钢管径向摩擦搭接焊加载力数值模拟

采用ABAQUS软件,以45钢为径向环,对钢管径向摩擦焊在假设变形速率前提下分析焊接界面温度场和径向环的加载力情况.计算采用了Johnson-cook幂硬化弹塑性模型,并考虑材料热物性与摩擦系数随温度变化.结果表明,在不考虑径向环与夹具之间传热的前提下,在焊接界面形成了以夹具体为中心的椭圆状温度梯度分布和以夹具体空隙为中心的条带状温度梯度分布,两处的最高温度达到1 260℃和1 050℃的前提下得到了加载力曲线.为了简化焊接工艺过程将加载力曲线人为拟合为定值三段加压过程,重新代入模型反复修正计算使界面温度场和径向环变形过程与焊接过程吻合良好.     

钢管径向摩擦焊温度场数值模拟

采用ABAQUS有限元软件,基于传热学及弹塑性力学有限元法,建立了径向摩擦焊接过程的二维轴对称、热力耦合及非耦合有限元计算模型.采用网格重划分技术模拟了径向摩擦焊接过程中焊接接头的温度场分布.结果表明,模拟出的接头飞边形貌与实际结果吻合良好.在二级摩擦阶段,摩擦界面由摩擦生成的热量与飞边形成带走的热量以及热传导散失的热量达到动态平衡,界面温度稳定在1320℃以下.在三级摩擦阶段,由于高温金属层被迅速挤出,界面温度迅速下降.通过分析金相组织,得出接头热循环过程.接头温度分布的模拟结果与实际结果吻合良好.     

激光＋GMAW复合热源焊焊缝成形的数值模拟——Ⅲ．电弧脉冲作用的处理与热源模型的改进

针对激光＋脉冲GMAW复合焊时电弧脉冲的热作用特点,将电弧热流处理为脉冲电流和基值电流阶段分布参数不同的双椭圆模式,同时适当减小焊件表面的热导率,以间接考虑脉冲电流和基值电流的间歇式作用．根据平均焊接电流大小确定熔滴热焓椭球体分布的作用区域,并考虑激光热源的作用位置．从以上几方面对前期研究采用的热源模型进行了改进,建立了两类新的适用于复合焊的组合式体积热源模型．利用改进后的热源模型对不同工艺条件下复合焊的焊缝横断面形状尺寸进行了模拟计算．计算得到的熔深、熔宽以及熔合线走向都与实验结果吻合,使数值模拟精度有了较大提高．     

激光+GMAW复合热源焊焊缝成形的数值模拟III.电弧脉冲作用的处理与热源模型的改进

针对激光+脉冲GMAW复合焊时电弧脉冲的热作用特点,将电弧热流处理为脉冲电流和基值电流阶段分布参数不同的双椭圆模式,同时适当减小焊件表面的热导率,以间接考虑脉冲电流和基值电流的间歇式作用.根据平均焊接电流大小确定熔滴热焓椭球体分布的作用区域,并考虑激光热源的作用位置.从以上几方面对前期研究采用的热源模型进行了改进,建立了两类新的适用于复合焊的组合式体积热源模型.利用改进后的热源模型对不同工艺条件下复合焊的焊缝横断面形状尺寸进行了模拟计算.计算得到的熔深、熔宽以及熔合线走向都与实验结果吻合,使数值模拟精度有了较大提高.     

X70管线钢厚板多层多道焊残余应力数值分析

基于逐层激活建模方式实现对多层多道焊接过程中焊缝金属填充的模拟,分别以半椭球体电弧热源模型和均匀柱体分布的熔滴热源模型为热源模型,建立了不等厚X70管线钢板多层多道焊接有限元计算模型,数值计算并分析了焊接过程中温度场和应力场演变、焊后残余应力状态。结果表明,经过多次焊接热循环后先形成的焊缝的应力状态与母材中焊接热影响区的应力状态接近;接头焊根处的残余应力要比盖面焊趾处的残余应力高,根焊两侧焊根的残余应力大小未受两侧板厚的差异影响,数值均达到468 MPa,焊缝焊趾与焊根处残余应力均低于母材屈服强度。计算结果与试验结果吻合良好,证明了模型的可靠性和准确性。     

熔焊热过程与熔池行为数值模拟的研究进展

熔焊是目前机械制造业中应用最为广泛的材料连接技术。熔焊过程中的传热与熔池流动行为对于焊缝成形、接头微观组织与服役性能等起着决定性作用。准确地分析和计算熔焊热过程与熔池形态,对于焊接冶金分析、应力变形分析、过程控制及工艺优化等都具有十分重要的意义,也是使焊接工艺从"定性"走向"定量"分析、从"经验"走向"科学"的重要途径。对焊接电弧物理、熔滴过渡、熔池形态、高速焊接熔池传热与流动、等离子弧焊和激光焊接的小孔与熔池动态行为、激光-电弧复合热源焊接热过程的数值模拟研究现状与存在问题进行了评述,讨论了上述前沿领域的研究方向与发展趋势,旨在为实现熔焊工艺优化和过程控制提供理论依据。     

激光及激光＋电弧复合热源焊接技术的研究与应用

一、概述 激光焊接技术在航空航天、造船、车辆制造等工业领域中的应用日趋广泛,仅就大功率激光焊接使用的设备而言,目前主要采用的是气体激光器和固体激光器。固体激光器与气体激光器相比,其波长短,光束可通过光导纤维传送，可与机器人和焊接专机配合，具有柔性自动化的特点，是焊接用激光器的发展方向。哈尔滨焊接研究所是我国最早开展大功率固体激光焊接技术的研究机构。     

薄壁不锈钢管列置双TIG电弧高速焊接工艺

单钨极惰性气体保护焊(Tungsten inert gas,TIG)是目前工业用薄壁不锈钢管主要生产工艺,但其存在生产效率低的问题。针对高速TIG焊出现的驼峰焊道、咬边等焊缝表面成形缺陷产生的原因,提出列置双TIG电弧高效节能焊接新工艺。试验结果表明,采用双TIG电弧高效焊接新工艺,48 mm×1.2 mm和42 mm×1.5 mm两种规格的409L铁素体不锈钢管在获得良好焊缝成形的条件下焊接速度分别可达5.1 m/min和3.2 m/min;与单TIG焊接生产工艺相比,生产效率分别提高了240%和140%,能耗也分别降低44%和29%。两种规格铁素体不锈钢管膨胀率分别达到14.1%和33.7%,高于单TIG电弧焊的11.2%和21.4%,满足生产要求。分析表明,辅助TIG电弧加热主TIG电弧熔池后部堆积的液态金属,从热和力两方面延长熔池存在时间、促使液态金属回流填平主TIG电弧产生的熔池凹陷,从而有效抑制驼峰焊道和咬边的产生,在高速焊接条件下获得良好的焊缝成形,实现薄壁不锈钢管优质高效节能的焊接生产。     

铝/钢异种金属Nd:YAG激光-MIG复合热源熔-钎焊接工艺

铝与钢异种金属的优质高效焊接一直是焊接领域的一项技术难题.针对铝与钢焊接的技术困难和特点,提出了可实现铝与钢熔-钎连接的大光斑激光-电弧复合热源焊接方法,用该焊接方法实现了5A02铝合金板与镀锌钢板的优质高效连接.试验结果分析表明,接头钢母材未发生熔化,焊缝与钢母材为钎焊连接,拉伸试样的破坏位置发生在接头铝母材热影响区,接头的抗拉强度与铝合金电弧熔化焊接头强度相当.     

激光焊接体能量及其对激光深熔焊缝熔深的影响

定义焊接体能量用来综合评价激光焊接过程中激光功率、焊接速度、离焦量及焦点尺寸等焊接工艺参数对激光深熔焊接过程的影响,并分析了焊接体能量对激光深熔焊缝熔深的影响.焊接体能量与激光功率成正比、与焊接速度成反比、与离焦量成四阶指数关系,与焦点尺寸成平方关系.结果表明,在激光深熔焊接过程中,焊接体能量决定焊缝熔深;随着焊接体能量的增大,焊缝熔深近似呈线性增大.