深熔激光焊新型热源模型的研究

综合考虑激光深熔焊的工艺特点和几何参数,建立了三维锥体热源模型和高斯面热源相组合的热源模型。利用大型有限元分析软件ANSYS的热分析模块及其自带的APDL语言编写数值分析程序,模拟了激光深熔焊的三维瞬态温度场,并与实际的焊接试验对比分析,结果表明,建立的热源模型能够较好地反映了激光焊的深熔特性,特别是熔池的"螺钉状"结构,为进一步研究激光焊的数值模拟奠定基础。     

激光焊接圆锥体热源模型及参数研究

激光焊过程中包含了一系列复杂的物理、化学反应现象.为合理描述激光焊温度场,采用圆锥体热源模型,用有限元分析软件ANSYS对激光焊温度场进行计算模拟,得到相应的温度场分布及焊缝熔深、熔宽.计算结果表明,所用圆锥体热源模型能较好符合试验结果,有效反映实际激光焊过程.同时根据试验测得的焊缝形状,结合数值模拟,用反演方法给出了模型参数的计算公式.该公式可以实现一定焊接工艺条件下确定激光焊接圆锥体热源模型的参数,并方便进行激光焊温度场模拟和焊缝宽度的预测.     

低碳钢薄板激光焊数值模拟及工艺

在试验基础上,考虑了材料导热系数、对流换热系数、热焓等参数随温度的变化,通过有限元软件ANSYS建立激光薄板焊接的热源模型,模拟激光焊焊接过程,研究其温度场分布。对比试验和模拟结果,得出其焊缝形状基本一致。同时分析焊接电流、脉宽、频率对熔池熔深、熔宽的影响,结果显示,熔深、熔宽与电流成正比,与脉宽和频率成反比。对焊缝组织进行研究,发现焊缝主要由珠光体和铁素体构成,材料性能满足焊接要求。     

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.     

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。     

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。     

激光深熔焊体积热源模型计算精度的比较

通过激光深熔焊焊缝横断面形状、尺寸进行模拟计算,定量分析比较了目前具有代表性的激光焊体积热源模型的计算精度.研究结果表明,双椭球体热源、高斯旋转体热源和热流峰值线性递增-柱状热源模拟焊缝形状的精度较差:而三维锥体热源和热流峰值指数递增-锥体热源在模拟激光深熔焊焊缝形状和尺寸方面都具有较好的精度,且后者由于考虑了激光热流在焊件厚度方向的分布特征,其热流分布区域更接近实际焊接过程,模拟精度也更高.     

基于逐步回归法研究激光复合焊接工艺参数对焊缝的影响

采用CO2激光-TIG复合焊接3 mm厚的不锈钢板,基于多元线性回归方法,研究了焊接工艺参数对焊缝熔宽及塔深的影响.试验结果表明,对激光-电弧复合焊焊缝熔深影响程度从大到小的焊接工艺参数依次为:激光功率、焊接速度、TIG焊焊接电流和热源间距,其中前2项的影响最为突出;对熔宽影响的焊接程度从大到小的焊接工艺参数依次为:焊接速度、TIG焊焊接电流、热源问距和激光功率,并分别给出了回归教学模型.     

窄间隙坡口激光-MAG复合焊温度场数值模拟

采用激光电弧复合焊焊接窄间隙坡口钢板,坡口会影响激光光致等离子体及电弧形态,从而改变能量密度分布。采用数值模拟手段,综合考虑激光与电弧的相互作用以及窄间隙坡口对等离子体及电弧的压缩作用,建立激光-MAG复合堆焊热源模型和适用于窄间隙坡口的激光-MAG复合焊接热源模型,并分别进行堆焊和窄间隙坡口对接焊的温度场数值模拟。结果表明,两种热源模型的模拟所得焊缝形状与实际焊接焊缝熔合线相符性良好,熔宽、熔深相近,窄间隙坡口对温度场分布有重要影响。     

激光深熔温度场数值模拟热源模型分析

热源模型是激光深熔焊温度场数值模拟分析的关键。在分析连续和脉冲激光深熔焊焊缝形状特征的基础上，构建了组合热源模型，讨论了热源模型参数的确定方法。应用所建立的热源模型模拟分析了激光深熔焊焊缝边界形状，并与实验结果进行了比较。     

高强钢T型接头MAG焊接温度场研究

采用双椭球热源模型,对S690高强钢T型接头焊接温度场进行数值模拟,并通过搭建MAG焊接温度场测试平台,验证焊接温度场的仿真结果,研究了焊接速度对高强钢焊接温度场、熔池形状和热循环曲线的影响。结果表明:模拟所得的焊缝峰值温度和跟踪点400℃以上的焊接热循环曲线与试验结果较吻合,验证了所选的双椭球热源模型的合理性。随着焊接速度增加,焊缝金属的温度梯度变小,焊缝的熔宽、熔深和余高减小,同时焊缝峰值温度变小。     

基于组合热源的激光深熔焊熔池三维瞬态模拟

依据实际激光深熔焊接过程,考虑高温光致等离子体对工件表面的加热而采用高斯面状热源,考虑深熔焊中特有的小孔吸收而采用圆柱状体热源,建立了高斯面热源和圆柱体热源的组合焊接热源模型。考虑表面张力、蒸气反冲压力及热浮力等,建立了激光深熔焊熔池的三维模型,获得焊接过程中瞬态温度场和流场分布以及熔池最高温度和熔深的瞬态变化。焊缝横截面的模拟值和实验值吻合良好,从而证明了该数学模型的合理性。     

Nd:YAG激光+脉冲GMAW复合热源焊接参数对焊缝熔宽的影响

通过试验研究了Nd:YAG激光 脉冲GMAW复合热源焊接过程中焊接工艺参数对焊缝熔宽的影响.结果表明,复合热源焊缝熔宽随电弧功率和激光功率的增大而增大,随焊接速度的提高而减小,而光丝间距和离焦量对复合热源焊缝熔宽影响相对较小.复合热源焊缝熔宽远大于激光焊缝熔宽而仅稍大于脉冲GMAW焊缝熔宽,说明在复合热源焊接过程中脉冲GMAW决定焊缝熔宽,这主要是由于激光束加热区域远小于电弧加热区域造成的.试验结果的分析比较还表明,在激光 电弧复合热源焊接过程中激光功率的增大还极大地提高了焊接速度.     

基于BP和GA的激光焊接热源模型参数优化

通过BP神经网络与遗传算法GA对激光焊接有限元模拟中的热源模型参数进行优化,实现了对激光焊接温度场的精确模拟。选取面体热源模型对激光焊接温度场进行了有限元模拟,将模拟中难以确定并且对结果影响较大的热源有效功率系数、热能分配系数和热源作用半径作为输入量,以有限元模拟结果的误差作为输出量对BP神经网络进行训练,得到具有一定预测能力的神经网络,并形成结合神经网络和遗传算法的参数优化方法。结果表明,经过参数优化后的激光焊接有限元模拟具有较高的精度。     

钛合金K-TIG深熔焊热源开发与数值仿真

K-TIG是在传统TIG焊基础上,将焊接电流提高到300 A甚至更高并配合钨极冷却系统形成“匙孔”效应,最终实现大熔深的焊接工艺方法。K-TIG焊缝熔宽相对于等离子和激光焊接等焊接方法较宽,熔池体积较大。传统的热源模型不适合K-TIG焊热源分布特点,基于SYSWELD仿真平台和钛合金K-TIG焊接实验结果,开发钛合金K-TIG深熔焊数值仿真组合热源模型。结果表明,双椭球热源分配系数取0.75,作用深度取4 mm时,仿真熔池与实际接头横截面相符,正面熔宽为12 mm,且背部熔宽为5 mm。温度热循环曲线和残余应力有限元仿真结果与实验结果基本一致,验证了所建立的K-TIG热源模型的准确性。     

激光焊接温度场数值模拟

深入分析了激光焊接小孔传热模型的特点，在此基础上选取合适的热源形式，研究了移动线热源和高斯分布热源作用下，准稳态与瞬态激光焊接温度场。利用MAT—LAB软件及ANSYS有限元分析程序对激光焊接温度场地分别进行了计算及模拟，并且将两种分析结果进行了比较。最后还将有限元的模拟值与实测值进行了对比分析，进一步验证了小孔模型与高斯热源在激光焊接温度场模拟中的适用性。     

DP980高强钢薄板激光拼焊有限元数值模拟与分析

以1.6 mm厚的DP980薄板为研究对象,基于有限元分析软件,通过调节焊接面热源和柱体热源的分配比例,建立激光焊热源模型。采用自适应网格技术对不同焊接工艺参数下DP980薄板对接焊进行温度场、应力场模拟,并通过比较正交模拟试验结果,得到了较优焊接工艺,为实际焊接生产提供理论依据。结果表明,模拟所得的焊缝熔池与实际焊接结果相符,即该热源模型具有一定适用性;相比激光功率,焊缝形貌随焊接速度的变化更为明显;焊接最高温度与激光功率呈正相关,与焊接速度呈负相关;同一焊接速度,焊接残余应力及变形都随激光功率的增大而增大;同一激光功率,焊接速度合适时,焊接残余应力及变形都随焊接速度的增大而减小;相比于激光功率,焊接速度对焊接残余应力及变形的影响较大。     

激光焊接热源和焊速对温度场影响的数值模拟

利用不同的工艺参数,进行A304不锈钢薄板激光对焊试验。建立了激光焊接的三维有限元模型,通过有限元方法,分析了热源模型和焊接速度对激光焊接过程中温度场和熔池形状的影响。结果显示,热源和焊速对温度场和熔池形状有很大影响,应用旋转高斯曲面热源模型得到的熔池形状与试验结果吻合良好。     

基于ABAQUS的双丝埋弧堆焊层温度场模拟

利用ABAQUS软件的FORTRAN语言编写程序实现双丝埋弧焊温度场的有限元计算,从而建立了该温度场的有限元模型,研究移动热源载荷下,不同工艺参数对双丝埋弧焊层温度场分布的影响,并且进行堆焊试验验证。试验结果表明,随着焊接电流和电弧电压的增加,熔池的熔宽及熔深都有所增加;随着焊接速度的增加熔宽、熔深都有所减小。这一结果与仿真结果一致。     

Ti3Al金属间化合物电子束深熔焊接过程数值模拟

基于有限元法，采用改进的双椭球热源模型，对电子束深熔焊接Ti3Al过程进行了移动热源条件下准稳态三维温度场的数值模拟。该模型复合了熔深与电子束参数及材料性质的关系，考虑了对流和辐射散热、相变潜热、材料热物理性能参量随温度的变化以及液态金属的对流传热。通过比较熔深、熔宽的计算值和实际测量值，验证了该模型在电子束焊接温度场模拟中的适用性。