厚板铝合金YAG-MIG复合焊接温度场数值模拟

基于ANSYS软件,采用移动旋转高斯体热源函数加载,对12mm厚板铝合金YAG激光-MIG电弧复合焊接进行了温度场有限元数值模拟,模拟中综合考虑了对流、辐射和热传导对焊接热过程的影响,将模拟结果与相同工艺条件下实际的焊接试验结果进行了比较,验证了旋转高斯体热源模型在厚板铝合金复合焊接中的适应性.采用同样的数值模拟热源和试验模拟方法,同样得到了该铝合金5 mm板模拟结果与实际结果相当一致的结论.从而为不同焊接工艺条件下铝合金中、厚板激光-电弧复合焊接焊缝形状和尺寸预测提供了一种有效的途径.     

铝合金焊接热力耦合及凝固热裂纹敏感性分析

基于热传导方程及热弹性力学理论,建立了铝合金焊接热力耦合模型及有限元求解方法,利用红外线热成像仪实测温度场结果来修正高斯热源模型参数,确定了给定焊接参数的高斯热源模型。将温度场计算结果作为焊接热力计算的输入条件,得到焊接过程热冲击作用下的焊接结构应力应变场。通过计算分析,获得了给定焊接参数的铝合金结构在凝固裂纹敏感温度区间内的应力应变分布规律,并结合裂纹驱动力曲线,分析了不同焊接速度及电流下的凝固热裂纹倾向性。研究结论可以为进一步分析铝合金焊接热裂纹热力学特性提供参考。     

激光电弧复合焊接顺序对304不锈钢T形接头影响的模拟试验分析

建立304不锈钢T形接头三维有限元模型,研究激光电弧复合焊接顺序对304不锈钢T形接头热变形及残余应力的影响. 采用高斯面热源加高斯锥形体热源组合的热源模型,模拟激光电弧复合热源,并通过304不锈钢激光电弧复合堆焊工艺试验验证数值模拟激光电弧复合焊接过程的可靠性. 结果表明,焊缝截面熔池形貌的数值仿真结果与焊接工艺试验结果吻合较好,该热源模型能有效模拟激光电弧两种热源的复合作用. 确定多种焊接顺序方案,分析不同焊接顺序下T形接头温度场、残余应力和热变形情况,激光电弧复合焊接顺序对T形接头残余应力及热变形均有影响,通过对比不同顺序下残余应力值及热变形量发现,顺序焊接能有效减小焊接残余应力,同时反向焊接产生的热变形量最小. 综合分析,不锈钢T形接头顺序反向焊接的效果最佳.     

不锈钢焊接温度场的三维数值模拟

分别详细分析了焊接热源的三种计算模型即高斯热源模型、双椭圆高斯热源模型及双椭球热源模型的数学表达式与物理特点。利用三维有限元网格划分技术，对工件进行网格划分，并采用网格自适应技术对焊缝金属的网格进行自动加密与生成，为缩短焊接过程数值模拟时间创造了条件。在此基础上又对其中两种焊接热源模型所建立的温度场进行了计算，得到了不锈钢SUS310材料温度场的分布规律，研究了各种参数对温度场分布的影响，并与工艺试验结果进行了比较，提出了适合三维有限元分析的最佳焊接热源模型。     

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。     

三明治板约束电弧窄间隙焊接温度场模拟

建立了适用于焊剂片约束电弧窄间隙焊接温度场有限元模型,以及由高斯面热源与改进的三维锥体热源的复合热源模型,对厚度为5 mm的BS960高强度钢三明治板应用ABAQUS进行了约束电弧焊接数值模拟,并获得了BS960高强度钢焊接温度场的分布特征及焊接过程热循环曲线。结果表明:模拟获得的焊缝形貌特征与实际基本吻合,模拟所得的温度场结果与试验所得结果相近,验证了所建立的热源模型在计算焊剂片约束电弧窄间隙焊接温度场的可行性,为后续应力应变的研究和密集焊缝下整板变形控制研究打下了基础。     

基于ANSYS概率设计系统的电弧切割参数敏感性分析

为研究切割电流、切割速度、工件厚度和有效加热半径对低合金钢电弧切割质量的影响,建立了基于ANSYS概率设计系统的电弧切割参数敏感性分析模型.以低合金钢2Cr13为研究对象,通过施加移动高斯热源模拟电弧切割过程,研究了工件温度场和应力场随各参数的变化规律.采用响应面概率设计方法分析了温度场和应力场对各切割参数的敏感性,结果表明,切割电流和切割速度对电弧切割质量影响较大,有效加热半径和工件厚度影响较小;切割电流和工件厚度对温度场为正影响,切割速度和有效加热半径对温度场为负影响;切割电流、工件厚度和有效加热半径对应力场是正影响,切割速度对应力场是负影响.文中模型对低合金钢电弧切割工艺设计具有重要的借鉴和指导意义.     

组合热源模型在焊接数值模拟中的应用

对不同焊接热源的特征要素进行分析,焊接数值模拟中采用高斯面热源和双椭球体热源处理焊接加热问题均不能准确地反映焊接熔池形状.文中提出焊缝表面高斯热源和焊缝内双椭球体热源结合的组合热源模型,其熔池与实际焊缝熔合线吻合.应用上述三种热源对马氏体不锈钢平板对接电弧焊的温度场及应力场进行了数值模拟.结果表明,使用组合热源进行数值模拟较之单独使用高斯或双椭球热源的残余应力计算值与实测值吻合度更高.     

2024铝合金薄板激光拼焊工艺优化及有限元模拟分析

利用Nd:YAG激光器对厚度为0.5mm的Al-Cu-Mg系2024铝合金薄板进行激光焊接试验。通过正交实验研究了影响焊缝质量的因素,优化了激光焊接工艺参数,并基于ANSYS建立高斯热源模型,利用APDL语言编程实现热源的移动加载,从而对焊接温度场进行动态模拟,得出温度分布,最后进行温度场和焊缝宽度测量。对比表明,试验数据和模拟结果吻合较好。     

基于ANSYS的铝合金薄板焊接温度场三维有限元模拟

针对铝合金薄板对接焊,采用双椭球热源分布模式,基于ANSYS软件平台,建立了运动电弧作用下焊接过程的有限元数值分析模型。在模拟的过程中,利用ANSYS软件的AFDL语言,较好地模拟了焊接时焊接电弧移动加热过程以及整个温度场的瞬态变化,实现了参数化编程。对模拟的动态过程进行分析,得到了焊件温度场的分布规律,为以后焊接应力应变的准确分析奠定了基础。     

铝合金变极性等离子弧焊应力场数值分析

以传热学及热弹塑性有限元分析法为理论基础,利用ANSYS有限元分析软件,对铝合金变极性等离子弧焊接温度场、应力场进行数值模拟. 建立 "高斯+双椭球"热源模型,通过正反极性不同尺度热源模型的循环加载,实现对焊接温度场及其应力场较准确的计算;焊后在焊缝的纵、横方向选取不同的点进行残余应力实际测量. 结果表明,不同路径上焊接残余应力值其分布规律与理论基本相同;实际测量结果同计算结果进行比较,二者数值相差较小,说明数值分析的计算结果具有一定的理论指导意义.     

轧辊堆焊温度场的动态有限元模拟

利用有限元软件对轧辊堆焊温度场进行数值模拟.在模拟过程中,实现焊接移动热源的施加,较好地模拟了焊接电弧移动加热过程以及整个温度场的瞬态变化,考虑了材料热物理性能参数与温度的非线性关系,并以70Cr3Mo的堆焊为例进行了实例计算,计算结果与实测结果相吻合.     

线损伤铝合金薄板脉冲激光修复过程的温度场模拟

利用ANSYS有限元分析软件对存在线损伤的铝合金薄板脉冲激光修复过程中的温度场进行了数值模拟。综合考虑了材料热物性参数、边界条件、相变潜热等因素,建立了表面高斯热源+三维锥体热源模型,两个热源功率分配比为1:9,并对模拟结果进行了试验验证。结果表明,数值模拟计算的熔宽和熔池形貌与试验获得结果吻合较好,说明所建立的温度场数值模型和热源模型能够较准确地反映线损伤铝合金薄板脉冲激光修复过程的温度场,可用作此类铝合金薄板脉冲激光修复过程分析及工艺参数优化。     

基于CuSi3焊丝的镀锌钢板激光钎焊温度场及接头组织分析

采用焊接试验与焊接数值仿真相结合的方法对镀锌钢板CuSi3焊丝激光钎焊焊接温度场进行研究,使用高斯面热源和旋转高斯体热模型构成的组合热源模型对温度场数值模型进行计算,根据试验和数值计算结果分析激光钎焊过程中焊接线能量对接头显微组织及温度场分布的影响规律。焊接接头母材区主要为尺寸均匀的细密等轴晶,而焊接热影响区主要为垂直于温度场等温线并朝向热源方向生长的柱状晶,柱状晶的宽度随着靠近热源在不断生长;随着焊接线能量的提升,焊接接头截面的钎缝深宽比也展现出增大的规律;表面焊缝中心温度场分布梯度较小,焊接线能量对焊缝中心峰值温度影响不大;焊缝边缘贴近母材区域温度在四种试验参数下均高于锌镀层沸点,从而导致焊接试件表面产生气孔。     

旋转电弧窄间隙焊温度场和侧壁熔深的数值模拟

针对旋转电弧窄间隙MAG焊焊缝成形研究需要,采用Ansys软件对旋转电弧窄间隙MAG焊接温度场进行数值模拟,研究焊缝成形的影响因素.考虑旋转电弧窄间隙MAG焊特点,实现热源模型旋转加载和旋转电弧窄间隙焊接三维温度场数值计算,模拟温度场结果与试验焊缝形貌吻合良好.为进一步提高计算效率,根据热源等效和旋转电弧热源分布特点,提出了一种类似马鞍形圆环的等效热源,侧壁熔深模拟结果与实际较符合,且计算效率大为提高.研究结果为进一步的熔深控制和焊接变形研究奠定基础.     

5A12铝合金有限宽薄板钨极惰性气体焊接的数值模拟

针对铝合金5A12有限薄板钨极惰性气体（TIG）焊接过程存在非准稳态的特点,提出了考虑热源预热作用及移动效应的二维高斯热源修正模型,并采用修正的二维高斯热源模型对其焊接热过程、焊接残余角变形和纵向残余应力进行数值模拟及研究,同时比较数值模拟及实验结果。实验结果表明：利用修正的二维高斯模型能较好地反映有限薄板的焊接特点,所计算的接头熔合区形状、热循环曲线与实验结果吻合良好。焊接残余角变形及焊接纵向残余应力也得到了与实验值较接近的模拟结果。利用此修正的二维高斯模型可提高焊接温度场、焊接纵向残余应力与变形数值模拟的准确性。     

基于阶梯模型的摆动焊接温度场数值模拟

根据摆动焊接速度和方向的变化规律,建立了电弧摆动焊接适用范围更加广泛的阶梯模型,以Q345平板对接接头为研究对象,利用焊接模拟软件SYSWELD对摆动焊接过程的温度场进行数值模拟,获得了焊缝区瞬态温度场以及各节点的焊接热循环曲线.结果表明,电弧摆动阶梯模型的瞬态温度场形状与带状热源模型不同,当热源由中间向两边摆动时,阶梯模型的熔池呈头小尾大的椭圆形;电弧摆动阶梯模型的焊接热循环曲线也与带状热源模型不同,阶梯模型的焊接热循环曲线在加热和冷却过程中都会出现一个小波峰,表明焊缝在加热和冷却过程受到电弧摆动的影响.     

铝合金激光深熔焊接热过程有限元数值模拟

对铝合金5A06简体纵缝进行激光深熔焊接。采用旋转高斯体热源模型和ANSYS有限元分析软件对其进行了数值模拟。结果表明,用有限元数值模拟方法得到的焊接温度场分布规律与实测结果基本一致。     

水下焊接温度场数值模拟

分析了水下焊接温度场热源分布模式,选择双椭圆高斯体作为热源分布模型。讨论了影响水下焊接温度场的几个因素;水对电弧热效率影响不大,对流系数随着工件和水之间的温度差变化而变化,水对流使得熔池迅速凝固。使用ANSYS软件作为数值模拟工具,利用APDL语言编写了热源加载子程序和施加变化对流系数的子程序。试验表明,计算结果与实测结果误差较小。     

短路过渡CO_2气体保护焊结合型热源模型的研究

为准确地模拟短路过渡CO2气体保护焊焊接温度场分布特点,根据试验结果推导出了适用于短路过渡的熔滴热热源模型,建立了结合电弧热和熔滴热共同作用的结合型热源模型。并将结合型热源模拟结果、高斯热源模拟结果与实际温度场的测量试验结果进行了比较分析。结果表明,与高斯热源模型相比,使用结合型热源模型更能准确地模拟短路过渡CO2气体保护焊焊接温度场的分布特点。