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。     

GMAW三维瞬态焊接热过程的数值模拟

采用双椭球体热源分布模式,把过热熔滴带入熔池的热焓量处理为特定区域的均匀热源,建立了运动电弧下GMAW焊接热过程的数值分析模型.利用Visual Fortran编写数值计算程序,预测了从电弧引燃到准稳态过程中焊接温度场和熔池形状的动态演变,以及熔池自由表面的变形,并进行了试验验证.结果表明,达到宏观准稳态时,计算所得熔池宽度和深度与试验结果基本吻合.     

薄板铝合金激光深熔焊熔池流动数值模拟

针对薄板铝合金激光焊接过程,采用有限体积法开展熔池流动研究.建立了三维焊接熔池流动数学模型,并采用高斯旋转体热源表征激光束的热作用.在考虑与不考虑表面张力作用下,分别计算获得了焊接温度场、熔池流场和熔池形貌.基于计算结果,分析了温度场云纹图、熔池焊接热循环曲线、熔池速度场分布多视图.最后进行相同参数下的激光焊接试验,基于观察获得的焊接接头形貌,综合分析了模拟结果和试验结果.结果表明,所建立的模型和模拟方法是合理可行的.同时考虑Marangoni对流作用所计算得到的熔池和焊缝几何形状更加接近实际焊接接头.     

埋弧焊平板焊接温度场数值模拟

根据埋弧焊的焊接过程和热源特点,利用ANSYS软件建立埋弧焊几何模型和有限元模型,模拟X80管线钢埋弧焊焊接温度场.焊接工艺参数为I=1500A、U=33V、v=1.7m/min,焊接热源选择双椭球热源模型,用APDL程序施加移动热源载荷,计算得出焊接熔池的形状、尺寸及热影响区的温度分布.模拟结果与实验结果吻合较好.     

GMAW焊接熔池形状和表面变形的数值模拟

采用双椭球体热源分布模式,把过热熔滴带入熔池的热焓量处理为特定区域的均匀热源,建立了运动电弧下GMAW焊接热过程的数值分析模型.利用Visual For-tran编写数值计算程序,预测了从电弧引燃到准稳态过程中焊接熔池形状和熔池自由表面变形的动态演变,并进行了对比试验.基于数值模拟和工艺试验结果,可以看出达到宏观准稳态时计算所得的焊缝形状尺寸与试验结果基本吻合,因此验证了所建模型和采用的计算方法是正确、可靠的.     

一种有效的焊接温度场数值模拟方法

应用有限元软件ANSYS对半椭球体热源作用下的焊接温度场进行仿真。将半椭球体热源模型的3个形状参数:长度参数、宽度参数和垂直参数分别独立变化,以单独考查每个形状参数对熔池形状的影响。结果表明:模型的长度参数和宽度参数是改变模拟结果中熔池形状的主要参数;垂直参数的变化对熔池形状无影响,但可以影响熔池的大小。     

基于焊接质量双椭球热源形状参数的简化模型

通过实测熔池形状确定双椭球热源形状参数存在成本高、效率低的问题。针对该问题,文中通过对6 mm以下薄板的对接接头模型进行了仿真,确定了不同焊接工艺参数、不同热源参数和不同板厚条件下双椭球热源的形状参数。根据仿真分析的结果建立了双椭球热源形状参数与板厚的数学模型关系式,从而简化了热源形状参数,提高了焊接仿真的效率,降低了试验成本。     

基于SYSWELD铝合金管点焊温度场数值模拟

基于专业焊接软件SYSWELD,采用Goldak提出的双椭球热源模型,对1.5mm厚铝合金管点焊过程进行了有限元数值模拟。模拟中充分考虑了材料热物理性能参数的非线性,及对流、辐射等边界条件对焊接温度场的影响,并运用HSF校正工具对热源各项参数进行校核。将模拟结果与焊接接头相比较,结果表明:计算所得熔池形状与实验结果基本吻合,得到了焊接接头温度场的变化规律。     

基于旋转GAUSS曲面体热源模型的激光焊接热过程的数值模拟

利用旋转GAUSS曲面体新型热源模型,忽略深熔激光焊时小孔对传热的影响,建立了移动激光热源作用下的三维数学模型.采用PHOENICS3.4软件,模拟了SUS304不锈钢深熔激光焊接热过程的温度场和熔池熔合线形状,得到了激光深熔焊接时的温度场分布规律和"钉头"状的熔池形状,数值模拟结果与实验结果基本吻合.     

7075铝合金电动自行车车架GTAW焊接过程温度场的三维有限元分析及工艺优化

采用焊接专用有限元分析软件对7075高强铝合金电动自行车车架GTAW焊接过程进行数值仿真,分析不同热输入条件下的温度场分布和熔池形态,探索其最优热源参数.结果表明:在最优热源参数下,达到准稳态时的熔池长度为10mm,熔宽为6mm,熔池最高温度不超过1100℃.此外,分析了最优热源参数下的焊接热循环特性.研究结果可为下一步预测焊接变形和残余应力的分布提供热学方面的理论借鉴.     

镁合金低脉冲激光-气体混合焊的熔池形貌演变和多级调控

利用基于COMSOL Multiphysics的脉冲激光-气体钨极电弧（GTA）混合焊接新型双热源模型,分析了焊缝沿线选定点的温度分布,研究了激光脉冲参数和电弧电流对熔池形貌的影响。工艺参数对熔池深度的影响由大到小为：激光激励电流>电弧电流>激光脉冲宽度>激光脉冲频率;工艺参数对熔池宽度的影响由大到小为：电弧电流>激光脉冲宽度或激光激励电流>激光脉冲频率。在此基础上,构建了激光诱导电弧焊接镁合金熔池形貌数据库体系,通过复合热源参数的分级调控,以实现对熔池形貌的精准控制。利用T形焊接熔池来验证熔池形貌的调控效果,结果表明控形的准确度高至95.1%。     

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.     

A study on V-groove GMAW for various welding positions

This study performed three-dimensional transient numerical simulations using the volume of fluid method in a gas metal arc V-groove welding process with and without root gap for flat, overhead, and vertical welding positions. The elliptically symmetric arc models for arc heat flux, electromagnetic force and arc pressure were used to describe the more accurate molten pool behaviors. The numerical models not only formed a stable weld bead but also simulated the dynamic molten pool behaviors such as overflow which was not described before. This study analyzed these molten pool flow patterns for various welding positions and validated the numerical models used by comparing the simulation results with experimental ones.     

基于SYSWELD的不锈钢薄板TIG焊焊接三维温度场的有限元分析

采用双椭球体热源分布模式，基于SYSWELD软件平台，建立了运动电弧作用下TIG焊接不锈钢薄板时焊接热过程的有限元数值分析模型。利用所建模型，预测了从电弧引燃到准稳态过程中焊接温度场和熔池形态的动态演变，并进行了对比验证。结果表明，达到宏观准稳态时计算所得的熔池长度和宽度与试验结果基本吻合。     

铝合金变极性等离子弧穿孔横焊焊缝成形规律分析

以穿孔等离子弧焊接过程中形成的穿孔熔池为研究对象,根据熔池热源形态的特点,采用数值模拟与试验相结合的手段研究横焊位置下的铝合金变极性等离子弧焊缝成形.由于焊接速度波动和工件厚度的影响,体热源作用下的穿孔熔池背面存在最高温度点和最大熔宽截面相背离的现象;因此通过对穿孔熔池背面进行分区和定义,提出温宽偏离度概念,即熔池背面最高温度点和最大熔宽截面的偏离程度,用以描述穿孔熔池状态及焊缝成形;通过调节焊枪角度来改变焊接过程中的温宽偏离度,在其它参数不变的情况下减轻重力在焊接过程中对焊缝成形的影响,实现变极性等离子弧穿孔焊接在横焊位置上的良好成形.     

Study on weld formation in a novel rotating arc horizontal GMAW

A novel rotating arc horizontal welding process was developed for solving the sagging of the molten pool which bottlenecks the application and the development of the horizontal welding. The principle of the effect of the rotating arc on the molten pool is that the rotating arc process not only can reduce the welding heat input by prolonging the welding path in the same welding distance caused by the arc rotation, but also disperse the arc force to affect the sidewall periodically to support the molten metal near the upper sidewall. The effects of the rotating speed and arc voltage on the weld formation were studied.The results indicate that there is an appropriate range of the rotating speed and the arc voltage to obtain the defect free horizontal welding.     

Arc force and shapes with high-frequency pulsed-arc welding

Arc plasma is the source of heat and force for molten pool with dynamics fluid and convections. The arc force is studied with shape surveillance and force measurement during pulsed welding process. The results indicated that the average force increased by 42–57%. And the pressures were 322?Pa (conventional welding), 409 Pa and 517?Pa (pulsed welding). Imaging process is carried out for energy distribution analysis. The core region ratio increased up to 51%, compared with 43.7% by conventional welding. The arc pressure derivation was produced and the error was discussed. The increased arc force happens with arc constriction during pulsed welding. It is supposed to create surface depression of molten pool, enhance the fluidity and improve the heat convections.     

三维静态锥体热源穿孔等离子弧焊接熔池的数值模拟

采用三维静态锥体热源对穿孔等离子弧焊接过程进行数值模拟.研究了三维锥体热源作用下焊接熔池流体流场、熔池内金属的流动方式以及熔池流体运动速度的变化.并与高斯热源条件下的模拟结果做比较.最后进行PAW焊接工艺试验,通过测量尾焰信号及焊缝尺寸等判断焊接熔池特征,将理论计算结果与试验测量值进行比较.     

多参数对GTAW焊接温度场影响分析

运用ANSYS软件对钨极惰性气体保护焊接(GTAW)热过程进行数值分析.连续施焊20s和自然冷却20s的等温面瞬态演变结果表明,施焊开始后经过5 s工件全部熔透,但冷却开始后液态熔池区域在不到1 s内就全部消失;施焊阶段高温区域随热源同步移动,冷却开始后高温区域会逐渐后移并终冷至室温.工件上一系列等距离点的焊接热循环曲线表明,稳态时焊接热循环曲线升温阶段变化趋势相同,但由于熔融金属从液态转变为固态释放出相变潜热,使得冷却阶段变化趋势存在明显差别:越远离收弧位置的点,温度衰减越缓慢;越靠近收弧位置的点,衰减越快.并通过分析焊接电流、焊接速度、热流集中参数对焊接热过程的影响规律,获得了优化的焊接工艺参数.