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．     

基于适体坐标系的TCGMAW熔池行为数值模拟

为了解双丝共熔池气体保护焊的工艺机理,优化工艺参数,对其熔池流场数学模型进行了研究.在分析熔池表面变形的基础上,利用适体坐标变换将熔池表面变形后所形成的复杂物理边界转变为非正交适体坐标系下规则的计算边界,使坐标轴与计算区域的边界一致,从而建立适体坐标系下的离散化控制方程组,并对其能量和动量边界条件分别进行离散求解,进而建立了三维准稳态双丝气体保护焊接熔池流场的数值分析模型,最后采用SIMPLEC算法进行了数值模拟实验.结果表明,该方法较好地处理了熔池表面变形与流场和热场的耦合问题,使得模拟过程更加符合实际情况.     

激光焊接传热过程的数值计算

以伴随有小孔效应产生的高能量密度束焊接过程为研究对象,建立了运动热源作用下二维小孔焊接中流体流动及传热过程的数学模型,提出采用位置预置———修正的方法对焊接熔池的固、液相交界面位置进行准确捕捉,并对这一小孔焊接模式进行了较为全面的参数化分析,揭示了材料热物理性能、小孔直径、焊接速度等因素对焊接热过程的影响．     

焊接熔池的边界积分方程计算模型

本文提出了准稳态焊接熔池的三维边界积分方程计算模型,介绍了熔池作用力和边界条件的处理方法及计算模型的求解步骤。该计算模型是用边界单元法进行熔池现象计算机模拟的基础。     

电弧辅助铝合金熔融涂覆成形过程数值分析

针对金属熔融涂覆成形过程中铝合金铺展不充分的难点以及铝合金对激光吸收率低的问题,设计了惰性气体钨极保护焊电弧辅助预热的成形装置。基于有限差分法,采用Fortran语言自编程与Flow3D软件相结合的方式,分别建立了电弧热源对熔池产生的驱动力的单独作用模型以及耦合分析模型,并阐述了熔池内温度场和流场的演化过程。研究发现,当电流为200A时,熔池内驱动力影响由大到小的排序为表面张力、电弧压力、洛伦兹力、拖曳力、浮力,该结果可为驱动力耦合作用时熔池内部流场方向的演化提供分析基础。对焊接熔池与喷头流出的高温液体之间的传热传质过程进行了计算,发现高温液体在表面张力与分子亲和力的作用下,接触熔池的瞬间快速流进熔池。将数值计算结果与实验结果进行对比得到,熔池的最大宽度及高度误差分别为1.1%、0.6%,热影响区的最大宽度及高度误差分别为9.3%和5.4%,单层单道件的最大宽度和高度误差分别为3.5%及2.1%,表明数值计算模型对成形过程的分析有较高的可信度。     

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.     

双辊薄带连铸熔池传热特性的研究

该文利用贴体坐标转换方法生成了双辊熔池区域的贴体网格,采用Takuda速度模型求解了熔池的宏观速度分布,通过对热焓与潜热关系的分析,推导出具有对流项时的稳态温度场的温度回升法源项计算公式.在此基础上,计算了熔池区域钢液的传热过程并分析了工艺因素对传热的影响.     

焊接瞬态温度场的边界元计算

采用边界单元法对薄板焊接瞬态温度场进行了计算，算例表明了边界单元法解决该问题的有效性和适应性，在焊接过程中，即使当焊件较小时也形成准稳态温度场。为计算机模拟焊接热过程提供了新的数值分析的手段。     

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FLUENT的TIG焊三维熔池热场与流场的数值模拟

用FLUENT软件对TIG焊三维熔池进了数值模拟,考虑熔池金属流体的湍流、相变潜热、材料热物理性能参数随温度变化等问题。结果表明,FLUENT可以很方便地对TIG焊接过程进行数值模拟,给出的可视化图形结果可以直观地显示熔池内部热场与流场的分布状况。对研究和指导焊接过程具有积极的意义。     

焊接准稳态传热问题的边界积分方程解法

本文从固体传热的基本微分方程出发,给出了两类焊接准稳态传热问题,即在恒定焊接热源和周期性焊接热源作用下的焊接传热问题的三维边界积分方程表达式,提出了在焊接条件下边界条件的特殊处理方法,为焊接准稳态传热问题的边界元分析提供了基础。     

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．     

焊接接头工作应力的边界元分析

本文采用弹性力学平面问题的边界元计算程序,对几种典型焊接接头的工作应力分布形态以及应力集中系数K_T进行了计算,并考察了接头几何参数对K_T的影响,为接头形式的选择与合理设计提供了参考依据。计算结果表明,十字接头焊趾部位的最大应力位于焊趾附近焊缝一侧的表面。当几何参数相同时,几种接头焊趾应力集中系数由小到大的次序为:丁字接头,十字接头联系焊缝,十字接头工作焊缝,搭接接头。同时还简要讨论了用边界元法进行焊接接头应力分析的有效性。     

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.     

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.     

Effects of different friction stir welding conditions on the microstructure and mechanical properties of copper plates

Friction stir welding is a new and innovative welding method used to fuse materials. In this welding method, the heat generated by friction and plastic flow causes significant changes in the microstructure of the material, which leads to local changes in the mechanical properties of the weld. In this study, the effects of various welding parameters such as the rotational and traverse speeds of the tool on the microstructural and mechanical properties of copper plates were investigated; additionally, Charpy tests were performed on copper plates for the first time. Also, the effect of the number of welding passes on the aforementioned properties has not been investigated in previous studies. The results indicated that better welds with superior properties are produced when less heat is transferred to the workpiece during the welding process. It was also found that although the properties of the stir zone improved with an increasing number of weld passes, the properties of its weakest zone, the heat-affected zone, deteriorated.     

边界约束对中厚板焊接残余应力的影响

基于已有试验数据及有限元模型计算结果,对约束、自由边界下中厚板焊接残余应力进行了数值模拟,通过改变热、力学边界,得到了焊前预热、焊后热处理,力学约束程度、约束距离改变对不同外边界焊接残余应力的影响。结果表明：预热将显著降低热影响区残余应力,约束条件下母板残余应力的降低与预热温度成正相关,自由边界残余应力基本不受预热影响;焊后热处理使得高温非线性区(焊缝及热影响区)纵、横向残余应力降低,约束条件下横向应力在整个母板表面改变明显,而自由状态下纵向应力仅在板边缘发生波动;约束增强仅增大应力值,不改变应力分布趋势;板端约束对残余应力的影响存在单向性,横向约束的改变对纵向残余应力的影响可以忽略;约束大小保持不变,约束距焊缝的远近程度的改变对近缝区残余应力的影响较小,有限元计算在保证一定精度的前提下可以适当的减小建模尺寸以提高求解速率。     

爆炸消减钢桥面顶板-纵肋焊接残余应力的模拟分析

焊接残余应力会严重影响正交异性钢桥面的疲劳强度和使用寿命.爆炸处理方法已在冶金设备、压力容器及海上采油设施等大型焊接结构的残余应力消减中得到了应用,提出了焊接-爆炸处理全过程数值模拟流程,分析了顶板-纵肋焊接连接残余应力变化过程,考察了爆炸处理对钢桥面板顶板-纵肋焊接残余应力的消减效果.首先,采用热-结构间接耦合分析方...     

Microstructure and property of the Ti-24Al-15Nb-1.5Mo/TC11 joint welded by electron beam welding

The Ti-24Al-15Nb-1.5Mo alloy, in the as-forged and heat-treated states, was joined to the as-forged TC 11 titanium alloy by electron beam welding with the heat inputs of 135 and 150 kJ/m. Then the microstructure and property of the Ti-24Al-15Nb-1.5Mo/TC 11 welding interface were investigated. The results show that the phase constitution of the weld is not related to the heat input, and is mainly composed of α' phase. Moreover, the intermetallic phases of TiEAlNb, MoNb, Nb₃Al, and TiAl₃ are formed in the weld zone. Therefore, the microhardness value of the weld zone is higher than that of the other portions in the same sample. The profile of the weld is asymmetrically fimnel-like. The grain sizes of the weld and its heat-affected zones are increased with increasing heat input. There is an obvious difference in the element content of the welding interface; only the alloying elements in the fusion zone reach a new balance during solidification.