摆动焊接动态过程温度场数值模拟

通过对常用的摆动式焊接的温度场进行数值模拟,根据摆动式焊接的速度和方向变化的特点,在经典的双椭球热源模型的基础上建立了摆动电弧动态热源模型,采用大型商用MARC.MSC软件进行了三维温度场模拟,并采用热电偶进行测温,计算结果与试验结果相吻合.通过对摆动焊熔池的演变过程、温度曲线、峰值温度曲线进行了分析,研究发现,摆动式焊接与常规的无摆动焊的温度场特征不同,摆动焊的温度曲线在加热过程和冷却过程都有一个小波峰出现,熔池经历了多次加热冷却过程,并且熔池的峰值温度随横向摆动速度的增大而减小.     

Invar钢多层摆动焊接过程的数值模拟

以19. 05 mm厚Invar钢板作为研究对象,通过研究Invar钢的多层摆动焊接,得到多层摆动MIG焊焊缝。利用建模软件建立和实际焊缝一致的有限元模型并进行分析计算,得出焊接过程中温度场的变化过程,对瞬时温度场和焊接热循环曲线进行分析,得出焊接过程中试样整体温度场的变化过程。结果表明,焊接时间越长,焊接速度越慢,熔池尺寸越大;热循环曲线的斜率代表该点温度变化的速率,斜率越大,温度变化速率越快,相对的,热循环曲线随着热源靠近发生剧烈地变化,远离热源变化平缓;直线焊接的热循环曲线为一条平滑的曲线,摆动焊接的热循环曲线为一系列均匀摆动的折线,折线摆动的频率与焊枪摆动的频率一致。     

铝-铜异种材料对接搅拌摩擦焊温度场数值模拟

根据铝-铜异种材料对接搅拌头偏置搅拌摩擦焊接特点,利用ANSYS软件,模拟焊接过程中的瞬态变化温度场以及焊缝区域各点的热循环曲线. 通过对比分析了移动焊接稳定阶段焊缝横向、纵向及厚度方向各点的最高温度变化;对比不同焊接参数的变化对焊接温度变化的影响,确定主要影响因素为搅拌头转速. 通过试验采集特征点热循环曲线与模拟比较的结果吻合度良好,验证了热源模型与散热模型的准确性. 温度场模拟结果表明,异种材料偏置搅拌摩擦焊过程中温度最高值出现在焊缝中心偏铝合金侧位置.     

三明治板约束电弧窄间隙焊接温度场模拟

建立了适用于焊剂片约束电弧窄间隙焊接温度场有限元模型,以及由高斯面热源与改进的三维锥体热源的复合热源模型,对厚度为5 mm的BS960高强度钢三明治板应用ABAQUS进行了约束电弧焊接数值模拟,并获得了BS960高强度钢焊接温度场的分布特征及焊接过程热循环曲线。结果表明:模拟获得的焊缝形貌特征与实际基本吻合,模拟所得的温度场结果与试验所得结果相近,验证了所建立的热源模型在计算焊剂片约束电弧窄间隙焊接温度场的可行性,为后续应力应变的研究和密集焊缝下整板变形控制研究打下了基础。     

焊接热过程和冶金过程

20084027摆动焊接动态过程温度场数值模拟/张华军…//焊接学报.-2008,29(2):69~72,76通过对常用的摆动式焊接的温度场进行数值模拟,根据摆动式焊接的速度和方向变化的特点,在经典的双椭球热源模型的基础上建立了摆动电弧动态热源模型,采用大型商用MARC.MSC软件进行了三维温度场模拟,并采用热电偶进行测温,计算结果与试验结果相吻合。对摆动焊熔池的演变过程、温度曲线、峰值温度曲线进行了分析,研究发现,摆动式焊接与常规的无摆动焊的温度场特征不同,摆动焊的温度曲线在加热过程和冷却过程都有一个小波峰出现,熔池经历了多次加热冷却过程,并且熔池的峰值温度随横向摆动速度的增大而减小。图7参620084028超精细粒钢中焊接HAZ晶粒长大规律/林震欧//电焊机.-2008,38(2):53~56根据传统金属学和焊接冶金学理论,对800MPa和400MPa两个强度级别的新一代钢铁材料进行了焊接热模拟试验,分析了焊接HAZ晶粒长大规律。结果表明,随着TP和t8/5的逐渐增大,新一代钢铁材料焊接HAZ的奥氏体晶粒都存在严重的长大倾向,且400MPa级较800MPa级的HAZ奥氏体晶粒长大更为严重。图4表1参102...     

焊接热过程和冶金过程

20084027摆动焊接动态过程温度场数值模拟/张华军…//焊接学报.-2008,29(2):69~72,76通过对常用的摆动式焊接的温度场进行数值模拟,根据摆动式焊接的速度和方向变化的特点,在经典的双椭球热源模型的基础上建立了摆动电弧动态热源模型,采用大型商用MARC.MSC软件进行了三维温度场模拟,并采用热电偶进行测温,计算结果与试验结果相吻合。对摆动焊熔池的演变过程、温度曲线、峰值温度曲线进行了分析,研究发现,摆动式焊接与常规的无摆动焊的温度场特征不同,摆动焊的温度曲线在加热过程和冷却过程都有一个小波峰出现,熔池经历了多次加热冷却过程,并且熔池的峰值温度随横向摆动速度的增大而减小。图7参620084028超精细粒钢中焊接HAZ晶粒长大规律/林震欧//电焊机.-2008,38(2):53~56根据传统金属学和焊接冶金学理论,对800MPa和400MPa两个强度级别的新一代钢铁材料进行了焊接热模拟试验,分析了焊接HAZ晶粒长大规律。结果表明,随着TP和t8/5的逐渐增大,新一代钢铁材料焊接HAZ的奥氏体晶粒都存在严重的长大倾向,且400MPa级较800MPa级的HAZ奥氏体晶粒长大更为严重。图4表1参102...     

窄间隙MAG立焊动态过程模拟及热物理特性

窄间隙MAG焊(NG-MAG)过程中电弧摆动和分时熔合技术是保证侧壁熔合良好的关键. 通过对摆动电弧移动过程中速度大小和方向不断变化规律的分析,在经典双椭球热源模型的基础上采用坐标变换法建立了NG-MAG立焊摆动电弧动态热源模型. 温度场模拟结果表明,NG-MAG立焊热循环曲线呈"多峰"现象,焊缝表面成形似"积木"而截面成形似"哑铃",与试验结果基本吻合. 分析认为"多峰"现象主要由电弧热源逐次逼近而后远离所致,而"积木"和"哑铃"的成形特点与移动过程中电弧速度(热输入)的周期变化及焊接熔池的动态变化高度相关,上述热特点对后续进行NG-MAG立焊组织演化研究提供技术支持.     

Q420钢摆动式焊接接头温度场的数值模拟

为了研究摆动式焊接接头的温度场,以有限元软件ABAQUS为平台,采用复合热源模型模拟了低合金高强钢Q420摆动式焊接接头的温度场。同时采用试验测量了焊接接头典型位置的热循环曲线,并观察了接头焊缝的宏观截面形状。结果表明,计算得到的热循环曲线与实测结果吻合良好,复合热源模型不仅模拟出了焊缝成形系数大的熔池形状特征,还准确地模拟出焊缝的下坠区域,验证了复合热源模型模拟摆动式焊接接头温度场的准确性。     

火管架焊接温度场的模拟

通过大型通用有限元软件ANSYS对焊接火管架焊接温度场进行数值模拟.利用ANSYS软件中的APDL语言编写了温度场计算的程序,选择生热率加载模拟火管架焊接热源的移动过程,并运用生死单元技术模拟焊料的填充过程,最后得到焊接温度场瞬态变化的过程和焊缝中心线上节点的热循环曲线,为焊接火管架残余应力和变形分析提供依据.     

铝合金薄板搅拌摩擦焊温度场模型

根据能量检测系统得出的搅拌摩擦焊接实时功率,结合M.Song等人提出的热输入模型,在此提出了简化的热输入模型.在深入考虑焊接过程的具体条件后,利用ANSYS有限元分析程序建立随热源一起移动的坐标系,模拟出瞬态温度场以及焊缝及母材区任何位置上的热循环曲线.通过模拟结果与热电偶测得的特征点温度曲线的比较,验证了热模型和模拟方法的正确性.     

小孔等离子弧焊接热场瞬时演变过程的数值分析

根据小孔等离子弧焊接的工艺特点,考虑等离子弧对熔池的“挖掘”作用,提出了一种新的焊接热源模型（TPAW）,以描述和反映等离子弧作用下“倒喇叭”状焊缝横断面的特点以及等离子弧热流沿工件厚度方向的分布．在此基础上,对小孔等离子弧焊接热场进行了有限元计算,分析了引弧后熔池及周围温度场的瞬时演变过程．计算出的小孔等离子弧焊缝形状与实验结果基本吻合,达到准稳态的时间与实验测试值一致．     

厚板FAB法单丝埋弧焊温度场的有限元分析

从宏观传热学出发,综合考虑坡口形式对焊接热输入影响及焊缝横断面形状特征,建立了厚板FAB法单丝埋弧焊温度场三维数值分析模型. 利用ANSYS软件对不同厚度D32钢FAB法单丝埋弧焊焊接温度场及热循环曲线进行模拟计算,对其热场特征进行了分析. 结果表明,不同焊接条件下横断面形状尺寸及热循环曲线计算结果与试验结果吻合较好,从而证明了模型的准确性和适用性;在获得良好焊缝成形条件下,随着板厚的增加,焊件上、下表面的热影响区宽度有所减小,而热循环冷却时间t_8/5变化规律不明显.     

小孔等离子弧焊接热场的有限元分析

根据小孔等离子弧焊接的工艺特点，建立了相应的热源模型和焊接热场的分析模型。数值模拟结果表明，一般的双椭球体热源和三维锥体热源不能准确描述小孔等离子弧焊接热过程。提出了改进型的三维锥体热源模型，可以较准确地计算焊缝的正面和背面熔宽，但熔合线走向的计算精度仍较低。在此基础上，考虑等离子弧对熔池的热-力作用，建立了符合小孔形态的热源模型，对小孔等离子弧焊接热场进行了有限元分析，计算出的小孔等离子弧焊缝形状与试验结果吻合良好。     

Finite element simulation and experimental investigation of thermal tensioning during welding of DP600 steel

The locally introduced heating and cooling cycle of welding generates residual stresses and distortion. Costly post-weld heat treatments are required in order to reduce welding residual stresses and distortion. Thermal tensioning is one of the more promising in-process techniques to control welding distortion and can be classified into transient thermal tensioning (TTT) and side heating (SH). In thermal tensioning additional heat sources are applied during welding. If the additional heaters are close to the weld centre line and influence the thermal field of the weld, the process is called TTT. If there is no interference to the thermal field of the weld, the process is called SH. In this work, the SH during welding of 2?mm thick DP600 steels has been extensively investigated using numerical and experimental approaches. The thermal and mechanical fields during conventional welding and SH were examined by means of finite element models, and validated by comparison with experimental observation of temperature, distortion and residual stresses. The microstructure was investigated experimentally.     

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.     

A coupled thermal and metallurgical model for welding simulation of Ti–6Al–4V alloy

The accurate prediction of the mechanical behavior of welded components made of Ti–6Al–4V requires a particular material model considering the significant effects of the material behavior during welding. Especially, phase transformations are assumed to have an influence on the temperature distribution. The flow curves of the material are changed during welding by complex mechanisms which might be describable using time-temperature history dependent flow curves. The following paper shows (as a step forward), how the influence of phase transformations on the transient heat conduction in components made of Ti–6Al–4V during tungsten inert gas (TIG) arc welding is investigated using a coupled thermal and metallurgical model. Kinetics of α+β→β phase transformation during heating and β→α phase transformation during cooling are studied using the Johnson–Mehl–Avrami–Kolmogorov (JMAK) equation. A numerical heat transfer model is used to calculate the transient temperature field during welding. The thermal properties are calculated by a linear mixing rule based on the phase fractions and the thermal properties of each pure phase. Using these obtained thermal properties, the welding process of Ti–6Al–4V alloy is modeled using finite-elements for the spatial discretization and finite-differences to predict the transient temperature field. Additional calculations neglecting the phase changes are carried out to compare the temperatures and visualize the effects of phase transformations on the cooling behavior. The comparison of these models with measurements shows that the model considering the influence of solid phase transformations describes the temperature profile during cooling accurately.     

基于点热源的GMAW热输入分布模式及应用

分析比较了三种基于点热源的熔化极气体保护焊(GMAW)热输入分布模式,并结合移动点热源作用下焊接温度场的瞬态解分别对其进行了计算,通过焊缝横截面熔合线几何形状计算值与实测值的比较,对三种热输入分布模式进行了评估.利用所建串热源模型模拟了Q195低碳钢和JG590低合金钢GMAW焊缝横截面熔合线的几何形状,进行了Q195钢和JG590钢的GMAW工艺试验,通过焊缝横截面熔合线的几何形状对所建模型进行了试验验证.采用计算和试验相结合的方法,分析评价了目前常用的t3/5计算公式,利用JG590钢焊接温度场的计算结果,结合JG590钢的焊接连续冷却组织转变图,成功地预测了焊接接头熔合区的组织及硬度.     

管道焊接过程的温度场数值模拟

以20#钢钢管的对接接头为研究对象,应用ANSYS软件,对其焊接过程的温度场进行了数值模拟,获得了其焊缝区的瞬态温度场以及各点的焊接热循环曲线.结果表明,起焊位置处各节点经历了两次升温过程,其它位置处节点只经历了一次;距离焊缝中心等距离的节点所经历的热循环过程呈现相同的变化规律;距焊缝中心远近不同的点所经历的热循环各不相同,节点越接近热源,温度升高越剧烈,所能达到的最高温度越高.     

Modeling cast IN-738 superalloy gas tungsten arc welds

A three-dimensional finite-element thermal model has been developed to generate weld profiles, and to analyze transient heat flow, thermal gradients and thermal cycles in cast IN-738 superalloy gas tungsten arc welds. Outputs of the model (cooling rates, the thermal gradient G and the growth rate R) were used to describe solidification structures found around the weld pool for three different welding speeds at constant heat input. Calculations around the weld pool indicate that the cooling rate increases from the fusion line to the centerline at all welding speeds. It was also observed that the cooling rate (G × R) and the ratio G/R fall with welding speed. For instance, as the welding speed is increased, the cooling rates at the centerline, fusion line and penetration depth decrease. Moreover, it was observed that as the power and welding speed both increase (but keeping the heat input constant), the weld pool becomes wider and more elongated, shifting from circular to elliptical shaped. The calculations were performed using ABAQUS^® FE code on the basis of a time-increment Lagrangian formulation. The heat source represented by a moving Gaussian power density distribution is applied over the top surface of the specimen during a period of time that depends on the welding speed. Temperature-dependent material properties and the effect of forced convection due to the flow of the shielding gas are included in the model. Numerically predicted sizes of the melt-pool zone and dendrite secondary arm spacing induced by the gas tungsten arc welding process are also given.