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。     

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．     

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。     

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。     

激光-等离子弧复合焊熔池的流动特性

为了研究激光-等离子弧复合焊接熔池流动特性,该文建立了焊接过程中液相区、糊状区和固相区的三维模型,采用体热源来模拟小孔效应,并利用有限控制容积法计算了复合焊接熔池的流场和温度场,重点研究了表面张力和电磁力的作用。数值分析结果表明:表面张力流是决定复合焊熔池流动的主要原因,是影响焊接成形的主要因素;与表面张力流相比,电磁力流的强度较低,但可增加熔深和下表面熔宽。针对1420铝锂合金的复合焊工艺试验表明计算结果与试验相符合。     

深熔激光焊接熔池温度场的数值模拟

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。利用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,得到了不同焊接速度下的温度场分布云图和＂钉头＂状的熔池形状,试验表明数值模拟结果与试验结果基本吻合。     

激光-等离子弧复合焊熔池的流动特性

为了研究激光-等离子弧复合焊接熔池的流动特性,该文建立了焊接过程中液相区、糊状区和固相区的三维模型,采用体热源来模拟小孔效应,并利用有限控制容积法计算了复合焊接熔池的流场和温度场,重点研究了表面张力和电磁力的作用。数值分析结果表明:表面张力流是决定复合焊熔池流动的主要原因,是影响焊接成形的主要因素;与表面张力流相比,电磁力流的强度较低,但可增加熔深和下表面熔宽。针对1420铝锂合金的复合焊工艺试验表明计算结果与试验相符合。     

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．     

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。     

激光对接异厚度铝/钢熔钎焊温度场及残余应力场的数值模拟

以厚度为2mm的5A06铝合金板和1mm热镀锌ST04Z钢对接熔钎焊实验为研究对象,采用ANSYS有限元软件,建立截面的热流分布半径沿厚度方向呈线性衰减的平面高斯三维锥体热源模型,基于所建立的热源模型对温度场和应力场进行耦合分析,得到焊接过程中的温度场和残余应力分布.结果表明:由于材料不同,2板的温度场和应力场存在差异,铝板上温度场范围大于钢板,熔池尺寸较钢板偏大;钢板焊缝附近的应力场范围较大,变形比铝板大。将模拟值与实测值进行对比分析,结果显示模拟值与实测值吻合较好.     

5A06铝合金间断焊温度场的数值模拟

在红外测温实验的基础上,采用由表面高斯热源和内部双椭球热源组成的复合热源,对5A06铝合金筒形结构间断焊角焊缝的温度场进行了有限元数值模拟．模拟中综合考虑了对流、辐射等边界条件对焊接热过程的影响,对复合热源的各项参数进行了计算和校正、根据双椭球热源参数的定义,设计了相应的正交试验,采用解析法对热源参数进行计算并做了多指标回归分析．与红外测温结果相比,模拟的熔池形状较为准确,焊接热循环过程中温度误差约为7％．结果表明,表面高斯热源和内部双椭球热源组合的复合热源模型对计算铝合金MIG（熔化极氩弧焊）焊温度场是可行的．     

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.     

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.     

不预热紫铜钨极氩弧焊温度场的数值模拟

根据能量守恒的基本原理和钨极氩弧焊（TIG）工艺的特点，建立了运动电弧作用下紫铜的三维非稳态TIG焊接熔池形态的数值分析模型，分析中引入了热焓的概念和表面双椭圆分布的热源模型，较好地满足了TIG焊接数值模拟的要求．针对紫铜焊接性较差的特点，在不预热的情况下采用Ar＋N2混合保护气体对厚壁紫铜进行了TIG焊接的研究．试验结果表明电弧的热效应显著提高，实现紫铜的不预热TIG焊接是可行的．同时在不同工艺参数条件下对TIG焊接温度场进行了研究，建立了不同的工艺参数与熔深和熔宽之间的关系．并且将计算值与试验值进行了比较，结果表明计算结果与实际测量的结果较为吻合，证明了模型的可靠性和正确性．     

基于APDL的双丝高速焊瞬态温度场仿真

根据叠加原理推导出双丝焊的高斯热源计算公式,建立适当的有限元模型,对双丝高速焊接过程中温度场的瞬态变化进行动态仿真.用AN SY S软件的APDL语言编写程序,采用表数组存储热流密度矩阵,形成统一的面载荷,实现焊接热源的移动.最后给出焊接熔池的仿真结果.     

移动热载荷在焊接温度场数值模拟中的应用

为分析焊接过程中焊件温度场随焊接热源移动变化情况,采用ANSYS命令流编制参数化程序,动态填充热流密度表,实现移动热载荷的加载;针对薄板堆焊,选用高斯热源模型,进行了焊接温度场数值模拟.数值模拟结果表明,所采用命令流动态加载热载荷的方法,能够较好地模拟实际焊接过程中的热源移动情况;针对其他的焊缝形状和焊接方法,可通过更改命令流程序参数的设置,获得适合的移动热源移动轨迹和热源模型的数学描述,实现焊接温度场的数值模拟.     

铝/钢电弧辅助激光焊接润湿铺展的数值分析

针对铝/钢电弧辅助激光对接焊,根据流体力学基本原理,采用VOF(Volume of Fluid)方法追踪自由表面,建立焊接熔池的三维数学模型.通过加载激光热源和电弧辅助激光热源,运用FLOW-3D软件求解得到不同热源作用下熔池的温度场、自由表面及界面接触角.结果表明:单激光作用下x轴方向上距激光热源15mm处的金属温度约为500K,熔池温度场分布范围小,液态金属的润湿铺展受限;辅助电弧的引入改善了温度场分布,为液态金属在钢表面的铺展提供较长时间,x轴方向上距激光热源15mm处的金属被电弧再次加热形成面积较大的熔池,促进了液态金属的润湿铺展;与单激光作用相比,当焊接时间t=6s时,在x=45mm处,电弧辅助激光作用下熔池yz面的自由表面变形较大,铝/钢焊接界面接触角较小,液态金属在钢表面的润湿铺展效果较好.     

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.     

GTA焊接熔池特性的数值模拟

以GTA焊接熔池为研究对象,建立了304不锈钢材料的移动GTA焊接过程的数学模型,模型中考虑了电磁力、浮力和表面张力.利用大型通用商业软件Phoenics3.4进行数值模拟.通过引入液相分数标量描述界面熔融区,能量方程中将潜热转换为热焓源项,而动量方程则引入Darcy源项,由此建立统一的液固相控制方程,实现在固定网格下求解具有移动界面的熔化和凝固过程.应用该模型计算了不锈钢GTA焊接过程中的熔池形状、工件的温度场和熔池的流场,熔池形状计算结果与实际焊接结果吻合.     

中厚板GMAW近缝区焊接传热的边界元计算

依据焊接准稳态传热的边界元计算模型,编制了计算机程序。对中厚板熔化极气体保护焊(GMAW)条件下常见的指状熔深的近缝区传热问题进行了计算,计算结果与实测符合较好。说明用边界元法分析焊接热过程是有效的,为焊接热过程的计算机模拟提供了新的数值分析手段。在进行焊接近缝区传热计算时,如果以熔池边界直接作为热源,则忽略材料热物理参数的非线性对计算精度没有明显的影响,因此焊接近缝区传热计算的关键是熔池形状的确定问题。