激光焊接熔池动态行为数值模拟的进展与分析

激光焊接匙孔和熔池行为与焊接缺陷的形成和焊接质量直接相关,研究激光焊接匙孔和熔池行为对理解激光焊接机理和控制焊接质量具有重要意义。国内外学者根据焊接过程中的物理现象和测试数据,提出了相应的数学模型和计算方法,来模拟熔池内部的流动行为、匙孔的演化行为及其内部金属蒸汽的动力学行为,通过激光焊接熔池行为的数值模拟可提前预测并采取相应措施降低焊接缺陷的形成,将有利于提高激光焊接工件的焊缝质量。对国内外激光焊接熔池行为的数值模拟技术,如激光深熔焊、双束激光焊接、真空激光焊接、磁场作用下的激光焊接、液态金属作用下的激光焊接熔池动态行为数值模拟的研究现状进行了分析和概括,以期为激光焊接熔池数值模拟方面的研究提供参考。     

焊接多物理场耦合数值模拟的研究进展与发展动向

现代焊接工艺涉及力、热、电、磁、光、声等一切可以利用的能源及其与被焊材料的相互作用,本质上是传热、冶金、力学等多学科、多物理场强耦合的复杂过程.深入了解和掌握焊接工艺涉及到的复杂多物理场耦合及其相互作用机制,对于实现焊接加工过程的优质、高效、低耗与清洁,具有重要意义.本文论述了焊接热过程与熔池－小孔动态行为、焊接应力与变形、接头组织与性能等领域数值分析与预测技术的关键理论基础与技术方法.重点介绍了激光－熔化极电弧复合热源焊接、受控脉冲等离子弧焊和搅拌摩擦焊工艺过程数值分析的最新成果.在此基础上展示焊接多物理场耦合数值模拟领域的研究进展与发展动向.     

搅拌摩擦焊接产热传热过程与材料流动的数值模拟

搅拌摩擦焊接过程中的产热、传热与塑性材料流动行为直接决定了焊接接头的组织演变及力学性能。对这些物理现象开展数值模拟研究,对于深入理解搅拌摩擦焊接过程的物理机制和优化焊接工艺具有重要意义。本文综述了搅拌摩擦焊接过程产热、传热与材料流动数值模拟的国内外研究现状,指出了存在的主要问题。介绍了作者课题组近年来针对这些问题所开展的研究工作。根据搅拌头-工件界面上的受力特点,研发出了黏着系数和摩擦因数的测试-计算法,为提高数值模拟的精度奠定了基础。建立了针对复杂截面形状搅拌针的搅拌摩擦焊接过程数学模型,数值分析了3种典型搅拌头情况下焊接过程中的产热率、温度分布和塑性流动行为。建立了包含下压、停留、焊接及冷却4个阶段的搅拌摩擦焊接全过程的传热-流动耦合模型,模拟了焊接过程各阶段的产热、温度场和塑性材料流动的演变情况。在此基础上,对搅拌摩擦焊接过程数值模拟领域未来的发展趋势进行了展望,提出了下一步的研究重点。     

热模拟技术在铸造领域的应用

热模拟技术作为一种较为成熟的物理模拟技术,已在结构焊接、锻轧、热处理等方面获得了广泛应用,但在铸造领域远没有获得充分开发和应用.本文针对铸造合金半固态成形、热处理、补焊/焊接等过程,分析了其热/力条件,介绍了热模拟技术在铸造合金的流变性能、组织与力学行为及铸造数值模拟等方面研究的方法和实例,展望了热模拟技术在铸造领域中的应用前景.     

氢致裂纹试验及数值模拟技术国内外研究现状（2）

3 氢致裂纹数值模拟技术3.1 研究状况数值模拟是利用数学计算和数学分析的方法再现某一物理过程,可以加深对该过程发展规律的认识进而加以控制.近年来,随着对焊接热传导过程、焊接力学、金属相变热力学/动力学及传质过程研究的深入,一些焊接物理过程目前可以采用简化的数学模型加以描述.其中焊接热过程数值模拟、瞬时焊接应力/应变数值模拟、焊接区组织模拟及氢扩散与聚集行为数值模拟技术均取得了一定的成果.随着计算机软硬件技术的不断完善,计算机的计算能力和计算速度不断提高,采用近代计算机软硬件的开发成果对焊接氢致裂纹进行数值模拟逐渐成为可能.在焊接性数值模拟方面,近十年来,世界各地的焊接工作者进行了一些尝试,取得了一些成果.国际焊接学会(IIW)于80年代后期组建了焊接性数值模拟工作组,该工作组于l991年     

激光复合焊数值模拟研究进展

焊接热过程是局部加热极不均匀的,且具有瞬时性、不稳定性以及复杂性等特点.激光-电弧复合焊接是一种具有较好工业应用前景的新技术,目前已经引起了国内外研究人员的广泛重视.由于计算机技术的迅速发展,对焊接现象进行数值模拟是国内外焊接工作者的热门研究课题,并得到了越来越广泛地应用.本文概括介绍了激光-电弧复合焊数值模拟过程中应用到的热源模型、控制方程和边界条件、激光与电弧相互作用以及小孔和熔池的动态行为等方面的研究进展及发展趋势.     

熔化极气体保护焊的仿真系统

焊接过程的仿真被认为是未来焊接技术发展的主要驱动力之一，它可对焊接过程中的物理现象、接头形态、热变形及微观组织做出预测，从而部分取代新产品和新工艺开发中耗时而昂贵的实物试验，并加快开发过程。作者提出了一个熔化极气体保护焊仿真系统的数学模型，它用系统化的、以有限差分为基础的数值算法来模拟焊接过程中的热流、电磁流和金属流，并把焊接电源、电弧特性、送丝机构等有机地结合起来，为进一步研究焊接机理、预测微观组织和力学性能、计算工件的变形等提供了一个数学平台。文中使用该数学模型对金属过渡、熔池振荡及系统动态反应等做了分析，得到一些用试验观察法或解析法难以得到的结论。     

电阻焊技术在车体制造中的仿真与应用

电阻焊技术以其热输入小、焊接变形易于控制、自动化程度高等优点被广泛应用于制造领域。然而,电阻焊焊接质量往往受到很多因素影响,例如:动态力学性能、弹塑性变形、熔解、熔体流动、热传导、相变、接触电阻、电流分布、焦耳热、洛伦兹力、珀尔帖效应、汤姆逊效应等,并且这些影响因素相互作用,相互影响[1]。因此,在焊接过程中需要对各工艺参数进行不断优化。但是,大量的焊接试验和破坏性试验不仅耗费大量时间,还会提高生产成本。采用电阻焊数值模拟研究电阻焊过程和预测焊接结果,能够显著地节省时间和降低成本。文中通过SORPAS软件对电阻焊焊接过程进行了模拟,并采用软件模拟参数通过试验进行了参数验证。     

动车组铝合金型材地板焊接变形的数值模拟

采用非线性有限元软件MSC.Marc对动车组地板大型复杂铝合金挤压中空型材结构的焊接过程进行了数值模拟.为了提高计算效率和精度,对结构的有限元模型进行了合理的疏密过度的网格划分,实测了材料随温度变化的热物理-力学性能参数,并采用双椭球体热源模型模拟MIG焊接热源.通过对某型号动车组地板结构焊接后挠曲变形的实际检测,结果证明模拟计算结果与检测数据吻合良好.研究结果证实:基于热-机耦合的有限元法并将材料动态高温性能参数的试验测试数据代入模拟计算的方案,能够为动车组铝合金型材地板焊接结构的焊接变形预测提供高效、高精度的技术手段利用本方法可以实现同类复杂结构焊接变形高精度预测.     

间隙对GMAW立焊熔滴过渡的影响及温度场特性

采用高速摄像采集系统对间隙存在及变化时GMAW摆动电弧立向上焊焊接过程中的熔滴过渡行为实时图像进行采集,分析了熔滴过渡行为对电弧质量和焊接过程的影响,结合电弧质量分析仪采集的焊接电流、电弧电压概率曲线图对试验结果加以验证和补充解释,最后通过有限元数值模拟技术对GMAW立向上焊接过程数值模型进行建立,并对瞬态焊接温度场进行验证和分析. 结果表明,随着间隙的出现及尺寸的增加(0 ~ 4 mm范围内),GMAW立向上焊熔滴过渡形式由短路过渡向特殊的滴状过渡发展,模拟结果说明GMAW立向上焊热影响区具有较大的温度梯度特性.