钽薄板微间隙TIG氦弧点对接焊熔池的数值分析

针对钽薄板微间隙TIG氦弧焊接方法．基于有限元分析软件ANSYS，采用数值模拟方法计算了间隙处取不同边界条件时温度场的分布。计算结果表明：间障的存在使得温度场分布不均．是熔池表面形状呈现椭圆形的一个重要因素．这种影响随焊接时间的变化更为明显。分析了间隙对熔池形状的影响，得出不同工艺参数对熔宽变化的影响规律，并分析了电孤形态差异对接头的影响。这对制定实际的TIG焊工艺具有指导意义。     

2219铝合金中厚板爬坡TIG焊熔池温度场三维数值模拟

为了研究2219铝合金中厚板爬坡TIG焊熔池热场特征,建立了中厚板TIG焊温度场模型,进行爬坡TIG焊熔池温度场三维数值模拟,以及不同焊接工艺参数对温度场的影响数值分析,同时通过焊缝形状尺寸的测定以及热电偶测温,对模型及温度场数值模拟结果进行验证。结果表明,受熔池重力影响,厚板爬坡姿态下熔池热场长度要大于平焊姿态;爬坡TIG焊温度场受焊接电流、焊接速度影响明显,焊接电流增加或者焊接速度降低,均会导致温度场最高温度上升,熔池宽度和长度增加;测量的实际焊缝尺寸与熔池温度场数据和数值计算结果相符度高,建立的模型及爬坡焊温度场三维数值计算准确。     

304不锈钢薄板脉冲激光焊焊接热过程数值分析

针对不锈钢薄板脉冲激光焊接的特点,基于有限元分析软件ANSYS,对0.5 mm厚的304不锈钢薄板脉冲激光焊接的热过程进行三维数值动态模拟.建模时采用实体单元和表面单元结合,并采用焊缝处细密、远离焊缝处粗略的不均匀网格,除了施加整体与外界的对流散热条件外,还考虑了工件与夹具之间的传导换热,分析了焊接温度场在工件上的分布规律及工艺参数对焊缝成形的影响,并据此提出了提高不锈钢薄板激光焊焊接接头质量的方案.计算结果表明,熔池的尺寸随输入能量的变化较为明显,在激光加热0.05 s后材料开始熔化,熔池呈现大幅度增长趋势;焊接速度对熔深和熔宽的影响较为显著,熔宽随焊接速度的增加而逐渐减小,熔深几乎与焊接速度成反比,当焊接速度约为0.4 m/min时,熔深为0.5mm以上,工件熔透,且深宽比可达到2∶1.计算所得熔池大小与试验结果基本吻合.     

钽薄板TIG焊接电弧形态的研究

通过高速摄像方法研究了钽薄板TIG焊接过程中,保护气体及工艺参数不同时电弧形态的变化规律及其对焊接质量的影响。结果表明：保护气体不同时,电弧形态明显不同。采用TIG焊焊接钽板时使用氦弧能得到更好的焊接质量;当弧长不变,增加焊接电流时,电弧有效作用范围变犬,电弧温度及能量密度高。熔池增大速度较快;当焊接电流不变,弧长增加时,电弧有效加热半径变大,但由于弧长增加而引起电孤热能分散。熔池增长速度较慢,热影响区范围增大。焊接工艺参数的变化时电弧形态的影响规律,对制定钽薄板TIG焊接过程中较为合理的工艺参数具有重要意义。     

焊接热过程和冶金过程

等离子束表面冶金热影响区的特点；无熔深堆焊界面质量与工件温度研究初探；焊接成形中堆积轨迹对温度场影响的数值模拟；不同软件模拟不锈钢GTAW温度场结果的比较；钽薄板TIG点焊熔池的计算；模拟一测量结合反演焊接条件下材料热导率；铝合金搅拌摩擦焊温度场的数值模拟；神经元网络反演LY2铝合金焊接过程热导率。[编者按]     

316L不锈钢板TIG对接焊温度场及应力场数值模拟

采用ANSYS针对316L不镑钢厚板TIG对接焊进行了温度场和应力场的数值模拟计算研究.建立了不锈钢厚板端面焊接数值模型,提出了在TIG焊焊接过程中采用单元焊接时间telement来模拟焊接过程中的熔滴过渡,并分别采用2 s和3 s的telement进行了模拟分析,计算结果表明,单元焊接时间对焊缝及HAZ的温度场分布具有重要影响.     

双脉冲TIG焊熔池数值分析

建立了双脉冲电流下TIG焊熔池的三维非稳态数学模型,通过选择合适的边界条件和热物性参数,强烈耦合控制方程组对双脉冲TIG焊熔池进行数值分析,得到了周期性变化的焊接熔池温度场、流场等分布情况,熔宽、熔深的尺寸大小在周期内的变化规律.结果表明,在双脉冲电流作用下的熔池尺寸大于在平均电流作用下的尺寸,有效的增大了焊接熔池尺寸;熔池尺寸随电流的变化具有一定的滞后性,且在高能脉冲作用时的滞后性较强;在双脉冲电流作用下的熔池内部具有更大的流速,其搅拌作用更强.     

搅拌摩擦焊接过程温度场数值模拟

在深入考虑搅拌摩擦焊的具体焊接过程后,提出了简化的热输入模型。利用ANSYS有限元分析程序建立了随热源一起移动的坐标系,采用分步加载的方法对搅拌摩擦焊过程的温度场进行了模拟。得到了3mmLY12硬铝合金薄板在整个焊接过程中焊缝区每一时刻的瞬态温度场以及焊缝区各点的焊接热循环曲线,确立了温度场空间分布和时间变化的规律,并且通过测量特征点的实际温度验证了计算结果的准确性。     

铝合金双脉冲MIG焊过程的温度及应力变形模拟

针对6061-T6铝合金薄板T型接头的双脉冲MIG焊,采用弹塑性有限元方法对其温度场与应力-应变场进行模拟,并将热输入简化为以低频脉冲频率在强、弱脉冲之间周期性转换的热源,同时运用生死单元技术模拟焊丝的填充过程。结果表明:焊后T型接头的残余应力主要集中在焊缝处,其最大值为273 MPa,导致受热侧翼板产生了1.61°的角变形。焊接过程中的温度场和应力场均以低频脉冲频率周期性变化,与强脉冲群相比,弱脉冲群阶段的熔池温度较低且体积较小,而熔池及周边金属的受力较大。强、弱脉冲之间的周期性转换引起熔池尺寸及受力的周期性变化,有利于鱼鳞状焊缝和细小均匀的焊缝组织的形成。熔池尺寸、焊接热循环曲线以及T型接头焊接变形的模拟结果与实验结果吻合较好,验证了模拟的可靠性。     

2A12铝合金TIG焊接头组织性能分析

采用普通交流TIG焊和随TIG焊旋转挤压两种方法对2A12铝合金薄板进行焊接,分别对焊接熔合区、热影响区和焊缝区的显微组织进行晶相分析.结果表明,与普通交流TIG焊相比,随TIG焊旋转挤压法对变形和气孔的控制效果较好,得到的焊缝组织品粒细小而均匀,有效降低了残余应力,提高了焊接接头的力学性能.对焊接接头进行拉伸试验,拉伸试样断裂的位置均为焊缝区,焊缝在冷却过程中由于偏析而生成的低熔点共晶θ相和S相使得力学性能下降,且随焊旋转挤压法焊接接头的抗拉强度和屈服强度约为普通交流TIG焊接头的1.2倍.     

工艺参数对钽薄板小间隙TIG对接焊熔池的影响

为探索薄壁钽焊管生产线焊接成形质量控制方法,进行了钽薄板小间隙平对接TIG氦弧点焊工艺试验和数值模拟技术研究。试验中用Fastcam 10KC高速摄像仪成功地测定了熔池的动态尺寸。数值模拟采用ANSYS有限元分析软件,建立了焊接系统的三维传热模型,综合考虑了对接间隙、夹具等的影响,计算所得熔池动态变化的结果与试验结果较好地吻合。另外,利用数值模拟方法还进行了工艺参数对熔池形态影响的研究,结果表明,对接间隙促进了熔池纵横向宽度的椭圆化。计算获得的熔池形成时间、熔池长大速度、熔池形成率、临界电流等对优化焊接工艺参数具有重要指导意义。     

铝合金TIG焊接熔池状态多传感器数据协同感知算法

针对铝合金钨极惰性气体保护电弧焊(tungsten inert gas arc welding,TIG焊)过程中,焊接工艺参数的实时状态与焊缝熔池三维尺寸间的非线性对应关系,研究建立一种基于信息物理融合的多传感器TIG焊过程熔池状态协同感知计算方法. 首先,构建由红外温度传感器、电弧形态传感器、电弧能量传感器和焊接位置传感器组成的TIG焊过程熔池状态信息物理融合系统架构. 其次,考虑焊接过程中焊枪电弧的运动特性和测量噪声影响,设计基于温度、位置、能量传感器信息交互的熔池长宽深三维参数状态感知策略,并基于多传感器数据的异步和异构特性,提出了基于无迹卡尔曼滤波的焊接过程中熔池状态的多传感器数据协同感知算法. 针对7075超硬铝合金TIG焊过程进行熔池参数在线测量与辨识试验,结果表明,所提算法能够根据TIG焊过程多传感器数据实时计算熔池参数结果,焊缝宽度和焊缝高度计算结果误差基本上控制在10%以内,该算法响应时间基本控制在0.3 s内,能够较为准确地评估焊接过程中熔池的实时状态.     

气体熔池耦合活性TIG焊方法

提出了一种新型活性TIG焊方法——气体熔池耦合活性TIG焊,即GPCA-TIG焊.该焊接方法将气体分两层流动,内层气体采用惰性气体起到保护熔池的作用;外层气体则为含活性元素O的气体,将活性元素O引入熔池金属,达到增加熔深的目的.文中以SUS304不锈钢为焊接母材,研究了GPCA-TIG焊接法对焊接电弧及焊缝成形的作用,以及该方法主要工艺参数对焊缝熔深和深宽比的影响.结果表明,在相同参数下,与常规TIG焊方法相比,GPCA-TIG焊可不开坡口一次性焊透8 mm不锈钢板,焊接效率明显提高.同时采用该方法,可以有效避免钨极的氧化烧损.     

熔透情况下三维TIG焊接熔池流场与热场的数值分析

建立了熔透情况下三维运动TIG焊接熔池中流体动力学状态及传热过程的数值分析模型。该模型考虑了试件全熔透情况下液态金属熔池表面的变形。采用贴体曲线坐标系处理熔池曲面,利用SIMPLER方法对不锈钢焊接试件熔池中的流场与热场进行了数值分析,并进行了焊接工艺试验对模型加以验证。结果表明,根据该模型得出的计算结果与实验值吻合情况良好。     

氮氧联合过渡对GPCA-TIG焊焊缝的影响

针对外层引入氮氧混合气体的气体熔池耦合活性TIG焊,通过改变焊枪内外喷嘴的相对位置,分别研究了外层气体与熔池表面的耦合程度不同时焊缝成形、焊缝中氮氧含量及焊缝组织性能的变化规律.结果表明,氮氧联合过渡时气体熔池耦合活性TIG焊焊缝窄而深;低温冲击韧性高于母材及传统TIG焊的7.5%以上,而抗拉强度和屈服强度均略低于母材;焊缝组织晶粒细小,奥氏体上沿晶界分布着少量铁素体.气体熔池耦合活性TIG焊焊缝中的氮氧含量可以通过调节焊枪内外喷嘴的相对位置进行微量控制.     

镍基合金TIG焊接熔池及热影响区组织模拟

基于枝晶生长动力学和晶粒长大理论,采用元胞自动机法(CA)建立了焊接熔池及热影响区的微观组织演变模型. 通过有限元模型计算了TIG焊接过程的温度场分布,并利用插值算法将热循环曲线应用于CA模型,计算了镍基合金TIG焊接熔池凝固过程枝晶生长及热影响区的晶粒长大. 结果表明,焊缝边缘的晶核主要以柱状晶的形式向焊缝中心生长,其最终形貌取决于半熔化母材晶粒上的联生结晶及不同取向枝晶间的竞争生长,焊缝中心为等轴晶组织. 焊接热影响区的晶粒长大使得熔池凝固形成的柱状晶组织粗大. 模拟结果与试验结果吻合较好.     

TIG焊接过程中熔池对流形式的示踪分析

为验证传统钨极惰性气体保护焊接过程和双层气流保护焊接过程的熔池表面对流形式,确定双层气流保护焊接方法的熔池深度增加机理,试验研究以钨颗粒为示踪相,焊前将300～500μm的钨颗粒均匀涂覆于焊件表面,同时在熔池底部两侧插入钨板,将焊接熔池中心区域和边缘区域阻隔开.传统钨极惰性气体保护焊接方法在熔池表面产生外向对流,钨颗粒...     

不同驱动力对熔池表面变形行为影响的数值模拟

基于流体动力学方程，采用焓-孔隙度法来处理液-固相变，采用VOF方法追踪熔池自由表面变形，建立了固定电弧下的三维瞬态TIG焊熔池数学模型，求解获得了在浮力、Marangoni力、电磁力和电弧压力单独作用时的熔池表面变形行为及其温度场与速度场的分布.模拟结果表明，在大电流（I≥250 A）时，在浮力、表面张力温度系数为正时的Marangoni力、电磁力单独作用于熔池上表面将会产生凸起变形，在电弧压力、表面张力温度系数为负时的Marangoni力单独作用下，熔池上表面将会产生凹陷变形.在大电流下，TIG焊和活性TIG焊熔池均产生凹陷变形.TIG焊熔池的中心区域形成向内的涡流，边缘部位形成向外的涡流，而活性TIG熔池在熔池中心和熔池边缘则分别形成两种成因不同的内向涡流.熔池表面变形量并不是各个驱动力作用的简单叠加.