不锈钢薄板非熔透激光搭接焊热源模型

基于不锈钢薄板非熔透CO_2激光搭接焊和光纤激光搭接焊获得的实际焊缝形状,采用表面高斯+柱状体复合热源模型,得到热源比例系数分别为0.85和0.70。对其余4个热源描述参数,包括高斯热源半径和深度、柱状热源半径和深度进行正确设置,就可以获得不同焊接功率和焊接速度下,搭接焊缝形状表征参量(表面缝宽、中间熔宽和熔深)的变化规律。模拟结果与试验结果符合很好。     

钢/铝异种金属光纤激光焊接数值模拟

为了研究钢/铝异种金属激光深熔焊接的温度分布情况,采用有限元ANSYS软件建立了钢/铝异种金属激光对接焊的数学模型,对焊接温度场进行了模拟。通过计算模拟得到了不同时刻的温度场分布云图、试件表面节点的热循环曲线以及焊接速率对温度场变化的影响,并与实际焊接试验结果进行了对比。结果表明,焊接温度场呈非对称分布,钢一侧的温度梯度大于铝合金一侧的温度梯度;随着焊接速率的增大,热源中心的最高温度会逐渐降低,焊接熔池的熔宽也会随之逐渐变小。模拟的焊缝形状与实际焊接实验得到的焊缝截面的熔合线基本一致,熔池熔宽的模拟结果与实验结果误差在5%以内,验证了模拟结果的准确性。     

不锈钢激光搭接焊接头温度场数值模拟及分析

温度场是影响激光焊接焊缝成形质量的关键因素。针对非熔透型激光搭接焊接头焊缝成"钉头"状的特点,通过分析焊接时材料吸收激光能量的分布情况,提出了高斯面热源加线性递增式柱热源的复合体热源模型。模型考虑板间接触热阻的影响,并将计算结果和试验结果进行了对比,发现模拟出的焊缝形状和试验吻合较好;此外基于本模型对焊缝各处的热循环与焊缝组织形貌及显微硬度的关系进行了分析。结果表明,焊缝组织形貌及显微硬度除与加热和冷却速率有关外,峰值温度对其也有重要影响;在热循环基本一致的情况下焊缝的性能相似。该模型较准确地模拟了薄板激光深熔焊接熔池温度场,对研究激光深熔焊接温度场问题和激光工艺参数的优化选择具有参考价值。     

基于体热源的激光透射焊接PA66温度场模拟

目前国内激光透射焊接温度场模拟大多采用面热源,无法考虑炭黑含量的影响。为此,文中使用Ansys的APDL语言构建了基于体热源的三维瞬态有限元模型,采用该模型对PA66的激光透射焊接温度场进行了模拟,并将模拟结果与面热源下的模拟结果、实验结果分别进行对比。结果发现,由体热源模型模拟得到的焊缝热影响区形貌与实际热影响区形貌较为接近,模型预测的热影响区尺寸也与实测值保持着较高的吻合度,表明体热源能较好地表征炭黑含量对焊接结果的影响,并在温度场模拟方面明显优于面热源。     

Zr-Sn-Nb-Fe锆合金薄板激光对接焊及数值模拟

焊接过程中锆合金板材的温度在300℃以上时锆合金易吸收氢、氧、氮等气体杂质,这些气体杂质使得锆合金的力学性能急剧下降,加强焊缝及热影响区的隔离保护和合理制定焊接工艺参数是获得优良焊接质量的关键。以光纤激光器为热源,对厚度为0.7 mm的Zr-Sn-Nb-Fe(锆-锡-铌-铁)合金薄板进行激光对接焊试验,采用ANSYS有限元软件,建立激光对接焊非线性三维传导有限元模型,模拟计算Zr-Sn-Nb-Fe合金薄板的温度场分布。结果表明:模拟计算获得的熔池形状、尺寸与实际焊缝基本吻合,验证了采用高斯面热源模型来模拟Zr-SnNb-Fe合金薄板激光对接焊温度场的合理性;温度场最终呈现流星状的稳定分布,焊缝附近等温线密集,焊缝熔宽窄,热影响区小,板材表面温度在300℃以上的区域的宽度随激光功率的增大而增大,随焊接速度的增加而减小;在激光功率为1300~1500 W,焊接速度为50~70mm/s,离焦量为+1~+2mm,氩气保护喷嘴直径为8~12mm的条件下,Zr-Sn-Nb-Fe合金焊接试样的抗拉强度与母材基本相当,获得了良好的焊缝质量,焊缝无气孔、裂纹等缺陷,晶粒细小,主要元素含量相对母材无明显变化,焊接试样具备较高力学性能。     

Q345钢激光焊与气体保护焊的焊接变形与残余应力对比

分别采用气体保护焊(GMAW)和激光焊(LBW)焊接板厚为2.8mm的Q345低合金高强钢对接接头,并测量了对接接头的面外变形。基于Abaqus软件平台,开发了同时考虑材料非线性与几何非线性的热-弹-塑性有限元算法。利用开发的算法计算了GMAW和LBW两种焊接方法的焊接温度场、焊接变形和残余应力。模拟温度场时,采用等密度椭球热源模拟GMAW的热输入,分别采用高斯分布锥形体热源、由等密度半椭球热源与锥形体热源组成的复合热源模拟LBW的热输入。数值模拟结果和试验结果表明,焊接2.8mm厚的Q345钢板对接接头时,LBW产生的面外焊接变形明显小于GMAW;LBW在焊缝附近产生的纵向高拉伸应力区域范围明显小于GMAW,且两者的纵向与横向残余应力分布形态也有较大差异。此外,模拟激光焊时,虽然高斯分布锥形体热源与复合热源模型在板厚方向的热流密度分布不同,但两者产生的焊接变形差异很小,焊接残余应力分布也基本一致。数值模拟结果对两种激光热源模型并不十分敏感。     

激光深熔焊传热模型的研究

本文提出了一种点-线组合热源传热数学模型及其计算机求解和作图方法,以描述激光深熔焊条件下的焊缝截面形状及HAZ温度场。通过对现有的不同形状激光焊缝的初步计算,证明该数学模型得到的结果与实际情况有较好的吻合性。     

钛合金薄板激光对接焊温度场的数值模拟

为了分析激光对接焊TC4钛合金薄板的焊接过程,以ANSYS软件为平台采用有限单元法建立了非线性瞬态热传导模型,模拟计算了焊接时的3维瞬态温度场;数值模拟过程中考虑了材料热物理性能参量的温度依存性,并利用APDL语言编程实现了移动高斯分布面热源模型的加载。结果表明,激光焊接过程中的温度场由非稳态到稳态,最终呈现出流星状的稳定分布,焊缝附近等温线密集,焊缝的热影响区小;模拟得到的焊缝形状与试验获得的焊缝形状相吻合;模拟获得的400℃临界温度以上区域的尺寸范围为42.00mm10.56mm。该研究验证了模拟方法的正确性,为焊接保护装置设计提供了依据。     

18-8型奥氏体不锈钢低功率Nd:YAG激光焊接研究

文中采用YAG激光作为焊接热源,对1.0mm厚的奥氏体不锈钢薄板的双面激光焊接工艺进行了研究.主要研究了试样的焊前打磨抛光、保护气体的选择及激光工艺参数(包括激光功率密度、焊接速度、脉冲宽度、脉冲频率等)的匹配对焊缝形成及表观形貌的影响.试验结果表明,此不锈钢非常适合用激光焊接.施焊前对试样进行充分的打磨和抛光十分必要,必须保证对焊面能紧密接触,以防止焊接过程中产生过多的气孔,同时还对提高焊缝的机械性能有重要作用.焊接过程中合适的保护气体及其送气方式也是十分必要的.大量试验表明,激光功率密度、焊接速度、脉冲宽度和脉冲频率四个参数的合理组合是实现不锈钢薄板焊接的关键因素.最佳工艺参数组合为在激光功率密度恒为5.7×105 W/cm2的条件下,焊接速度不高于2mm/s,脉冲宽度为3.0ms,脉冲频率为9Hz.     

激光深熔焊传热模型的研究

本文提出了一种点－线组合热源传热数学模型及其计算机求解和作图方法，以描述激光深熔焊条件下的焊缝截面形状及ＨＡＺ温度场。通过对现有的不同形状激光焊缝的初步计算，证明该数学模型得到的结果与实际情况有较好的吻合性。     

大功率激光作用下小孔形成数值模拟

激光深熔焊以小孔效应为特征,小孔使得激光束流与被焊接材料之间的耦合效率大大提高。小孔内的逆轫致吸收使得激光能量逐步衰减。另一方面,小孔内等离子体向熔池传热,起到焊接内热源的作用。因此,利用建立组合体热源模型,选择旋转高斯热源和双椭球形体热源模拟激光能量的分布,结合SIMPLE算法,求解不可压缩流体的质量守恒、动量守恒和能量守恒方程,得到了大Péclet数下的小孔形态。模拟结果显示,控制容积法中的体热源传热方式不同于有限元法的表面热流密度分布方式。最后,将模拟结果和钛合金激光焊接的焊缝形状和尺寸进行了对比,说明所选择的体热源模型在激光深熔焊模拟中具有较好的适应性。     

热源空间位置对激光电弧复合焊接焊缝成形的影响

在激光电弧复合焊接中，热源空间位置关系，如热源间距、激光离焦量、焊炬倾角 等对激光、电弧之间的协同效应具有至关重要的作用，但是目前对此缺乏系统的专题研究。为此，采用5 kW CO2快轴流激光器和MAG(metal active gas)焊机对7 mm Q235钢板进行了激光电弧复合焊接工艺研究，集中探讨了空间位置参数对焊缝成形的影响规律。结果表明，热源空间位置参数对复合焊接焊缝成形具有显著影响，只有在合理的参数组合下才能够获得理想的焊缝质量。其中，热源间距对熔深的影响最大，不同间距处的熔深增幅高达55％，焊丝干伸长和离焦量对焊接熔深也具有较强的影响。焊接熔宽则对焊炬倾角和焊丝干伸长的变化更为敏感。上述参数主要通过改变激光电弧等离子体相互作用、热源能量叠加状态和熔池受力状况来决定焊缝成形。     

K418与42CrMo异种金属的激光穿透焊接

实验研究了连续波Nd∶YAG激光焊接速度、侧吹保护气流量和离焦量等参量对激光穿透焊接K418和42CrMo焊缝成形的影响。结果表明,K418与42CrMo激光穿透焊接有X形和T形两种典型的焊缝形貌,且焊缝形貌是不对称的。随着焊接速度的提高,焊接线能量降低,焊缝尺寸变小,且焊缝上部尺寸变化比下部尺寸变化慢,焊缝形貌由X形过渡到T形。当离焦量在瑞利长度范围内时,焊缝正面宽度变化很小;当离焦量超出瑞利长度范围时,在足够高的激光功率密度下,焊缝正面宽度快速增加。在激光功率为3 kW,侧吹保护气角度为35°条件下,通过优化焊接速度、侧吹保护气流量和离焦量等参量可以得到最佳焊缝质量。     

激光焊接工艺参数对NiTi形状记忆合金焊缝成形的影响

采用Nd∶YAG连续激光器对2mm厚NiTi形状记忆合金(SMA)进行激光焊接。研究了激光焊接过程中激光功率、焊接速度、离焦量、侧吹保护气流量等主要工艺参数对焊缝成形的影响。结果表明,激光功率、焊接速度、离焦量等工艺参数的合理匹配是实现NiTi合金良好焊缝成形的关键因素。线能量为59～75.6J/mm时能获得最佳焊缝成形;离焦量在-2～3mm时均能使厚度2mmNiTi合金试件焊透,其中离焦量在0～1mm可以得到最佳焊缝成形;当侧吹气流量为15～20L/min时,气体保护效果和焊缝成形最好。通过大量工艺实验得到2mm厚NiTi合金焊接速度与激光功率的不同匹配对焊缝成形影响的曲线,为NiTi合金焊接加工及工程应用提供参考。     

玻璃激光焊接气孔控制研究

为了获得成形良好、气孔少的玻璃焊接焊缝, 采用在中间层添加对激光波长不透明玻璃料的方法, 对玻璃与玻璃激光焊接中出现的气孔问题进行了研究。以半导体激光作为热源, 搭建了用于玻璃与玻璃激光焊接的成套焊接设备, 对玻璃与玻璃激光焊接工艺进行了实验研究。通过分析气孔分布特征, 统计焊缝气孔率, 测量气孔尺寸, 对比焊缝正、反面形貌差异, 研究了激光平均功率、焊接速率等工艺参量对焊缝气孔产生的规律及表面形貌的影响。结果表明, 当激光功率过小、焊接速率过慢时, 不利于抑制焊缝中气孔的产生, 并且出现未焊上的情况; 随着激光功率、焊接速率的增加, 焊缝当中的气孔率显著上升; 在激光功率P=35W、焊接速率v＝0.1m/min、离焦量d=-15mm时, 可获得成形良好、气孔直径在3.696μm以下且分布均匀的焊缝, 连接强度高。此研究可为玻璃的激光封接制造提供理论依据, 具有广泛的工业应用前景。     

激光-电弧复合焊接工艺参量的研究进展

激光-电弧复合焊接足近几年在国际上得到迅速发展和廊用的焊接前沿新技术,是材料优质高效连接的最佳熔焊工艺.激光-电弧复合焊接结合了激光焊和电弧焊两种工艺,影响焊接过程的参量较多,而这些因素的设置对焊接过程的稳定性、焊接接头的质量都有重要影响.从激光器类型的选择、辅助电源类型的选择、焊接方向、激光离焦量、激光-电弧之间距离...     

基于人工神经网络模型的钛合金YAG激光焊接工艺参数优化

建立了基于人工神经网络(ANN)的钛合金YAG激光焊接工艺参数优化模型.以大功率YAG激光焊接工艺及结果对模型进行学习训练,结果表明所建ANN模型具有较好的自学习和预测能力.ANN模型可以根据工艺参数准确地预测焊缝形状;或根据焊缝形状要求,选择激光焊接工艺参数.     

激光-电阻复合焊接铝合金T型接头工艺及性能

采用激光-电阻复合焊接方法进行铝合金T型接头焊接工艺试验,对激光-电阻复合焊接过程中的主要焊接工艺参数:滚轮电极形状、电流大小和激光功率对焊缝成形及接头性能的影响进行分析,并优化工艺参数以获得良好的焊缝成形和优质焊接接头.试验结果表明:采用弧形端面滚轮电极,在合适的电流和激光功率参数条件下,激光-电阻复合焊接T型接头不仅可以降低接头搭接面的间隙,而且改善焊缝成形,增加搭接面的焊缝宽度,使T型接头的拉伸剪切栽荷与单独激光焊接相比得到显著提高.激光-电阻复合焊接有效改善了激光焊接存在的一些不足,拓展了激光焊接的工业应用范围.