7075铝合金电子束焊接温度场数值模拟

针对航空航天业中应用较广的7075铝合金,采用ANSYS有限元软件,按照划分单元、逐次计算并逼近真实值的近似计算方法,对该合金电子束焊接的热过程进行了计算机数值模拟的可行性研究.结果表明,7075铝合金电子束焊接过程中焊接热输入较大,焊缝较窄,熔深大.通过验证,用有限元数值模拟方法得到的焊接及热处理温度场分布规律与实测温度值基本一致.     

AZ61镁合金真空电子束焊接温度场数值模拟

对板厚10 mm AZ61镁合金板材进行了真空电子束焊接数值模拟研究.利用有限元模型以及三维移动双椭球热源模型,采用数值模拟的方法研究了电子束流与焊接过程温度场及焊缝熔深之间的关系.结果表明,建立的模型能够获得电子束深熔型焊接的效果,模拟焊缝成形及焊缝区、热影响区温度场分布与试验焊缝成形及实际电子束焊接特点较为一致,这也证明了该模型在AZ61镁合金电子束平板对焊有限元模拟中有较好的适用性.     

镁合金电子束焊接温度场与流场的数值模拟

根据电子束深熔焊成形特点,采用高斯面热源与峰值热流递增的旋转体热源组成的组合热源模型对6.4mm厚AZ31镁合金电子束焊接熔池传热与流动进行了数值模拟.计算结果表明,焊缝呈典型的“钉子形”,深宽比较大.在熔池上表面,熔池边缘及热源中心附近的流速最小,最大流速位于热源前方某区域.通过对比模拟与实际熔池形状,验证了计算结果的合理性.     

TC4钛合金扫描电子束焊接温度场数值模拟

建立了TC4钛合金扫描电子束焊接三维温度场的数学模型.采用电子束光斑半径较大的焊接工艺,开展了椭圆扫描/无扫描电子束焊接的试验和数值模拟研究.模拟结果与试验结果吻合良好.结果表明,电子束扫描可使高温熔池的深度减小、宽度增加、提前进入稳态,并且显著降低熔池最高温度和冷却速度.对加速电压为60 kV、电子束流为10 mA、焊接速度为0.9 m/min的电子束焊接工艺,频率为500 Hz的电子束椭圆扫描可使熔池最高温度降低近1900K、冷却速度每秒降低近100 K.     

激光焊接温度场数值模拟

深入分析了激光焊接小孔传热模型的特点，在此基础上选取合适的热源形式，研究了移动线热源和高斯分布热源作用下，准稳态与瞬态激光焊接温度场。利用MAT—LAB软件及ANSYS有限元分析程序对激光焊接温度场地分别进行了计算及模拟，并且将两种分析结果进行了比较。最后还将有限元的模拟值与实测值进行了对比分析，进一步验证了小孔模型与高斯热源在激光焊接温度场模拟中的适用性。     

数值模拟技术在电子束焊接中的应用现状

概括总结了近几年数值模拟技术在电子束焊接方面的应用,从应力场、温度场、磁场以及焊接过程等几个方面总结了数值模拟技术发挥的作用,并认为数值模拟技术在电子束焊接模拟方面可以发挥更大的作用。     

基于有限元法的钒合金电子束熔炼过程数值模拟研究

基于ANSYS有限元软件建立了钒合金电子束熔炼过程的数理模型,对V-4Cr-4Ti合金电子束熔炼过程进行了数值模拟,研究了不同熔炼工艺参数下的熔炼过程温度场分布规律以及熔池形状。结果表明:熔炼过程温度场分布及熔池形状受到熔炼功率及扫描半径的影响。随着熔炼功率的增大,熔池最高温度将会线性增大,熔池宽度和深度将会逐渐增大。随着扫描半径的增大,熔池最高温度将会先增大后减小,通过分析获得了V-4Cr-4Ti合金电子束熔炼的最佳工艺参数。实验结果表明,在优化后的工艺条件下,钒合金电子束熔炼铸锭质量得到一定提升。     

钛合金与铌合金电子束焊温度场数值模拟

钛合金与铌合金是具有优良使用性能的两种合金材料,这两种材料被广泛用于航空、航天、核工业等重要领域.文中采用有限元分析软件ANSYS,对钛合金与铌合金电子束焊的温度场进行了模拟研究,利用双热源模型模拟电子束焊温度场,研究了异种金属焊接的建模方法、函数载荷的加载技巧,着重分析了钛合金(7715D)和铌合金(C-103)的焊接性,采用热源向铌一侧偏置的方法来保证焊接熔深的一致.最后得到了不同焊接热输入条件下钛合金与铌合金焊接过程中的最佳偏置距离.     

不锈钢焊接温度场的三维数值模拟

分别详细分析了焊接热源的三种计算模型即高斯热源模型、双椭圆高斯热源模型及双椭球热源模型的数学表达式与物理特点。利用三维有限元网格划分技术，对工件进行网格划分，并采用网格自适应技术对焊缝金属的网格进行自动加密与生成，为缩短焊接过程数值模拟时间创造了条件。在此基础上又对其中两种焊接热源模型所建立的温度场进行了计算，得到了不锈钢SUS310材料温度场的分布规律，研究了各种参数对温度场分布的影响，并与工艺试验结果进行了比较，提出了适合三维有限元分析的最佳焊接热源模型。     

铝合金壳体及其橡胶密封圈焊接温度场数值模拟

采用有限元法对方形电容器铝合金壳体焊接结构在密封焊过程中的温度场演变规律进行模拟计算。在实际构件上截取焊缝试样进行宏观观察,确定焊缝的几何参数;在热扩散仪上对材料的热导率和比热容进行测试,获得有限元计算所需准确的材料热物理参数;在材料试验机上对材料进行高温拉伸试验,通过多个温度点的应力应变曲线判断材料的熔点温度。有限元计算结果表明,随着焊接热输入的不断累积,焊接峰值温度的升高会对橡胶元器件造成一定影响,合理控制工艺参数可以避免焊接温升造成的橡胶元器件损坏。     

列车转向架侧梁焊接温度场的数值模拟

利用ANSYS有限元软件建立了列车转向架侧梁的有限元模型,对侧梁T型接头的三层12道焊缝的焊接过程进行温度场的数值模拟,分析和讨论温度场的计算结果。结果表明,采用本方案能够较为准确的模拟列车转向架侧梁的焊接过程,与实际焊接情况的温度场分布接近,为列车转向架侧梁的焊接结构进行三维焊接温度场的分析和焊接工艺控制提供了理论依据和指导。     

电子束焊熔池温度场及小孔演变的数值模拟

针对2024铝合金电子束定点焊物理输运特点,在质量守恒、动量守恒、能量守恒以及VOF方程的基础上,建立了电子束深熔焊三维数学模型,系统描述了加热阶段以及冷却回填阶段点焊熔池的温度场以及小孔的演变过程,并通过焊缝形貌对比对计算结果进行了试验验证.结果表明,蒸汽反冲压力是小孔形成和加深的主要驱动力;在小孔出现以后,加热阶段的熔池最高温度区间位于瞬态小孔的底部,而当熔池冷却时冷却速度由上至下逐渐增加,并导致了焊缝微观组织的晶粒细化.     

Numerical analysis on flow field of weld pool during deep penetration electron beam welding of titanium alloy

Flow field of weld pool during deep penetration electron beam welding of TA 15 titanium alloy was numerically and experimentally studied using a hybrid heat source of Gaussian surface heat source and rotational paraboloidal body heat source. And the formation mechanism of the weld pool flow field was analyzed. The results showed that the movement of the liquid metal in the top weld pool was the fiercest and weakened gradually in the middle and bottom of the weld pool. The maximum flow velocity of the liquid metal was about 0. 295 m/s in the top surface of weld pool. The primary driving forces of the movement of liquid metal in the weld pool were the recoil pressure of metal vapor and the surface tension.     

钢管径向摩擦焊温度场数值模拟

采用ABAQUS有限元软件,基于传热学及弹塑性力学有限元法,建立了径向摩擦焊接过程的二维轴对称、热力耦合及非耦合有限元计算模型.采用网格重划分技术模拟了径向摩擦焊接过程中焊接接头的温度场分布.结果表明,模拟出的接头飞边形貌与实际结果吻合良好.在二级摩擦阶段,摩擦界面由摩擦生成的热量与飞边形成带走的热量以及热传导散失的热量达到动态平衡,界面温度稳定在1320℃以下.在三级摩擦阶段,由于高温金属层被迅速挤出,界面温度迅速下降.通过分析金相组织,得出接头热循环过程.接头温度分布的模拟结果与实际结果吻合良好.     

电渣焊接头温度场数值模拟

为了研究建筑钢结构箱型柱中腹板与隔板处电渣焊接头的温度场,以有限元软件MSC.Marc为平台,开发了用于电渣焊温度场的计算方法. 在所开发的计算方法中,采用了半椭球等密度热源模型来模拟电渣焊的热输入,以生死单元技术考虑焊缝成形,并采用实测得到的低合金高强度钢SM490A材料的高温热物理性能参数模拟了箱型柱中的腹板与隔板电渣焊接头的温度场. 同时采用试验方法实测了电渣焊接头典型位置的热循环曲线,并观察了接头的焊缝宏观截面形状. 结果表明,计算得到的热循环曲线与实测结果十分吻合,计算得到的焊缝形状与试验结果也基本一致,验证了所开发的数值计算方法的有效性.     

考虑金属逐步填充的多道焊温度场数值模拟

采用“单元死活”有限元技术自行编制了控制焊接过程金属填充的子程序,利用Marc有限元软件以低碳钢为例进行了三维多道焊温度场的数值模拟。实现了模拟过程中焊接材料的逐步填充,温度场计算结果与试验测量值十分吻合。将计算结果与未考虑材料逐步填充的多道焊计算结果进行了比较。结果表明,是否考虑金属逐步填充对多道焊计算结果影响很大,在多道焊次数较多时不可忽略。为更准确的多道焊应力分析打下了基础。     

基于ANSYS的旋转电弧焊接温度场的数值模拟

旋转电弧焊接是一个电弧边旋转边移动的焊接过程,可用来进行焊缝跟踪,可使焊接质量良好。本文以高斯分布热源作为焊接热源,初步分析了旋转电弧传感器旋转半径、旋转频率、旋转方向、电弧电压、焊接电流及焊接速度的改变对焊接熔池的影响,从而为合理选择焊接工艺参数和保证焊缝质量提供了理论依据。