管线钢中厚板激光诱导电弧全位置焊接工艺与性能

采用低功率脉冲激光诱导MAG电弧复合热源新工艺,对板厚为16 mm的X65管线钢进行了全位置单面焊双面自由成形及受力分析研究。试验结果表明:热输入是影响全位置打底焊内凹缺陷产生的主要原因,热输入的增大使得熔池体积增大,熔池所受重力增大,流动趋势增强,导致打底焊焊缝内凹缺陷变大;通过调控焊接电流、焊接速度以及焊枪倾角匹配,可促进熔池受力平衡并减弱熔池流动,激光对于电弧的诱导作用使得单道熔深达到6 mm的同时获得良好背面成形;不同位置焊接接头拉伸试验均断裂在母材,抗拉强度与母材的相当;焊缝区冲击吸收功为母材的82%,热影响区冲击吸收功却高于母材的。     

重力对全位置TIG焊熔池温度场与流场影响的有限元分析

建立了全位置TIG焊接中平焊、45°下向焊、立焊下向焊的熔池温度场、流场数值计算模型,计算了不同焊接位置以及不同重力加速度值情况下熔池的温度场和流场,分析了重力方向和大小对熔池内流场和温度场的影响规律;发现重力方向对熔池内液态金属的流场、温度场影响明显,液态金属的流动影响温度场分布明显,重力大小对熔池流场的分布形态没有影响,但是对流动速度影响明显. 得到的结论对于研究熔池失稳判定依据、指导设计全位置TIG焊乃至MAG焊工艺具有一定的参考价值.     

钛合金激光穿透焊的焊缝成形(II)

在前文基础上进一步研究了钛合金激光穿透焊的热源作用模式及熔池流动特点对焊缝成形的影响.研究结果表明,钛合金激光穿透焊的焊缝成形是焊接过程中"两点一线"热源作用模式和熔池流动传热特点所决定的.焊接热输入和激光功率密度对"两点一线"热源作用模式及熔池流动传热特点具有重要的影响.随焊接热输入和激光功率密度的增大,金属蒸气和等离子体的热辐射以及熔池上部和熔池下部的流动传热作用增强,焊缝截面由钉形向近X形转变.根据点、线热源叠加原理获得了"两点一线"热源温度场模型.     

基于Simufact的不锈钢搭接激光填丝焊与MIG焊数值模拟

采用激光填丝焊与MIG焊焊接SUS301L不锈钢搭接角焊缝,对比了两种焊接方法的焊缝成形差别,并运用Simufact.Welding软件对两种焊接方法进行了焊接仿真.结果表明,计算得到的焊接熔池形状与实验结果基本吻合.对不同焊接方法下的温度场、应力场与变形进行了分析.激光填丝焊与MIG焊过程都属于快速加热与冷却过程,但MIG的热输入相对较大,冷却速度相对激光填丝焊较慢;两种焊接方法得到的焊缝热影响区处均存在较大的等效应力,焊后工件完全冷却后均发生变形,MIG焊变形量较大.     

2219铝合金中厚板爬坡TIG焊熔池温度场三维数值模拟

为了研究2219铝合金中厚板爬坡TIG焊熔池热场特征,建立了中厚板TIG焊温度场模型,进行爬坡TIG焊熔池温度场三维数值模拟,以及不同焊接工艺参数对温度场的影响数值分析,同时通过焊缝形状尺寸的测定以及热电偶测温,对模型及温度场数值模拟结果进行验证。结果表明,受熔池重力影响,厚板爬坡姿态下熔池热场长度要大于平焊姿态;爬坡TIG焊温度场受焊接电流、焊接速度影响明显,焊接电流增加或者焊接速度降低,均会导致温度场最高温度上升,熔池宽度和长度增加;测量的实际焊缝尺寸与熔池温度场数据和数值计算结果相符度高,建立的模型及爬坡焊温度场三维数值计算准确。     

钛合金激光穿透焊的焊缝成形（Ⅱ）

在前文基础上进一步研究了钛合金激光穿透焊的热源作用模式及熔池流动特点对焊缝成形的影响。研究结果表明，钛合金激光穿透焊的焊缝成形是焊接过程中“两点一线”热源作用模式和熔池流动传热特点所决定的。焊接热输入和激光功率密度对“两点一线”热源作用模式及熔池流动传热特点具有重要的影响。随焊接热输入和激光功率密度的增大，金属蒸气和等离子体的热辐射以及熔池上部和熔池下部的流动传热作用增强，焊缝截面由钉形向近X形转变。根据点、线热源叠加原理获得了“两点一线”热源温度场模型。     

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. 在温度场模拟中引入了等效双高斯热源模型,有效提升了计算精度. 采用数值模拟和试验相结合的方法,对熔透成形、应力场分布和焊件变形进行了对比分析. 结果表明,当焊接电流保持不变且焊枪角度为20°时,焊件变形量最大,焊接试件变形增加18%左右;当焊枪角度一定时,焊件变形量随焊接电流的逐渐增加而增大,最大变形量为2.595 2 mm. 相关研究揭示了非对称焊缝熔透和焊接变形规律,为此类非对称角根焊的焊接质量工艺参数优化提供理论支持.     

基于ANSYS的6082铝合金T形接头MIG焊的有限元模拟

借助有限元分析软件ANSYS,模拟了6082铝合金T形接头MIG焊的焊接温度场和应力应变场.采用移动的双椭球热源模型模拟MIG焊过程,并考虑到了母材6082和焊丝ER5356这2种材料随温度变化的热物理性能参数.通过3种不同的焊接速度模拟比较发现,随着焊接速度的增大,温度场区域面积减小,熔池温度降低,焊缝处纵向和横向残余应力均增大,热影响区和垂直于焊缝方向上纵向残余应力均减小,同时焊接角变形也会减小.     

CO2激光焊接工艺对AZ31B变形镁合金焊缝表面成形的影响

采用3 kW的CO2激光器焊接4 mm厚的AZ31B变形镁合金板材,研究了气体保护方式和焊接工艺参数对焊缝表面成形的影响.试验结果表明,保护气流的方向和气流量对焊缝表面成形存在显著影响,当气流方向与焊接方向相反并与水平方向呈30°角、气流量为2 000 L/h时,焊缝的表面成形最为均匀平整.通过调整激光功率和焊接速度等工艺参数来改变焊接热输入,可以获得"未熔透"、"仅熔池透"、"适度熔透"和"过度熔透"等不同熔透状态和表面成形特点的焊缝,其中"适度熔透"状态的焊缝正、背面成形最均匀;在相同的焊接热输入条件下,强参数规范条件下获得的焊缝表面成形效果最佳.     

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.     

TA2钛合金管道仰焊位置PAW焊缝成形研究

对准Ф219 mm×8.8 mm TA2钛合金管道全位置等离子弧焊仰焊焊缝成形进行了研究,通过对仰焊位置熔池受力分析,阐述了仰焊位置PAW焊缝成形缺陷产生的原因,分析认为仰焊位置PAW内凹的产生与穿孔熔池受重力影响引起的熔池"塌陷"密切相关。仰焊位置PAW的特点是焊缝正面熔宽较大、背面熔宽较小,且焊缝背面余高较小易产生内凹缺陷。通过试验表明,不同焊接参数对焊缝成形影响均不相同,焊缝背面熔宽对焊接参数变化较敏感,当各参数之间相互匹配时,可得到良好的焊缝成形。     

中厚板对接MAG-TIG双电弧打底焊研究

研究了MAG-TIG双电弧复合热源中厚钢板自由成形打底焊接工艺,采用高速摄像机采集焊接过程中的电弧形态和熔池流动行为,焊后采用光学显微镜、万能力学性能测试仪等设备对接头进行测试分析。结果表明:与单独脉冲MAG焊相比,MAG-TIG双电弧复合热源打底焊接工艺熔透均匀,且正、反面自由成形连续、稳定;TIG电弧的存在对MAG电弧产生电磁排斥力,使MAG电弧稳定作用于熔池前端;拉伸测试获得的平均拉伸强度为466 MPa,断裂均发生在远离焊缝和热影响区的母材;通过调整TIG电弧的作用位置和电流大小,可以控制MAG电弧加热位置,以及焊接熔池上方热输入的分配,实现了MAG-TIG复合焊接熔池流动行为的调控。     

UNS N04400管道全位置脉冲TIG焊数值模拟及工艺研究

为了避免焊接重复性试验,快速解决N04400管道全位置自动焊的难点问题,利用有限元软件建模,借助焊缝的热传导模拟技术获得全位置焊过程中熔池的流场分布,并结合不同区间熔池的受力分析,制订合理、准确的焊接工艺参数,确保熔池的稳态平衡,从而实现N04400管道的全位置自动化焊接。试验结果表明,通过全位置脉冲TIG数字化焊接工艺及有限元模拟技术,不仅实现了单相固溶体Ni-Cu合金全位置焊缝的稳态成形,并且细化了晶粒,提高了焊缝的耐腐蚀性能,同时,减少了焊接试验工作量,省时省力,值得推广与应用。     

低碳钢管子全位置A-TIG焊接法

A-TIG焊是一种新型高效的焊接法,具有熔深深,热影响区小、焊缝窄、变形量小、效率高等特点.对低碳钢管子全位置A-TIG焊接法进行了研究.在分析了涂覆活性剂后管子全位置焊接过程中熔池的受力状态的基础上,制定了相关焊接工艺.对6mm厚的低碳钢管子焊接时不开坡口,将活性剂刷涂于待焊焊道表面,使用管道全位置焊机进行焊接,可以一次焊透,并能单面焊双面成形.突破了管道全位置焊机只能焊接薄壁管的局限性,使得管道全位置焊机的使用范围进一步扩大,焊接效率大幅度提升.     

单面焊双面成形左向焊接法

对一些无法进行双面焊而要求焊透的焊缝,要求在坡口一侧进行焊接而在焊缝正、背面都能均匀无缺陷的焊道,这种焊接叫做单面焊双面成形,由于焊接时看不到另一侧的熔池情况,反面成形不易控制,焊缝在各种位置熔滴受力的不同,尤其在板较簿选用较粗直径的焊条进行焊接时操作难度更大。对于单面焊双面成形焊接技术在“焊     

小管径不等厚不锈钢导管全位置焊接数值模拟

火箭制造中需要实现不等厚小管径不锈钢管的焊接,在实际的施焊过程中,使用的是固定管件在封闭状态下进行全位置TIG焊(钨极氩弧焊),但由于在钨极围绕导管焊接过程中,在特殊位置易产生焊接缺陷,影响焊接质量,且密闭状态下无法观测,故采用有限元模拟的方法对焊接机理进行研究。为研究焊接整体过程,先从温度场开始模拟,得出应力场及熔池流场。结果表明,模拟结果与实际情况相符,随着焊接过程的进行,焊接温度场由最初的加热不足,直到形成稳态温度场分布,形成与实际相符的熔池区域。对流场进行分析后得出,在熔池较大时易产生焊接缺陷,且此时对焊接速度及热输入的敏感度高。     

TIG焊接熔透熔池的数学模型

根据流体力学理论和变分法原理，推导出了熔透情况下ＴＩＧ焊接熔池上表面和下表面变形的方程，建立了ＴＩＧ焊接熔透熔池流场与热场的数值分析模型，采用非正交贴体曲线坐标系成功地处理了熔池表面的曲面边界，将熔透情况下熔池上下表面变形的计算，与熔池流场与热场的计算相结合，不仅较好地计算出熔池的流场与热场，同时求得了焊接熔池的上下表面变形。焊接工艺试验表明，根据该模型计算的焊缝成形与试验测试结果吻合程度良好。     

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.     

铝合金双脉冲MIG焊过程的温度及应力变形模拟

针对6061-T6铝合金薄板T型接头的双脉冲MIG焊,采用弹塑性有限元方法对其温度场与应力-应变场进行模拟,并将热输入简化为以低频脉冲频率在强、弱脉冲之间周期性转换的热源,同时运用生死单元技术模拟焊丝的填充过程。结果表明:焊后T型接头的残余应力主要集中在焊缝处,其最大值为273 MPa,导致受热侧翼板产生了1.61°的角变形。焊接过程中的温度场和应力场均以低频脉冲频率周期性变化,与强脉冲群相比,弱脉冲群阶段的熔池温度较低且体积较小,而熔池及周边金属的受力较大。强、弱脉冲之间的周期性转换引起熔池尺寸及受力的周期性变化,有利于鱼鳞状焊缝和细小均匀的焊缝组织的形成。熔池尺寸、焊接热循环曲线以及T型接头焊接变形的模拟结果与实验结果吻合较好,验证了模拟的可靠性。     

基于散热条件变化的弧焊熔透成形过程的数值模拟

利用有限元热场数值模拟技术,对焊接过程中变截面与非变截面焊件的温度场进行模拟计算,定量地得到了由于焊件变截面散热条件变化,导致熔池动态热输出及熔透变化的过程,通过两种焊件计算结果的对比分析,得出可通过焊件热影响区长度方面的温度梯度和宽度方向的温度梯度的变化来反映熔池热输出变化及热输出变化与熔透变化具有一定对应关系的结论,为进一在于能量平衡的熔透控制建立一定的理论基础。