定.     

激光-等离子弧复合焊接熔池流动和传热的数值分析

建立了激光一等离子弧复合焊接过程中液相区、糊状区和固相区的统一模型，在模型中同时考虑了表面张力、热浮力和电磁力的作用，通过数值计算得到了熔池的速度场和温度场，重点研究了电磁力对熔池流动和传热的影响。结果表明，在熔池形成的初始阶段，表面张力对熔池中的对流和传热起主要作用，而电磁力的作用受到抑制，随着熔深增加，电磁力作用增强并引起涡旋，导致熔深和下表面熔宽增加。针对1420铝锂合金的复合焊工艺试验表明计算结果与实际相符合。     

电弧热流分布模式对GMAW焊接温度场的影响

提出了ＧＭＡＷ熔池表面产生较大变形时的电弧热流分布模式,以此为基础并考虑熔滴过渡过程及焊缝余高,建立了焊接温度场的数值分析模型,通过数值模拟,定量分析了焊接工艺参数－ＧＭＡＷ熔池表面变形－电弧热流分布－熔池形态及其温度是之间的相互影响。焊接工艺试验结果,与高斯热源模型相比,采用本文给出的ＧＭＡＷ电弧热液分布模型的计算结果更符合实际。     

分段退焊对角接接头焊接残余应力及变形的影响

基于热-弹塑性有限元理论,以Abaqus软件为平台进行角接接头焊后残余应力及变形的分析,采用分段移动热源模型并利用Fortran语言开发热源子程序,分别采用直通焊和分段退焊两种方式进行角接接头焊接温度场、残余应力及变形的数值模拟分析.结果表明:横向变形是角接接头最主要的变形;角接接头焊接在焊缝端口处的残余应力为压应力,...     

不锈钢焊接凝固裂纹温度场的数值模拟

进行不钢焊接凝固裂纹温度场分析与数据模拟。首先将电弧民辐射状对称并呈高斯分布的二维热流作用于工件表面,解决了电弧产热问题;其次,通过液淬法测试金属的固相分数随温度变化率,得到了凝固热放率;最皇采用增大热传导系数的方法,考虑了熔池内流体流动对整个温度场的影响。在此基础上,建立了二维焊接凝固裂纹温度场计算模型。此外,采用有限元方法计算了二维焊接凝固纹温度场,并研究了焊接规范参数及材料的热物理性能对 影     

受约束内覆薄壁管对接焊温度场和应力场的数值模拟

针对复合管对接焊时,较厚的外层基材对内衬薄管焊接的温度场分布和应力场变化的约束影响,以及基材与薄管的接触效应,运用有限元法,在焊接过程使用"时间幅值"和"单元联接"等技术,建立了相应的有限元分析模型,计算了复合管对接焊内衬薄管的温度场变化和焊后残余应力的分布状况.通过计算,对薄管焊接速度、应力进行了分析讨论,并对薄板材料性质、结构尺寸、焊接热输入等焊接失稳变形的影响因素进行了研究.结果表明,薄板结构尺寸、焊接热输入对变形影响较大,而材料性质相对影响较小.     

基于ANSYS的GMAW温度场计算

根据传热学、流体力学、物理冶金等理论，建立了运动电弧下熔化极气体保护焊(GMAW)的三维非稳态熔池的数学模型。在数学模型的基础上建立了GMAW堆焊的有限元模型，并使用通用有限元软件ANSYS对熔池温度场进行了计算，在计算的过程对有限元模型进行了非均匀网格划分，加入了熔滴对熔池的能量和表面变形的影响，采用了双高斯热源叠加的双峰热源分布模型，应用有限元生死单元的处理方法。并通过不同工艺参数下的工艺试验的熔宽和熔深的测量值与ANSYS计算值进行了比较，熔池的熔宽和熔深的误差均控制在8％以内。结果表明，使用ANSYS和使用双峰分布的热流来计算GMAW温度场均是可靠和可行的。     

铝-铜异种材料对接搅拌摩擦焊温度场数值模拟

根据铝-铜异种材料对接搅拌头偏置搅拌摩擦焊接特点,利用ANSYS软件,模拟焊接过程中的瞬态变化温度场以及焊缝区域各点的热循环曲线. 通过对比分析了移动焊接稳定阶段焊缝横向、纵向及厚度方向各点的最高温度变化;对比不同焊接参数的变化对焊接温度变化的影响,确定主要影响因素为搅拌头转速. 通过试验采集特征点热循环曲线与模拟比较的结果吻合度良好,验证了热源模型与散热模型的准确性. 温度场模拟结果表明,异种材料偏置搅拌摩擦焊过程中温度最高值出现在焊缝中心偏铝合金侧位置.     

外加横向磁场对高速GMAW焊缝成形的影响

对于高速熔化极气体保护焊接（GMAW）过程,当焊接速度超过临界值后,会出现驼峰焊道,焊缝成形变差.研究证明,熔池中动量很大的后向液体流是产生驼峰焊道的主要原因.研发了外加横向磁场发生装置,通过产生的电磁力来抑制后向液体流的动量,从而抑制驼峰焊道的形成.应用特斯拉计测试和考察了工件上磁感应强度大小及分布的影响因素.通过开展焊接工艺试验分析了不同强度的外加磁场作用下的焊缝成形规律.结果表明,外加横向磁场能明显调控熔池流态,有效抑制驼峰焊道和咬边等缺陷,显著改善焊缝成形,提高临界焊接速度.     

相变潜热对铍材激光钎焊熔池内流场和温度场动态行为的影响

为了能够反映固液相变过程中潜热等对熔池动态行为的影响,基于旋转高斯体热源与高斯面热源相结合的混合热源模型,分析了相变潜热对焊接熔池温度场和熔池形状的影响.计算结果表明,在铍材激光钎焊过程的温度场和流场分析中,潜热的影响不是总可以忽略的,其误差取决于材料在物相转变时交界面温差的范围及材料熔解体积的大小.与不考虑相变潜热的情况相比较,考虑相变潜热时显示出较低的最高温度、较小的熔池范围和较窄的热影响区.通过对铍材焊接温度场、焊缝断面形状模拟结果与实际热循环曲线以及焊接接头形状的对比,表明,考虑潜热的计算模型会得出更精确的结果.     

CO2短路过渡焊接熔池三维瞬态数值模拟

考虑CO₂短路过渡焊接过程中的随机性,建立了考虑熔滴熔池短路时刻、熔滴初始大小等因素的熔滴自适应模型. 此外,采用非对称高斯热源模型来考虑电弧热流密度沿焊接方向的非对称性,结合附加源项法考虑电弧压力、电磁力和浮力,采用连续表面张力模型计算表面张力,采用VOF方法追踪熔池表面,采用焓-孔隙度法考虑熔化凝固过程中的糊状区的动量损失,建立了CO₂短路过渡焊接熔池的三维瞬态模型. 利用该数学模型计算6 mm厚低碳钢板的CO₂短路过渡焊接熔池的温度场和流场的瞬态发展,模拟和试验结果的短路间隔时间概率密度分布及焊缝成形吻合良好.