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.     

中国低活马氏体钢TIG焊温度场接头组织分析

以我国自主研发的中国低活马氏体钢(China low activation martensitic steel,简称CLAM钢)为研究对象,应用ANSYS有限元分析软件建立了单面双层焊三维有限元数学模型,对CLAM钢TIG焊接过程进行有限元分析,选用双椭球热源作为体载荷进行加载计算,并运用APDL参数化语言及生死单元技术实现了模拟过程中焊接热源的移动加载及焊缝金属的逐步填充.分析了CLAM钢在焊前预热情况下瞬态温度分布情况和熔池形状的动态变化过程,并对CLAM钢焊后显微组织和焊接接头硬度进行了分析,为CLAM钢TIG焊的研究提供参考.     

热源加载方式对大型结构件变形和应力影响的研究

对大型结构件压轮的焊接过程进行数值模拟,分别采用双椭球热源和分段热源两种加载方式,得到了焊后压轮的变形和应力分布,同时采用三坐标和盲孔法残余应力测试仪进行了试验验证。结果表明：两种加载方式焊接变形趋势相同,双椭球热源加载焊后变形峰值小,其值为4.179mm;应力分布趋势相同,在焊缝位置附近应力较大,且应力峰值相同,峰值为338.6MPa。两种加载方式的焊接变形和应力与试验结果误差均能控制在30%以内,满足工程应用要求,证明了模拟结果的准确性。双椭球热源加载的计算时间是分段热源加载的7.2倍,综合计算效率和精度考虑,分段热源加载在大型结构件计算具有重大的使用价值。     

热源加载方式对大型结构件变形和应力的影响

对大型结构件压轮的焊接过程进行数值模拟,分别采用双椭球热源和分段热源两种加载方式,得到了焊后压轮的变形和应力分布;同时采用三坐标和盲孔法残余应力测试仪进行了试验验证。结果表明:两种加载方式焊接变形趋势相同,双椭球热源加载焊后变形峰值小,其值为4.179 mm;应力分布趋势相同,在焊缝位置附近应力较大,且应力峰值相同,峰值为338.6 MPa。两种加载方式的焊接变形和应力与试验结果误差均能控制在30%以内,满足工程应用要求,证明了模拟结果的准确性。双椭球热源加载的计算时间是分段热源加载的7.2倍,综合计算效率和精度考虑,分段热源加载在大型结构件计算具有重大的使用价值。     

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.     

双束电子束焊接温度场的数值模拟

结合数值模拟和实验,研究了双束电子束焊接过程的温度场.根据对电子束的能量分布的测试数据,考虑电子束焊接的小孔效应和电子的散射和反射,得到了电子束焊接过程真实的能量输入.将该能量输入通过有限元软件的子程序实现加载,得到双移动热源,同时考虑到焊接材料的非线性,得到有限元数值模型,进行了数值模拟,并在相同条件下进行了多组实验.数值模拟和实验表明: 焊缝特征和温度场都与2个热输入的比例有关, 2个温度场是相互影响的;在小热源的焊接路径上,会出现2个热循环峰值.     

电弧焊接数值模拟中热源模型的研究与发展

焊接过程的数值模拟作为一种有效的计算手段,在焊接温度场及残余应力分布的评价中获得了广泛应用,而焊接热源模型的选择及模型参数的确定直接影响到计算和评价结果的准确性.本文通过对近年来常用的电弧焊接热源模型进行梳理,介绍了其研究进展,分析了不同热源模型的特点及适用性.高斯面热源模型和双椭球体热源模型作为基础热源模型,广泛应用于较小尺寸工件和规则轨迹的焊接过程数值模拟,且具有较高的计算精度;简化热源模型和温度替代型热源模型多用于大厚工件的多层多道焊接及复杂轨迹焊接过程的数值模拟,能够实现效率和精度的统一;多丝电弧焊接热源较为复杂,采用修正后的双椭球体叠加热源模型,计算结果能保证一定的精度;结合型热源模型对熔池形状的描述更灵活,在深熔电弧焊的数值模拟中具有优势.本文可为电弧焊接过程数值模拟的热源模型选择和模型参数确定提供有益参考.     

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。     

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。     

CLAM钢TIG焊接头温度场和应力场数值模拟

运用ANSYS的热-结构耦合技术,采用APDL参数化语言及生死单元技术,以双椭球热源作为内热源,对CLAM钢TIG焊对接单层焊和单面双层焊的温度场进行了数值模拟.在不考虑焊接温度场对材料相变影响,而仅考虑对残余应力场影响的条件下,以温度场的计算数据为依据进行应力场的计算,并将应力场的模拟结果与试验结果进行比较.分析结果...     

6061-T6铝合金薄板双脉冲MIG焊动态组合热源模型

为准确得出铝合金薄板双脉冲熔化极惰性气体保护焊（双脉冲MIG焊）焊接温度场分布特征,提出一种基于铝合金薄板全熔透焊接热量分布及焊缝成形特点的动态组合热源模型,通过编写子程序,对有限元软件进行二次开发,实现动态组合热源模型在空间上的分布加载,得出仿真过程焊缝形貌及温度场分布特征. 对2 mm厚6061-T6铝合金薄板进行双脉冲MIG焊对接焊接实验,得出焊缝形貌特征并记录测温点温度数据,绘制测温点的热循环曲线. 对比仿真与实验结果发现,对于铝合金薄板全熔透焊接,利用动态组合热源模型得出的焊缝形貌与实际焊缝形貌拟合较好,温度场仿真误差在允许范围内,最大误差点出现在距焊缝20 mm处,最大误差为12.25%.     

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．     

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.     

大型厚壁筒体斜插弯管接头应力特征有限元快速预测

针对大型厚壁焊接结构尺寸大、焊接时间长,以及有限元计算需要耗费大量时间和空间的特点,基于ANSYS有限元软件,建立了简化焊道数、简化移动热源及两者都简化的多道焊过程应力有限元快速预测模型.针对厚度达125 mm的筒体斜插弯管接头,分别采用3种简化模型预测了其残余应力及过程应力的演化特征,得出了3种简化模型在进行大型厚壁结构多道焊过程应力预测中的异同.结果表明:采用简化焊道数的方法计算接头应力,在焊道填充方向的误差大于简化移动热源的方式;当研究相同焊道平面内的应力状态时,简化移动热源的方式比简化焊道数具有更大误差.这是因为简化移动热源,会增大接头的过程应力峰值,而简化焊道数,对于焊道数较多、焊接时间较长的接头的过程应力可能具有更大的影响.     

MIG堆焊温度场有限元求解及验证

建立MIG堆焊过程的温度场模型,通过移动双椭球热源模型进行计算,考虑温度对材料性能参数以及工件表面散热条件的影响,并运用自适应网格技术,对模型进行数值分析,得到MIG堆焊过程的瞬态温度场和工件背面特征点的热循环曲线.并进行MIG平板堆焊的实际焊接试验,利用热电偶采集对应特征点的试验数据并与模拟结果进行对比比较.结果表明...     

异厚度铝锂合金激光焊接温度场数值模拟研究

对异厚度铝锂合金激光拼焊的温度场进行ANSYS三维瞬态有限元分析。用过渡网格划分网格以保证焊缝处网格足够细小,从而提高计算精度和效率。热源模型选取高斯函数分布,移动热源的加载则利用ANSYS软件的APDL语言编写程序实现,同时利用多步循环来实现对激光焊接过程的模拟,得到相应的温度场分布。从模拟结果可看出,激光焊接过程温度场呈椭圆分布,焊件上形成了准稳态温度场。薄厚两板温度场存在差异,薄板温度场范围、熔池尺寸、熔化范围均大于厚板。为研究材料在激光加工过程的性能改变提供参考。     

数字化控制的埋弧自动焊装备的研制

将数控制技术、模糊控制方法、功率调节技术等应用于埋弧自动焊装备的研制中,以实现埋弧焊的自动化和智能化操作与运行.在深入分析埋弧焊工艺要求的基础上,引入电流双闭环控制,采用限制最小脉宽的方法,实现了一种恒流带外拖的埋弧焊电源外特性的稳定性.设计了基于80C320和80C552单片机双核处理器的埋弧自动焊控制器;采用模糊控制算法,将80C320用于电源外特性控制,80C552完成埋弧焊焊接过程的控制;控制器之间通过RS-485串行接口交换数据.实验表明,该埋弧自动焊装备具有操作控制简单、运行可靠、焊接过程稳定、起弧成功率高、成形好等优点.