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.     

TIG焊熔池形貌演变的数值模拟

利用Gauss热源模型,建立了定点热源作用下的二维瞬态焊接熔池数学模型,模拟了AISI304不锈钢TIG焊过程,得到不同硫含量下温度场和速度场分布图.硫含量的变化导致熔池表面张力引起的Marangoni对流方向发生变化,从而获得不同形貌的焊缝.模拟结果与试验结果基本吻合.     

等离子弧-MIG焊双电弧作用下的焊接熔池形态分析

针对等离子弧-MIG焊焊接过程中双电弧共同作用的情况，利用有限元分析软件计算了铝合金焊接熔池的形状和温度场形态，并利用实测的熔池形状和尺寸对计算结果进行了修正和标定，为实际焊接生产提供了依据。     

表面张力对激光焊接熔池及匙孔的影响

基于FLUENT19.0软件,建立了激光焊接热-流耦合模型,对比分析了不同表面张力温度系数(为负值)对熔池流场的影响.结果表明,随着表面张力温度系数的减小,熔池后方顺时针漩涡的流动趋势逐渐减弱,甚至消失,而且焊接飞溅的数量增多.纵截面熔池长度逐渐增加,纵截面熔池流体最大流动速度逐渐增大,熔池横截面的面积逐渐减小.当表面张力温度系数为-2.5×10^-4 N/(m·K)时,熔池长度平均值为3.28 mm、熔池流体最大流动速度的平均值为2.89 m/s、熔池横截面面积的平均值为4.52 mm²;当表面张力温度系数为-3.5×10^-4 N/(m·K)时,熔池长度平均值为3.73 mm、熔池流体最大流动速度的平均值为3.53 m/s、熔池横截面面积的平均值为4.03 mm²;当表面张力温度系数为-4.9×10^-4 N/(m·K)时,熔池长度平均值为4.14 mm、熔池流体最大流动速度的平均值为4.09 m/s、熔池横截面面积的平均值为3.28 mm².     

基于流体动力学的外加磁场对焊接电弧运动行为的仿真分析

采用基于磁矢量的麦克斯韦方程组与流体动力学方程组耦合求解的方法,利用F luent流体仿真软件建立在外加纵向磁场作用下的自由电弧数值模型。分析在不同强度磁场焊接电弧速度场与温度场的分布情况,着重研究焊接电弧分布规律,为纵向磁场下的电磁焊接行为的研究奠定了一定的理论基础。     

TIG电弧活性化焊接现象和机理研究(3)--活性化TIG焊接中的熔池表面张力测定

利用熔池振荡及熔池谐振信号的检测,以熔池自身固有振荡频率与熔池尺寸的内在关系测定熔池金属表面张力,研究了薄板ＳＵＳ３０４不锈钢ＴＩＧ焊不同熔池尺寸的表面张力变化以及活性剂对熔池表面张力的影响。实验研究方法为焊接熔池表面张力测定中的最初应用。     

A-TIG焊中氧含量对熔池流动方式影响的数值模拟

建立了三维移动热源作用下焊接熔池的数学模型,模拟了不同氧含量下熔池中的速度场和温度场.结果表明,氧化物活性剂中的氧元素改变了熔池中的表面张力温度系数,从而影响熔池中的流动方式,是熔深和深宽比增加的重要原因;随着氧含量的增加,深宽比和熔深急剧增加,熔宽减小.当氧含量超过150×10-6时,增加氧量,熔池表面最高温度减小,并逐渐趋于一定值;当氧含量超过200×10-6时,深宽比、熔深和熔宽趋于一定值;氧含量小于300×10-6时,熔池表面最高温度高于正表面张力温度系数作用的温度范围,正、负表面张力温度系数在熔池中同时存在.当氧含量超过300×10-6时,熔池表面最高温度处于正表面张力温度系数作用的温度范围之内,熔池中的表面张力温度系数为正值;随着氧含量的增加,在熔池中出现数目、大小、方向、位置不同的涡流,当两个涡流的方向均由熔池边缘流向熔池中心的环流时,涡流有效地把电弧能带到熔池底部,产生较大的熔深和深宽比.     

驱动力对2219铝合金DLBSW焊接熔池行为的影响

为了探索激光焊接熔池驱动力与焊接过程中熔池流动之间的关系,构建2219铝合金T形结构双激光束双侧同步焊接(dual laser-beam bilateral synchronous welding,DLBSW)过程热-流耦合模型.分析表面张力、反冲压力、重力及热浮力对熔池流动的驱动作用,并阐述这些驱动力共同作用下的熔池...     

立向下焊焊接熔池表面温度场分布的红外热象法测定

采用红外热象法对纤维素型药皮焊条立向下手工电弧焊焊接熔池表面温度场的分布进行了测定，得到了这种焊接条件下溶池表面温度场的分布规律。     

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.     

调幅交变磁场下圆柱形金属液内电磁力分布

从Maxwell方程出发,推导并计算了连续交变磁场和调幅交变磁场作用下,圆柱形金属液中电磁力密度在半径方向上的分布及其随时间的变化情况.发现在连续及调幅磁场情况下,电磁力频率均以原输入电磁场频率的两倍变化,且在调幅磁场的线性上升段和下降段,电磁力幅值的变化近似为二次抛物线形,在调幅磁场的恒值段则与连续施加时一样.这为合理设计电磁连铸时的调幅磁场打下基础.     

基于Fluent熔池内部受力的数值分析

根据TIG焊熔池的实际情况,建立了定点热源作用下TIG熔池的二维轴对称数学模型.利用FLUENT软件及其UDF进行二次开发,同时考虑了相变潜热、材料热物理性参数随温度变化等问题,对熔池中的流场及温度场进行了数值模拟,分析了熔池内部所受到的浮力、Marangoni力、电磁力和电弧力等对其流场及温度场的影响规律,特别是针对...     

外加横向磁场对304不锈钢焊接熔池影响机理分析

为了改善焊缝成形及提高焊接零件组织和性能,文中采用有限元法对外加磁场作用下的304不锈钢焊接熔池进行电磁场和热流场之间的耦合分析,得到了有无外加横向磁场作用下熔池内液态金属流动的速度矢量分布. 结果表明,外加磁场使熔池横截面最大流速分布由单一的熔池中心中部改为熔池中心上表面略靠下和熔池底部;熔池纵截面最大流速由首尾端漩涡交汇处改为沿两个漩涡流动方向较均匀分布,这是由于电磁压力抵消了部分表面张力,使表面张力的作用位置更靠近熔池中心位置. 在304不锈钢上进行堆焊试验,焊道横截面组织形貌证实了上述模拟结果.     

表面张力对激光深熔焊熔池流动的影响

为研究激光深熔焊中表面张力对熔池流动行为及熔池形貌的影响,获得活性剂对Q235低碳钢和304L不锈钢焊缝截面形貌的影响规律. 基于有限元计算软件Fluent,计算分析了激光深熔焊时表面张力在改变熔池流动行为中的重要作用. 结果表明,未添加活性剂焊接时,熔池液态金属的表面张力温度系数为负,熔池表面熔融金属以匙孔为中心由内向外流动,焊缝横截面形貌宽且浅. 添加活性剂焊接后,表面张力温度系数为正值,在熔池表面形成了由外向内的反向流动,形成了窄且深的焊缝形貌. 随表面张力温度系数绝对值的增大,表面张力变大,流体流动速度增大.     

外加磁场下GMAW熔池电磁力的有限元计算

针对外加各种磁场作用下的GMAW堆焊过程,开发了基于电弧简化模型的熔池电磁力工程化有限元计算方法. 利用此方法,系统研究了无外加磁场、外加纵向磁场和横向磁场三种工况下熔池内电磁力的分布情况,并预测了电磁力对熔池对流的影响. 结果表明,焊接自有磁场驱动了熔池中心收缩下沉流;外加纵向磁场导致周向搅拌流,形成电磁搅拌细化晶粒;外加横向磁场可以驱动熔池流动演变为"单涡"对流状态,有利于熔池接纳熔滴减少飞溅. 基于模拟结果的预测与试验结果吻合,因此验证了所用计算方法的正确性.     

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.     

氧元素分布模式与AA-TIG焊熔池形貌的数值模拟

文中结合电弧辅助活性TIG焊熔池氧元素分布的试验研究结果,提出焊接熔池表面氧元素分别与熔池表面温度和位置相关两种分布模式,建立了更完善的电弧辅助活性TIG焊熔池模型,求解结果与已有的试验结果和理论研究吻合良好. 结合求解结果,利用格拉晓夫数G_r,磁雷诺数R_m和表面张力雷诺数M_a分析了浮力、电磁力和表面张力的相对作用大小; 利用Peclet数分析了熔池热对流和热传导的相对强弱. 结果表明,电弧辅助活性TIG 焊熔池表面张力作用远大于电磁力和浮力,并决定熔池流动形式;熔池热对流主导熔池的传热过程,揭示了不锈钢活性TIG焊活性元素决定深而窄的熔池形貌的内在本质.     

AZ31镁合金组织形态的磁场控制

在AZ31镁合佥的TIC焊过程中施加不同类型的磁场,采用光学电镜和SEM观测焊接接头的组织性能,研究磁场类型对镁合金组织性能的影响规律.实验结果表明:外加磁场通过电磁作用改变熔池和电弧的传质、传热过程,进而改变焊缝组织的结晶过程,从而使得晶粒细化,成分均匀,净化杂质,抑制热裂纹的产生.     

Effect of coupling between melt shape and temperature field on electromagnetic shaping

1　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＴｈｅｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｃａｓｔｉｎｇｔｅｃｈｎｉｑｕｅｗａｓａｐ ｐｌｉｅｄｔｏｏｂｔａｉｎｉｎｇａｌｕｍｉｎｕｍｉｎｇｏｔｓｗｉｔｈｌａｒｇｅｃｒｏｓｓ ｓｅｃｔｉｏｎｉｎ 1980 ,ｉｎｗｈｉｃｈｌｏｗｅｌｅｃｔｒｉｃｃｕｒｒｅｎｔｆｒｅ ｑｕｅｎｃｙｗａｓｕｓｕａｌｌｙｓｅｌｅｃｔｅｄ[1～ 5] .Ｉｎｏｕｒｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ,ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｉｓｆｏｃｕｓｅｄｏｎｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｓｈａｐｉｎｇｏｆｂｌａｄｅ ｌｉｋｅａｎｄｔｈｉｎ ｐ…