数学模型参数的在线修正及最佳焊接工艺参数选择

用计算机模拟力法选择和优化焊接工艺参数是行之有效的。提高计算模型的可靠性和适应性则是扩大其应用范围的前提。本文讨论了用焊道表面的温度信息对多个模型参数进行在线修正,提高计算模型的适应性。在此基础上,对不同材质的给定熔池尺寸要求值,进行了最佳焊接工艺参数选择,试验结果表明,修正后的模型可以适应材质等焊接条件的变化,能给出合适的焊接工艺参数。     

GTA焊接电弧与熔池系统的双向耦合数值模拟

建立了GTA焊接过程电弧与熔池双向耦合统一数学模型．该模型考虑了熔池自由表面变化对电弧和熔池的影响,并通过不断更新自由表面形状实现了电弧与熔池相互耦合．电弧和熔池的两组控制及辅助方程采用有限差分法进行求解．计算中采用了适体坐标系以确定不断变化的自由表面形状．用所建模型对304不锈钢材料的定点GTA焊接过程进行了数值计算分析,取得了良好效果．     

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.     

基于FLUENT的CMT焊接熔池流场的数值分析

CMT是一种新型的低热输入焊接工艺,在传热学和流体动力学的基础上,结合CMT熔滴过渡在一冷一热不断交替中完成特点,同时考虑了相变潜热、材料热物理性参数随温度变化等问题,建立了CMT焊接熔池三维瞬态数学模型。对熔滴及母材分别施加弓柱状热源与双椭球热源,并利用UDF进行二次开发,成功实现了热量与熔池体积力脉冲施加。用所建模型研究了CMT焊接熔池的演变过程,较好的模拟了不同焊接参数对CMT焊接流场的影响规律以及准稳态时基值电流与峰值电流作用期间熔池流场的分布规律,同时分别分析了浮力、电磁力、重力对熔池流场分布的影响。     

激光焊接偏差识别的神经网络模型试验研究

激光焊接偏差识别是保证激光焊接质量的关键技术,本文研究一种用于识别激光束与焊缝位置偏差的BP神经网络模型。在大功率光纤激光焊接试验条件下,利用高速红外摄像机摄取焊接区域熔池图像,分析激光束与焊缝对中及偏离所对应的红外辐射瞬态特征。通过图像处理增强熔池图像,计算熔池特征参数（熔池匙孔特征参数、匙孔质心值、热堆积效应参数）以及相对应的焊缝与激光束之间的偏差值,将其输入所设计的神经网络进行网络权值参数的训练,建立基于BP神经网络且具有一定环境适应能力的焊缝偏差模型。试验结果表明,该模型能够反映熔池特征参数与焊缝偏差之间的规律,可实现较精确的焊缝偏差识别。     

TIG焊接熔池中的流体流动及传热过程的数值模拟

本文建立了运动电弧作用下三维TIG焊接熔池中的流体流动及传热过程的数学模型。该模型同时考虑熔池内部液态金属的对流、传导和熔池外部的固体导热,克服了雷卡林公式和纯导热数值解将焊接热过程当作纯粹固体热传导问题的局限性,扩展了电弧固定时的二维熔池传热模型。根据该模型得出的计算结果和实验测试结果吻合程度良好。     

铝/钢异种金属激光焊接熔池形状的计算机模拟

通过建立数学模型和Matlab软件,对铝/钢异种金属焊接过程中的固/液相界面和汽/液相界面进行了计算模拟,分析了激光焊接工艺参数对熔池形状和熔深熔宽的影响。结果表明,固/液相界面的熔池深度明显要比汽/液相界面的熔池深,且在横向尺寸和移动方向上的熔池中固/液相界面的区域明显要比汽/液相界面的宽;铝/钢异种金属适宜的焊接工艺参数:激光焊接功率为1 600~1 800 W,焊接速度为25~40 mm/s,激光光斑直径范围为0.2~0.6 mm。     

钛合金电子束焊熔宽PID控制系统建模与仿真

由于焊接过程的复杂性,因此很难得到熔池动态过程的解析数学模型,使得焊接过程建模成为焊接过程控制的一大难题．为了建立电子束焊熔池动态过程模型,采用阶跃响应法确定出了钛合金电子束焊电子束流与熔宽的数学模型的类型和结构,计算出了该模型的参数,建立了电子束流与熔宽的传递函数模型．利用获得的电子束流与熔宽的数学模型,采用Z-N经验公式法确定出了PID控制器参数,在此基础上利用MATLAB／SIMULINK建模与仿真平台建立了钛合金电子束焊熔宽PID控制系统模型,并对该模型进行了仿真试验．结果表明,所设计的控制系统动态性能和稳态性能良好．     

等离子弧-MIG焊双电弧作用下的焊接熔池形态分析

针对等离子弧-MIG焊焊接过程中双电弧共同作用的情况，利用有限元分析软件计算了铝合金焊接熔池的形状和温度场形态，并利用实测的熔池形状和尺寸对计算结果进行了修正和标定，为实际焊接生产提供了依据。     

焊接柔性加工单元中熔池的实时控制

机器人焊接过程中熔池实时控制系统是焊接柔性加工单元 (WFMC)中保证良好焊接质量的一个重要子系统。文中建立了WFMC中焊接质量实时控制子系统并实现了该子系统与WFMC中央监控计算机的实时可靠通讯。在获得了焊接熔池特征参数的基础上 ,建立了焊接过程熔池正面参数和焊缝背面参数的神经网络模型。模型根据熔池正面参数可实时预测焊缝背面宽度。并设计了神经元自学习比例求和微分(PSD)控制器 ,通过调整脉冲峰值电流 ,实现了机器人脉冲钨极气体保护焊 (GTAW )过程中通过正面熔池传感对焊接焊缝背面宽度的实时控制。控制试验证明控制器可有效地对焊接过程进行控制     

基于视觉传感的摆焊管道立焊熔池特征分析

对摆动电弧GMAW焊在全位置立焊区间的熔池特征进行了研究，设计一套管道全位置焊接视觉监测系统。采集清晰的熔池序列图像；分析一个电弧摆动周期的立焊熔池变化特点；采用数学形态学的算法获取熔池轮廓。结果表明：定义的熔池视觉特征参数能有效地区分全位置焊不同立焊区间的熔池。在摆动电弧的作用下，立向上焊与立向下焊的熔池特征存在明显的差异性，立向上焊的熔池长与熔池面积较立向下焊分别大21%与10%，立向上焊的熔池尾部轮廓线呈水平状态，而立向下焊的熔池尾部呈现明显下凹特征。     

电子束点焊熔池的液态金属冲刷效应作用规律

为了更深入地探究电子束焊接过程中的机理问题,基于对电子束点焊熔池中液态金属冲刷效应的理论分析,利用边界层理论对该效应进行数学建模.使用有限体积法数值软件Fluent,对20 mm厚的2219铝合金电子束点焊熔池的温度场和流场进行三维瞬态数值模拟,研究了液态金属冲刷效应对熔池的作用规律.模拟结果表明,液态金属冲刷效应会对熔池温度场、匙孔稳定性、熔池流场和固液界面形状与位置四个方面产生影响.模拟结果与试验结果吻合良好,验证了数学模型的合理性.     

MATHEMATICAL SIMULATION OF HEAT AND MASS TRANSFER IN PULSED ARC WELDING BY MELTING ELECTRODE

1.~nonTherearealargenumberofinvestigationswhichhavebeencarriedouttOdescribemathematicallythe"powersource--weldingarc"systeminweldingwithsyst6thaticshort--circuitingofthearcgapusingthemeanparametersofthecondihons.However,theydidnotreflectthetechnologicalstabilityoftheprocess,becauseadeviationofoneoftheseparameterswithinthelicitsofaseparatedricrocycleleadstoitsdisrUPtion.Inparticulax,whenweldingindifferentspatialpositions,thedeviationresultinginanincreaseofaspecificparameter,suchasthepeakshort-…     

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.     

旋转电弧GMAW堆焊短路过渡熔池动态仿真

为探究旋转电弧GMAW堆焊短路过渡时熔池的温度和对流分布规律，利用Flow-3D软件建立三维数学模型，采用球形旋转热源模型，考虑重力、熔滴拖拽力、表面张力、浮力作用，模拟了堆焊状态下，工件材料为Q235的旋转电弧GMAW短路过渡的熔池成形规律. 采用流体体积法追踪熔滴过渡和熔池表面的自由变形,并分析熔滴进入熔池时熔池内部温度场和流场的变化. 结果表明，熔池形成过程中，旋转熔滴对熔池有搅拌作用，并使熔池内部液态金属活性增强，流速变快，熔池内部液态金属体积变大，熔池的宽度变大. 模拟预测的焊缝尺寸、形状与试验吻合良好. 为优化焊接工艺参数、改善旋转电弧GMAW堆焊焊缝质量提供参考依据.     

Detection and analysis of weld penetration in stationary TIG arc welding — a preliminary study

Abstract

A constant voltage microcomputer controlled welding source is used for on-line detection of weld penetration. By adding an instantaneous pulse at regular intervals to the normal welding current the molten pool is excited to oscillate in stationary TIG arc welding. By analysing the signal, the relationship between the frequency of molten pool oscillation and weld penetration is studied and a mathematical model, the weld pool oscillation equation, is established. Using a finite difference equation to solve the eigenvalue problem of the molten pool oscillation, a numerical solution can be obtained. Experimental results obtained from welding 1Cr18Ni9Ti, 20 # and 16Mn steel show good agreement with the theoretical predictions.     

脉冲双丝GMAW熔滴过渡过程中熔池波动行为数值分析

研究了脉冲双丝GMAW过程中熔池自由表面受周期性熔滴冲击引起的动态波动行为. 根据二维波动理论建立了熔池液面受迫振动以及由此产生的二维波动行为的瞬态数学模型，推导出控制微分方程，给出了相应的初始条件和边界条件并编制程序进行了数值分析. 得到了熔池自由表面的位移和振动速度分布规律、不同熔滴过渡条件下熔池自由表面的瞬时波动规律及焊接过程中表面波动所引起的干涉现象. 结果表明，表面波主要起源于前丝、后丝中心附近，导致熔池表面有较强的凹陷. 选用直径1.0 mm的焊丝可以减小熔池表面波动，防止出现较粗的焊缝波纹；当熔滴过渡频率为1 000 Hz时，容易出现焊接波纹粗大、咬边等缺陷，波动干涉随熔滴过渡频率减小而减小. 文中的工作能够为脉冲双丝GMAW的工业化生产和焊接工艺参数的优化提供基础数据和理论指导.     

电子束环焊2 mm高纯铌熔池行为的数值模拟

基于VOF算法建立了2 mm厚的高纯铌电子束环焊过程的三维数学模型,在模型中考虑了金属蒸气反冲压力、表面张力、重力等关键熔池驱动力,计算出了环形熔池的温度场和流场对熔池中关键位置进行分析,并总结了纯铌环焊熔池的特点。模拟结果表明,在纯铌环形结构未熔透时,由于母材对熔池的支撑作用,匙孔波动情况与平焊类似;在环形结构焊透后,在Marangoni效应和重力的作用下,熔池表面液态金属加速扩展。此外,数值模拟与试验结果吻合良好,验证了数学模型的合理性。