外加纵向磁场移动焊接熔池流场和传热耦合分析

建立了外加纵向磁场移动(GasTungsten Arc Welding，简称GTAW)三维熔池中的电磁场、流场与热场的数学模型，利用ANSYS软件所提供的多耦合场分析功能，对熔池中电流密度与通电线圈产生的磁场分布，以及外加纵向磁场作用下移动GTAW三维熔池的流场与热场进行了研究．研究发现，熔池中的电流密度在熔池中心以外的某一环形区域达到最大值，空心圆柱线圈产生的磁场可以近似为纵向磁场，而且在外加纵向磁场作用下，焊接熔池液态金属做高速旋转运动(0．23m／s)，可使熔池呈现“宽而浅”的形状．     

TIG焊外加磁场的ANSYS模拟

针对外加纵向磁场的TIG焊接时,与电极同轴的单个轴对称空心圆柱线圈在恒定励磁电流作用下产生的纵向磁场,采用有限元分析方法建立了TIG焊外加纵向磁场的计算模型,应用ANSYS软件对TIG焊外加纵向磁场进行了模拟.对外加纵向磁场纵截面分布、磁场径向分量的分布规律对焊接行为的影响进行了分析.通过实验验证了模拟结果与实测值的一致性,并对模拟结果的偏差进行了分析.     

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。     

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。     

TIG焊外加间歇交变纵向磁场的数值计算

针对奥氏体不锈钢ＴＩＧ焊接时,与电极同轴的单个轴对称空心圆柱线圈在双向脉冲矩形励磁电流作用下产生的间歇交变纵向磁场,采用无瑕点单积分磁场的数学模型,对ＴＩＧ焊外加间歇交变纵向磁场进行了数值计算,该方法具有模型简单,计算速度快和精度高等优点,在此基础上,讨论了该间歇交变纵向磁场的分布,磁场的均匀性及其纵向分量与横向分量的比率等规律,为深入研究外加磁场对ＴＩＧ焊的影响奠定了良好的基础。     

基于由阴影恢复形状法的焊接熔池表面高度获取

在Lee-Kuo通用反射图模型的基础上,提出了变因子反射图方程求解方法,采用超松弛方法从实际成像条件下的合成图像中计算出球面的高度.分析了焊接过程中的成像特点,得到了铝合金焊接熔池表面的反射图模型,并针对焊接熔池边缘不光滑特点,提出了实际表面光滑约束条件,计算了铝合金非熔化极气体保护焊(GTAW)熔池表面高度.结果表明,计算结果能够反映熔池的下塌趋势.     

GTAW焊接热场的三维动态数值模拟

基于SYSWELD软件平台,采用双椭球体移动热源模式,利用有限元方法建立了运动电弧作用下GTAW焊接不锈钢薄板焊接热场的三维动态有限元分析模型。利用所建模型,对GTAW焊接热场和熔池形状参数的动态演变进行了预测,达到宏观准稳态的时间与试验结果基本一致。     

基于示踪粒子的GTAW驼峰焊道形成机制数值分析

针对大电流下GTAW驼峰焊道形成过程中的熔化、流动与凝固行为,建立热力耦合作用下的熔池三维数学模型,在考虑熔池中液态金属所受浮力、电磁力、表面张力的情况下,利用粒子跟踪技术分析了GTAW焊接过程中的熔池流动行为,并与试验进行了对比分析.结果表明:熔池内液态金属并非严格意义上的从前端向后端流动,在流动过程中受到复杂的驱动力影响,中心线处液态金属会向熔池两边扩散.且液态金属的流动并非表层流动,由于受到耦合热力的作用,表层液态金属在由前向后的移动过程中在熔池内部做较为复杂的旋转运动.     

Hastelloy C-276合金脉冲激光焊接熔池流动行为分析

根据传热学和流体力学基本原理建立瞬态Nd:YAG脉冲激光焊接熔池三维数值分析模型,研究Hastelloy C-276合金薄板脉冲激光焊接过程中熔池液态金属流动的基本规律.利用Fluent软件,采用有限容积法求解控制方程,用SIMPLE算法处理压力与速度耦合.引入Ma来评价焊接熔池的流动特性,并指出了焊接熔池中出现重熔轮廓线的原因.通过与实测温度场对比,验证了所建模型的准确性.模拟分析表明:脉冲激光焊接过程中存在较微弱的Marangoni对流现象;牛顿剪切应力的存在使熔池表层流体对流剧烈.此模型可为Hastelloy C-276合金薄板脉冲激光焊接熔池流体流动行为分析提供理论依据.     

横向交变磁控DP-TIG焊电弧熔池特性研究

外加交变磁场可改善大电流高速焊接时的焊缝成形缺陷,为获得不同励磁参数对DP-TIG(deep penetration,TIG)焊接电弧和熔池特性的影响,在横向交变磁场作用下,对12 mm的Q345B板进行了DP-TIG焊接试验.通过高速摄像系统观察电弧形态,采用小孔法测量电弧压力,基于金相腐蚀法分析熔池截面.结果表明:与无磁场作用时的DP-TIG电弧相比,在横向交变磁场作用下,DP-TIG电弧形态发生明显变化,电弧压力峰值随交变频率的增大先降低后增大,熔池截面形态由指状向锅底状过渡,且镍基堆焊时,焊缝表层铁含量在5%以内,焊材被稀释程度较低.     

应用于铝合金焊接中的被动视觉获取

摘要： 根据铝合金的特点,提出了铝合金钨极氩弧焊中应用的双窗口被动视觉传感技术,可以清晰地观察到熔池宽度和焊缝间隙等几何参数.通过图像处理技术可以稳定地提取出图像的几何特征,将其作为焊接质量和焊缝跟踪等技术的检测信息,并应用于火箭贮箱的焊接.     

磁控带极电渣堆焊熔池行为的研究

本文针对带极电渣堆焊熔池体积大的特点,利用焊前在试板的纵、横向镶嵌铜条,焊后检测铜质点在堆敷金属中分布的方法,结合熔池温度的测定,研究了带极电渣堆焊的熔池行为。结果表明,熔池表面和底部的温度都低于电弧焊,这是造成低稀释率的根本原因;熔池内熔融金属流动速度的分布是由熔池温度分布决定的;熔池在外磁场力的作用下,当磁控电流增大或磁棒与带极距离增大时,焊道宽度增大,表面平整,咬边被消除。     

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．     

奥氏体不锈钢复合板采用SAW焊接基层的焊接工艺研究

通过对S30408+Q245R复合板基层进行SAW焊接接头显微硬度测量、铁素体含量测量、金相显微镜观察等研究,探讨焊接线能量、冷却速度对复合板基层焊缝组织和母材覆层析出σ相的影响。研究结果表明,基层使用SAW焊接时,焊缝硬度比使用SMAW焊接时略低;母材覆层铁素体含量、焊缝过渡层/覆层铁素体含量均比基层使用SMAW焊接时所测含量略低;两种焊接方法的焊缝基层显微组织基本相同。但焊缝覆层/过渡层采用SMAW和GTAW焊接时金相组织有所不同,使用SAW焊接基层时焊缝组织无明显晶粒粗大特征,且母材覆层和焊缝过渡层/覆层均不会析出σ相。     

无熔深堆焊铜熔池图像视觉检测方法研究

在分析了视觉法检测熔池的取像机理和钨极氩弧焊（TIG焊）电弧光谱的基础上,提出了近红外波段取像铜熔池的思路,并设计出基于不同取像机理的多种复合窄带滤光系统.采用普通电荷耦合（CCD）传感器从正面拍摄了铜熔池,并对不同观察窗口下的取像结果进行比较分析,找到了相对较佳、可获得较清晰的铜熔池图像的取像窗口.最后分析了TIG焊铜熔池图像的特征,并与TIG焊钢熔池图像比较后发现：在近红外波段,铜熔池比钢熔池难于获得清晰的图像.     

Al-Mg合金钨极气体保护焊接电弧的光谱特征提取方法

摘要：
以Al-Mg合金的脉冲交流钨极气体保护焊接为背景，运用主成分分析方法对电弧光谱进行冗余信息去除和特征信号提取，分别使用信号脉冲周期内平均和小波重构的方法对特征信号进行去脉冲干扰，并对特征信号和不同类型焊接缺陷间的关系进行研究.结果表明，第1、2主成分包含了电弧光谱中的主要信息，分别对应Ar I谱线和金属谱线，反映了焊接过程的不同方面，第1主成分特征信号与电弧的热量输入关系较大，而第2主成分特征信号与熔池的稳定性密切相关.
     

等离子弧焊接熔池温度场的三维数值模拟

建立了运动等离子弧作用下焊接温度场的三维瞬态数值分析模型，以分析等离子弧焊熔池温度分布情况以及焊接电流、焊接速度等焊接工艺参数对其影响情况．综合考虑了液态金属的对流传热和熔池外部的固体导热、材料热物理性能参数随温度的变化、焊件表面的散热以及熔化／凝固相变潜热等对熔池温度场的影响．采用三维锥体热源对小孔型等离子弧焊接过程进行了流体动力学和传热分析，利用ANSYS有限元软件求解所建立的模型，得到了等离子弧焊接过程中温度场的变化情况．模拟结果表明，随焊接电流的增大和焊接速度的减小，熔池体积增加，熔宽和热影响区都增大．试验结果验证了所建立模型的正确性和数值求解方法的可靠性．     

旁路耦合电弧MIG焊熔池边缘提取算法

对一种新型高效多弧焊接方法——旁路耦合电弧MIG焊(DE-GMAW)在连续大电流焊接条件下的焊接熔池图像进行被动视觉采集和熔池边缘提取算法研究,为降低熔池周围电弧信号对边缘提取结果的影响,提出一种新的图像预处理算法,并在对比6种微分算子边缘提取结果的基础上,提出一种新的熔池边缘提取算法.结果表明:新的图像预处理算法可以...     

电弧超声激励共熔池双钨极氩弧焊接方法

提出了一种附加电弧超声激励共熔池的双钨极氩弧焊接新方法.使用附加超声电弧和主电弧完成焊接过程,附加超声电弧向焊接熔池注入超声波激励,主电弧作为主要的焊接热源,以实现改善焊缝金属性能及其焊接效率的功能.同时,以304钢为例,采用所提出的焊接方法进行试验.结果表明,所提出的焊接方法可以提高焊接过程的稳定性和焊接效率,有效细化焊缝金属组织并提高焊缝金属的拉伸性能.