T型角接头焊接热源模型研究

基于有限元软件ANSYS建立了T型角接头的三维热分析模型,阐述高斯热源模型、双椭球热源模型、均匀热源模型以及两种组合热源模型的分布函数形式,并应用各热源模型结合生死单元技术对T型接头焊接过程进行数值模拟,得到不同热源模型下的焊接动态温度场。通过对数值模拟结果的分析对比表明:高斯热源及高斯-双椭球组合热源模型的模拟熔池尺寸大小有限,使得焊缝不能达到完全熔化;双椭球热源、均匀热源模型及高斯-均匀组合热源模型能较真实地模拟焊缝熔合区的形状及温度场分布,其中应用均匀热源模型可达到更为满意的结果。     

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.     

基于复合热源模型的CO2气体保护焊温度场模拟

实际短路过渡CO2气体保护焊接过程中,熔滴的热量对熔池温度场的分布会产生很重要的影响,当前焊接温度场模拟采用的热源模型中往往忽略了这一点.论文研究了CO2气体保护焊接的双椭球电弧热源模型以及将熔滴作为电弧之外的第二个作用热源模型,建立了适合于CO2焊的双椭球电弧热源与熔滴热源相叠加的一种新型复合热源模型;利用有限元软件ANSYS对低碳钢焊件的温度场及其不同位置的热循环曲线、纵向与横向温度场分布以及从起弧到宏观稳态的温度场动态演变规律进行了模拟和计算,并通过实验进行验证.研究结果表明,利用复合热源模型比单一的双椭球热源模型的模拟结果更接近于实验测试结果,验证了改进复合热源模型的准确性、有效性与实用性.     

角接接头热源模型的温度场数值模拟

根据角接接头焊接特性,分析其焊缝不对称的特性,在双椭球热源基础上改进其热源模型。以Q235为母材,根据试验与反演算法得出改进双椭球热源参数并对其热源模型进行仿真验证,获得了焊缝成形过程与温度场分布规律及对咬边的影响;得出热源中心处纵横能量分布,证明了上下焊缝不对称的原则。该方法为合理选择焊接工艺参数和保证焊接质量提供依据参考。仿真结果表明,改进的热源模型正确。     

高强钢T型接头MAG焊接温度场研究

采用双椭球热源模型,对S690高强钢T型接头焊接温度场进行数值模拟,并通过搭建MAG焊接温度场测试平台,验证焊接温度场的仿真结果,研究了焊接速度对高强钢焊接温度场、熔池形状和热循环曲线的影响。结果表明:模拟所得的焊缝峰值温度和跟踪点400℃以上的焊接热循环曲线与试验结果较吻合,验证了所选的双椭球热源模型的合理性。随着焊接速度增加,焊缝金属的温度梯度变小,焊缝的熔宽、熔深和余高减小,同时焊缝峰值温度变小。     

双丝焊温度场仿真的热源模型研究

分别以高斯热源模型及双椭球形热源模型为基础,推导出两种模型用于双丝焊的计算公式,建立了合适的有限元模型。在充分考虑各种边界条件下,对两种模型所建立的温度场进行了计算,得到25钢的双丝焊接瞬态温度场的分布规律。两种模型的仿真结果与工艺试验结果比较表明,双椭球形热源模型比高斯热源模型更适合双丝焊的三维有限元分析。     

TC4钛合金激光焊缝形貌与残余应力数值研究

针对激光深熔焊特点,采用均匀体热源模型、双椭球热源模型和组合热源模型,对TC4钛合金CO2激光深熔焊的焊缝形貌和残余应力进行了数值与实验研究。结果表明:在进行激光焊缝形貌与残余应力计算中,须根据激光焊接线能量选择激光热源模型,由此提出了均匀热源模型适合较大线能量,双椭球热源模型适合中等线能量,而组合热源模型适合较小线能量选择原则。组合热源模型和双椭球热源模型均能体现热输入随深度的递减变化,熔池轮廓呈现"圆锥"形和"钉子"形,均匀体热源的上下表面的残余应力分布基本一致,而双椭球热源和组合热源模型的下表面残余应力明显低于上表面。     

双丝焊温度场仿真的热源模型研究

分别以高斯热源模型及双椭球形热源模型为基础，推导出两种模型用于双丝焊的计算公式，建立了合适的有限元模型。在充分考虑各种边界条件下，对两种模型所建立的温度场进行了计算，得到25钢的双丝焊接瞬态温度场的分布规律。两种模型的仿真结果与工艺试验结果比较表明，双椭球形热源模型比高斯热源模型更适合双丝焊的三维有限元分析。     

TC4钛合金激光焊缝形貌与残余应力数值分析

针对激光深熔焊特点,采用均匀体热源模型、双椭球热源模型和组合热源模型,对TC4钛合金CO₂激光深熔焊的焊缝形貌和残余应力进行了数值模拟与试验.结果表明,在进行激光深熔焊焊缝形貌与残余应力数值计算中,应根据激光焊接热输入选择激光热源模型,并提出了均匀热源模型适合较大热输入,双椭球热源模型适合中等热输入,而组合热源模型适合较小热输入的选择原则;组合热源模型和双椭球热源模型均能体现热输入随深度的递减变化,焊缝轮廓呈现圆锥形和钉子形;均匀体热源的上下表面的残余应力分布基本一致,而双椭球热源和组合热源模型的下表面残余应力明显低于上表面.     

焊枪对中位置对T型角焊缝熔透的影响

在中厚板T型角焊接中,焊枪对中位置对焊缝成形质量有直接影响。考虑到角接坡口形式以及熔化金属流动等因素,采用了双椭球热源模型,并利用有限元分析软件COMSOL建立了不同焊枪对中位置的角焊缝有限元模型。根据温度场计算结果,研究了焊枪对中位置对背部熔宽和背部熔透区域的影响。采用仿真所用参数进行了试验,所得的熔合线位置与仿真结果吻合较好,从而证明了热源模型的合理性。     

焊接理论——一般问题

20095032 组合热源模型在焊接数值模拟中的应用／盖登字…／／焊接学报。-2009,30（5）：61-64,68 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。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。     

焊接理论——一般问题

20095032 组合热源模型在焊接数值模拟中的应用／盖登字…／／焊接学报。-2009,30（5）：61-64,68 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。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。     

基于ANSYS的钛合金真空电子束焊数值模拟研究

利用ANSYS有限元软件对尺寸60 mm×100 mm×6 mm的TC4钛合金板进行真空电子束焊接的数值模拟仿真研究。建立高斯面热源和椭球体热源组成的组合移动热源模型作为仿真的热源模型,研究TC4钛合金在真空电子束下的焊缝成形过程、焊缝附近的应变变化情况及焊接过程中热源温度场的变化。     

X80管线钢激光电弧复合焊接数值分析

根据激光电弧复合热源焊接的物理特征,建立双椭球体热源焊接模型。使用ANSYS有限元分析软件对X80管线钢激光电弧复合焊接的温度场和应力场进行耦合分析,在此基础上对10 mm厚X80管线钢进行对接焊试验,并对比分析数值计算结果和实际焊接试验结果。结果表明,数值仿真得到的焊缝截面形状、焊缝尺寸以及试件残余应力与焊接试验所得结果吻合,验证了选用热源模型的适用性,为焊缝组织和性能的预测奠定了基础。     

5454铝合金管道环缝焊接应力应变数值模拟

采用SYSWELD焊接模拟软件对5454铝合金管道焊接接头进行数值模拟,建立了管道环焊缝熔化极氩弧焊双椭球热源模型,模拟出体积分布热源作用下的温度场,以获得的温度场为已知条件加载,求得管道环焊缝接头焊接应力应变场的分布规律,对探索铝合金焊接规律提供了有益的帮助。     

焊接热源计算模式的研究进展

总结了计算焊接温度场过程中焊接热源模式的改进过程。首先讨论了传播学中常用的以集中热源为基础的线热源与面热源的解析模型、以及能量在空间以高斯函数形式分布的焊接热源模式,以高斯分布函数为基础,引出了半球能量密度分布的热源模式、椭球能量密度分布的热源模式、双椭球能量密度分布等焊接热源模式。并对比了不同热源分布函数对计算结果的影响,讨论了不同焊接计算过程中对热源函的选择。结果表明,通常的工程运算仍可采用解析模型函数进行化计算,高斯分布函数、半球能量密度分布函数、椭球能量密度分布函数常应用在有限元计算过程中,但由于未精确考虑电弧对熔池的冲击作用,在熔池附近有一定误差,而双椭球能量密度分布的热源模式,不仅可以处理一般的电弧总力小的焊接热源,也可以处理具有强烈穿透作用的激光焊和电子束焊过程的焊接热源,进一步提高焊接热源循环的计算精度。     

基于Sysweld的6061铝合金T型接头热力耦合模拟

采用双椭球体热源分布模型,基于Sysweld仿真软件,对6061铝合金T型接头焊接过程进行热力耦合数值模拟仿真。首先通过SolidWorks建立三维模型并导入Visual-Mesh进行网格划分,之后在Visual-Weld中对焊接过程进行模拟仿真,获得了温度场及应力应变的分布情况,然后对焊接过程温度云图及焊件整体形变进行分析。结果表明:熔池金属在焊缝边缘且体积较小,加热面积小、功率密度大,对周围金属的热影响较小,位移误差最大处2.64 mm,焊接应力在夹具处最大,热源选择误差不大,仿真结果可信,可以为后续实验提供指导。     

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。     

T2铜与Q235钢异种材料焊接温度场模拟研究

基于MSC.Marc有限元软件,模拟研究了T2铜与Q235钢异种材料的焊接热过程。根据试件尺寸建立实体模型,采用双椭球移动热源模型对试件的温度场进行了三维动态模拟。研究了铜和钢焊接温度场的分布规律,分析热源作用位置的变化对铜和钢焊接温度场的影响。结果表明,数值模拟结果与理论和实验结果一致,验证了模拟方法的正确性。合理分布热源位置可有效改善铜和钢两侧的温度分布情况,一定程度上解决铜和钢物理性能差异大的问题。     

焊接热源模型的研究进展

概述了焊接温度场计算中热源模型的发展。主要论述传热学中常用的以集中热源为基础的线热源与面热源的解析模型、能量在空间以高斯函数形式分布的焊接热源模式及高斯分布函数的基础，引出的激光焊解析模式、分段移动热源模式、串热源模式、半球能量密度分布的热源模式、椭球能量密度分布的热源模式、双椭球能量密度分布等焊接热源模式。