钨极氩弧焊温度场三维动态模拟及红外测温

焊件温度场快速加热和冷却过程中的正确描述是进行组织转变和焊后接头力学性能分析的前提条件,文中建立了电弧运动下的三维焊接温度场的动态有限元计算模型,利用有限元分析软件Ansys编制了APD I程序,针对铝合金钨极氩弧焊焊接动态过程进行了模拟仿真.采用双椭圆热源模型进行计算,分析中考虑了材料热物理性能随温度的变化,以及辐射、对流、相变对温度场的影响.采用红外测温仪SAT-HY6800对焊接过程进行测温,加装滤光镜排除电弧辐射对红外测温的影响,实现了对焊缝区域温度的采集.将测量温度与计算结果进行了比较,两者基本吻合.     

焊接残余应力对钢桁斜拉桥整体稳定性的影响

以郑州黄河公路铁路两用桥为背景,建立了桥塔与主桁连接部位的三维有限元模型,考虑材料热物理性能依赖于温度的变化,对桥塔焊趾处典型焊接细节的焊接温度场和焊接残余应力进行数值模拟,分析了焊接残余应力对结构整体稳定性的影响。通过热力学分析模拟焊接过程温度场变化,将冷却温度场作为荷载,通过结构分析计算桥塔与主桁连接处焊接残余应力;经过一定的简化,将焊接残余应力作为初应力施加到结构典型焊接细节上,分析其对钢桁结构稳定承载力的影响。计算结果表明:初应力同时施加于下横梁和中桁架上弦杆时,稳定系数下降13%;故在焊接结构中初应力对稳定性的影响应引起足够重视。     

Fe-Mn-Si记忆合金激光焊接数值模拟

利用有限元方法,对Fe-Mn-Si记忆合金平板激光对接焊的温度场和应力场进行三维数值模拟。根据激光焊接特点,建立表面高斯热源和锥形体热源结合的复合热源模型,并编制APDL子程序实现焊接热源的加载和移动。结合材料非线性、相变潜热、边界换热条件等因素,通过模拟计算得到焊接过程中瞬态温度场分布和熔池尺寸,并分析整体温度场分布、焊接热循环特性。焊缝熔合线和尺寸的模拟结果与实际结果吻合良好,验证了模型的正确性。在温度场计算结果基础上,利用间接耦合法,对Fe-Mn-Si记忆合金激光焊的动态应力场和残余应力进行模拟计算,得到焊后最大残余应力为247 MPa,接近其屈服强度。     

焊接热源参数优化方法研究及验证

焊接过程温度场的准确计算,对焊接残余应力及变形分析起着决定性作用。焊接热源中的形状参数直接决定焊接温度场的分布,而热源形状参数的确定一般需要根据实际焊缝形状使用试算法反复调整,效率和精度对研究人员的经验依赖性强。该文提出了一种热源形状参数优化模型,可用于各类热源形状参数的估计。使用多软件协同计算的方法,实现对优化模型的求解。通过对试验案例进行有限元模拟,与试验结果进行了对比验证。结果表明,基于该文提出的热源形状参数优化方法,可减少重复建模的工作量,并得到最优的热源参数,降低了焊接温度场模拟的效率与精度对研究人员经验的依赖性。     

焊接电流对不锈钢GTAW三维焊接温度场影响规律的有限元分析

基于有限元软件SYSEWELD,采用双椭球体热源模型,建立了运动电弧作用下的GTAW焊接不锈钢薄板三维瞬态焊接热过程的数值分析模型。模型考虑了材料的热物理性能参数、相变潜热与温度的非线性关系。利用所建模型,定量地预测了焊接电流对三维焊接温度场与熔池形状尺寸的影响,并进行了试验对比。计算所得焊接温度场与熔池形状特征参数随不同焊接电流的变化规律与实际情况基本一致。     

基于ANSYS有限元对高频焊接的三维温度场模拟

在高频直缝焊管生产过程中,焊接温度是影响焊缝质量的首要因素.建立高频直缝焊管的三维焊接温度场动态有限元计算模型,利用软件ANSYS编制APDL程序,针对焊接动态过程进行模拟仿真.采用线热源模型进行计算,分析中考虑材料热物理性能随温度的变化,以及辐射、对流、相变对温度场的影响.采用雷泰MarathonTMFA/FR系列红外测温仪对焊缝进行温度采集,并将模拟结果与采集温度结果进行比较,二者基本吻合.     

焊接速度对GTAW三维温度场影响规律的数值分析

基于有限元软件SYSEWELD,采用双椭球体热源模型,建立了运动电弧作用下的GTAW焊接不锈钢薄板三维瞬态焊接热过程的数值分析模型。利用所建模型,预测了焊接速度对三维焊接温度场与熔池形状参数的影响,并进行了试验对比。计算所得焊接温度场与熔池形状特征参数随不同焊接速度的变化规律与实际情况基本一致。     

脉冲激光焊接温度场的红外热成像法测量

温度场是影响焊缝微观组织和力学性能的关键因素,传统的温度场测量方法响应时间长、测量精度差,为了解决这一问题采用非接触式的红外热成像法进行殷瓦钢激光焊接温度场的测量。利用测量的温度场数据计算焊接温度梯度和焊后冷却速率,分析激光焊接的温度场分布特点。学生通过实验操作了解并基本掌握了激光焊接和红外测温方法,同时锻炼了实验数据处理及分析的能力,为提高科研能力、解决科研问题提供基础。     

焊剂片约束电弧焊T形接头温度场有限元模拟

为了研究构成I型金属三明治板的基本焊接单元T形接头在焊剂片约束电弧焊(flux bands constrained arc,FBCA)作用下的温度场分布规律,以非线性有限元软件ABAQUS为平台,开发了适用于FBCA焊接T形接头温度场计算的有限元方法.对比了计算结果与测量结果的同时,研究了面板与芯板各自路径上的热量分布情况.结果表明:FBCA焊T形接头面板部位温度场沿焊缝中心呈对称分布,接头热量主要集中作用于面板处.采用复合热源模型计算所得特征点热循环曲线分布规律与实际红外热像仪测量结果重合度较高,计算所得焊缝截面温度分布形貌和热影响区宽度与实际接头形貌相吻合,有效验证了复合热源模型计算FBCA焊接T形接头温度场的准确性.     

管母线焊缝缺陷对发热损耗的影响研究

结合管母线电场和温度场数值计算方法,建立了存在气孔、未焊透、裂纹等焊缝缺陷的管母线温度场有限元计算模型。在综合考虑对流和辐射换热、电阻率温度效应以及热量沿管母线轴向的传输等影响因素的基础上,对存在焊缝缺陷的管母线温度场进行了计算分析,得出了管母线焊缝缺陷周围温度场的分布规律。通过与通流检测实验数据对比分析,得出了不同焊缝缺陷对管母线发热损耗的影响,为实际运行的管母线的焊接质量带电检测以及实时温度测量提供了参考依据。     

厚板对接多道焊温度场的三维数值模拟

采用三维有限元法模拟厚板对接多道焊的温度场分布.计算过程中考虑了温度对材料相变和热物理特性的影响,采用了“生死单元“的技术,实现了模拟过程中焊接材料的逐步填充.同时采用热电偶实时测量厚板对接多道焊的温度场.结果表明,温度场计算值与试验测量值十分吻合,为全焊接阀体球阀的阀体焊接工艺参数的确定提供了重要的手段;同时从温度场变化趋势可以得出,为了控制多道焊的焊接温度,在保证焊接质量的前提下,应尽量减小前几道焊接线能量.     

激光焊接温度场解析计算

提出了一种激光焊接温度场的解析计算方法,将激光作用下形成的小孔区域作为均匀吸收介质,导出介质热源的功率分布三维解析式,以及由该热源引起的无限大薄板的温度场分布解析式。计算和实验验证该解析式的正确性,理论计算和实验结果符合较好,当小孔深度为零时,介质热源即为表面热源,所得到的解析式与其它热传导焊理论解析式一致。     

不锈钢薄板大功率激光点焊温度与应力特性研究

以0.5 mm厚的304不锈钢薄板为研究对象,采用热-结构间接耦合法,获取其在3 000 W功率光纤激光器点焊加工过程中温度场和应力场的分布特点及变化特性.在温度场模拟过程中采用修正的锥形热源模型,并将模拟得到的焊点形状与实验得到的形状进行对比.结果显示:运用该修正热源模拟得到的温度场分布特点与实际加工过程相吻合; 模拟得到熔池的凝固速度均在4 000 K·s^-1以上,属于远离平衡态的快速凝固; 在焊接过程中,计算域的最大等效应力均分布在夹具位置,且在熔池周围出现环状的高应力区.     

焊接温度场的三维动态有限元模拟

焊件在快速加热和冷却过程中温度场的正确描述是进行组织转变和焊后接头力学性能分析的前提条件．焊接温度场的准确计算必须建立起准确的热传递数学模型和符合焊接生产实际的物理模型．文中采用Goldak热源分布模型，将熔池看成是双椭球的盘，其表面上热量是按高斯分布的函数，内部用双椭球函数来表示其分布，并应用SYSWELD软件的校正工具，根据具体的焊接工艺和条件对热源进行校正；考虑了材料热物理性能参数与温度的非线性关系，建立了焊接过程的数学模型和物理模型，以低合金结构钢的堆焊为例，对其温度场进行了三维动态模拟．其结果与实验值完全吻合．     

CO2气体保护焊温度场的数值模拟

为了研究强制对流对气体保护焊温度场的影响，通过红外热像仪检测了CO2气体保护焊的温度场，发现在熔池及其邻近区域温度呈圆锥型分布．在此实验结果的基础上，确定了2．0mm的高斯热源热流分布参数．在详细分析多种对流边界条件下，通过ANSYS对有强制对流效果的气体保护焊温度场进行了数值模拟．确定了适用于有强制对流效果的气体保护焊的对流边界条件计算公式．对焊接温度场的峰值温度和t8/5等参数的实验结果与模拟结果对比分析表明，强制对流边界条件是气体保护焊温度场尤其是近缝区温度分布数值模拟的关键因素之一．     

混合钢U肋加劲板焊接残余应力影响因素分析

建立三维热弹塑性有限元模型,对混合钢U肋加劲板的焊接温度场和应力场进行模拟,并应用盲孔法残余应力测试试验验证了该数值模拟方法的正确性.应用经验证的焊接残余应力数值模拟方法,研究散热系数、焊接有效功率、熔池面积大小、焊接速度变化对混合钢U肋加劲板焊接残余应力分布与大小的影响.结果显示,焊接有效功率对混合钢U肋加劲板的残余应力分布的影响最大,其次为熔池面积及焊接速度,散热系数影响很小;母板和U肋的残余拉应力和残余压应力大小、残余拉应力区分布宽度、母板残余拉应力合力和残余压应力合力,与焊接有效功率和熔池面积大小成正比变化,与焊接速度成反比变化;而U肋残余拉应力合力和残余压应力合力,与焊接有效功率成正比变化,与熔池面积大小和焊接速度成反比变化.     

GMAW 温度场计算及其焊接质量的特征建模

根据传热学、流体力学、物理冶金等理论，在熔化极气体保护焊(GMAW)的三维非稳态熔池的数学模型基础上建立了有限元模型，并使用通用有限元软件ANSYS对熔池温度场进行了计算．通过熔宽和熔深的测量值与ANSYS计算值进行比较，误差均控制在8％以内，表明使用ANSYS来计算GMAW温度场是可靠和可行的．结合智能诊断的基本理论，还建立了GMAW焊接质量的人工神经网络预测模型，并且采用软件MATLAB6．1对模型进行计算．结果表明，模型与实际过程符合较好，对于非线性的焊接过程，神经网络的适应性较强．