基于粒子群算法确定热源参数的EH40/316L高功率激光焊接温度场模拟

焊接瞬态温度场对焊接残余应力与变形模拟结果具有重要的影响,为提高EH40/316L高功率激光焊接的温度场模拟精度,开发了用于热源模型经验参数优化的智能计算方法.该方法利用MATLAB软件随机生成热源模型的经验参数,调用ANSYS软件执行焊接温度场模拟的APDL命令,并在计算完成后返回结果数据,然后通过借助粒子群算法的群体智能和进化智能的优点,根据预测结果生成新的热源经验参数,进行迭代计算,直至预测结果为最优结果;同时,为提高收敛速度,将有限元几何模型简化为原模型的1/5.基于该方法,开展了10个热源模型经验参数优化案例的计算,并根据优化结果分析了热源模型的参数敏感性.结果表明,该方法实现了温度场的准确预测,其中10个优化案例的平均计算时间为30.3 h,最大、最小和平均预测误差分别为2.84%,2.06%和2.16%;同时,由预测误差和热源经验参数的响应曲面可知,两者之间具有复杂的非线性关系,其数学函数为多谷函数.

搅拌针转速对6061-T6铝合金搅拌摩擦焊接头焊接温度及硬度分布的影响

通过试验研究了960~1800r·min^(-1)搅拌针转速下6061-T6铝合金搅拌摩擦焊接头的硬度分布;采用ABAQUS软件对搅拌摩擦焊过程的温度分布进行有限元模拟,通过热影响区测温点的温度变化对模型进行验证,模拟研究搅拌针转速对热影响区焊接温度的影响,并建立焊接温度分布与接头硬度分布的对应关系。结果表明:接头最低硬度位于热影响区或焊核+热机影响区。当搅拌针转速不高于1200r·min^(-1)时,后退侧最低硬度(RLH)区域的硬度低于前进侧最低硬度(ALH)区域,RLH区域为接头力学性能的最薄弱位置;当搅拌针转速高于1200r·min^(-1)后,ALH区域的硬度低于RLH区域,ALH区域成为最薄弱位置。模拟得到热影响区不同测温点的温度变化趋势与试验结果相吻合,峰值温度的最大相对误差为2.6%,说明该模型可以准确预测6061-T6铝合金在搅拌摩擦焊接过程中的温度分布。当搅拌针转速不超过1200r·min^(-1)时,RLH区域的峰值温度比ALH区域更高,析出相溶解更多,硬度更低;当搅拌针转速高于1200r·min^(-1)后,ALH区域的峰值温度更高,在高温区域停留的时间更长,析出相溶解更严重,硬度更低。通过模拟获得接头焊接时峰值温度超过400℃且降温速率最慢的区域,即为接头力学性能的最薄弱位置。

基于变速GTAW焊接温度场解析模型的熔深预测研究

焊接热过程解析模型是一种能够直观反映焊接过程中工件内部的热行为、明确焊接工艺参数与熔池形貌间的物理关系、快速计算得到熔深的方法.目前常用的焊接温度场解析模型通常将电弧近似为一个功率恒定的匀速运动热源进行计算,而非参考实际焊接过程,即通过实时调整焊接热输入(焊接电流或焊接速度)来保证熔透.因此,目前的焊接温度场解析模型并不适用于焊接熔透控制.为了使解析模型能够计算时变速度下的熔深,本文针对钨极氩弧焊(GTAW)工艺建立了适用于计算时变焊接速度的焊接温度场解析模型.首先以匀速移动点热源的温度场解析模型为基础,推导出了时变焊接速度移动点热源在热源作用时间内引起的温度变化公式,通过连续性证明验证了公式的连续可积性并进一步推导出了适用于时变焊接速度运动单椭球热源的焊接温度场解析模型.为了提高计算速度,减少计算量,采用坐标变化方法实现了热源及其附近温度场的快速求解.基于数值积分法得到了解析模型求解方法,实现了熔池温度场的准确计算,并通过提取等温线实现了熔深和熔宽的预测.最后,通过工艺试验验证了解析模型的精度.结果表明:在0~4 s阶段,计算熔深基本与实际测得的熔深相同,误差控制在6%以内;在速度发生改变的4~16 s阶段,由于热源系数不再适用,计算误差增大,但熔深计算误差仍控制在17%以内,熔宽计算误差在12%以内.因此,建立的焊接温度场解析模型基本可以满足时变速度下的熔深预测.

钛合金GTAW焊接温度场对焊缝微观组织影响研究

及近α钛合金具有比强度高、耐蚀性优异等特点,因此被广泛应用于船舶、航空航天及原子能等诸多领域。在钛合金的焊接过程中,焊接温度场对焊接接头的微观组织具有显著影响,进而影响到构件的力学性能。采用钨极惰性气体保护焊(GTAW)制备了Ti-2Al-2.5Zr和Ti-4Al-2V钛合金的对接焊缝,对其焊接过程进行了温度场仿真,并进行了焊缝截面的微观组织表征及晶粒取向分析。结果表明:采用分区焊接工艺调节可获得分布较均匀的温度场,在β相变温度时,各特征位置冷却速率大小受热传递影响呈现一定顺序。从热影响区到熔合区,焊缝组织形貌由等轴晶过渡到针状α相及α片层,晶体呈现出一定程度的变体选择,倾向于向60°/[11-20]、60.83°/[-1.377-12.3770.359]两类变体转变。β→α相变时,冷却速率较低位置的60°/[11-20]和60.83°/[-1.377-12.3770.359]两种变体减少,63.26°/[-1055-3]类变体增多。焊缝织构类型主要为{0001}<10-10>及{10-10}<11-20>两类板织构。本研究对提高钛合金焊接结构的可靠性,以及为钛合金在高端装备制造领域的进一步应用提供了科学依据。

核电站控制棒驱动机构Canopy焊缝焊接温度场和应力-应变场模拟

目的研究机加工和拉拔2种成形方式下得到的填充环对Canopy焊缝的影响,获取焊接焊缝成形、焊接残余应力和变形的相关数据,以指导Canopy焊缝焊接工艺。方法采用数值模拟的方法,建立Canopy焊缝焊接数值分析模型,模拟焊接温度场、焊接残余应力和焊接残余变形。结果拉拔成形环焊接熔池高度为9 mm,机加工成形环焊接熔池高度为8.3 mm;机加工成形环焊接最大残余应力为255.6 MPa,而拉拔成形环焊接最大残余应力为277.8 MPa,均出现在管座紧贴焊缝的位置;机加工成形环焊接残余变形为0.19 mm,拉拔成形环焊接残余变形为0.186 mm,最大残余变形均出现在焊接起始位置附近,在焊缝与管座交接的位置。结论熔池形貌直接影响了热影响区域的大小,拉拔Y型环焊接熔池高度更大,焊接的热影响区域更大;拉拔Y型环焊接残余应力略大于机加工Y型环焊接残余应力;机加工成形环和拉拔成形环焊接残余变形相近。

窄搭接焊机焊接温度低报警的原因分析及措施

某钢铁厂冷轧连退产线经常发生焊机焊接温度低报警故障,导致连续产线带钢重焊甚至停机处理,影响产线作业效率,同时产出大量的带出品,给公司带来了严重的经济损失。阐述了焊机焊接完带钢后焊接温度曲线低报警事故,首先介绍了窄搭接焊机的基本原理和影响窄搭接焊机焊接的关键参数。其次对连退产线频发的焊机焊接温度曲线低报警问题进行原因分析,分析出电极轮安装位置精度和电极轮表面状态两个主要原因。再次对电极轮安装位置精度和电极轮表面状态采取进一步改进措施。最后对窄搭接焊机焊接温度低报警问题进行总结。

焊接温度场实时自动虚拟检测设备研究

本文进一步分析了焊接温度场检测研究现状,得知传统焊接温度场检测方式在实际操作过程中存在诸多弊端,且无法满足无接触检测需求。结合相关文献资料以及最新研究成果,本文提出一种支持无接触、实时性、自动化检测焊接温度场设备的设计方法,以双椭球分布热源模型与高斯函数分布热源模型相结合以及借助虚拟仪器平台等形式,实时检测焊接温度场数据,直观反映焊接全过程热源变化,弥补传统检测手段所存在的不足,进一步提高检测精准度,为控制焊接质量提供可靠依据。

焊管焊接温度观测器的参数补偿

焊接温度是焊管生产工艺中的重要参数,准确测量焊接温度对提高焊接质量和劳动生产率意义重大。分析了设计焊接温度观测器的理论依据及各焊接温度参数对测量结果的影响,得出了焊接温度的计算公式。介绍了高频直缝焊管焊接温度观测器的基本结构,用该观测器计算焊接温度简便易行。

基于单元生死的焊接温度场模拟计算

在用有限元进行焊接温度场的数值计算中,通过控制单元的生死,来模拟焊缝的形成和焊接热量的输入,计算结果与焊接温度测试结果很接近。表明本计算方法能够准确计算焊接温度场,是一种实用的工程计算方法。

焊接温度场焊缝识别及焊缝跟踪技术研究

论述焊接温度场焊缝识别方法及焊缝跟踪控制系统。系统采用焊接温度场传感器获得焊接工件背面热图像 ,通过改进的梯度算法对热图像的分析计算获得焊缝偏差 ,利用规则自校正模糊控制器实现焊缝跟踪。试验和实际生产运行表明系统能够准确识别焊缝 ,焊缝跟踪运行稳定可靠。

双波长滤光片式红外测量焊接温度场系统

研制了一种新颖的单镜头双波长红外图像比色测温系统来实时检测焊接温度场。此系统的主要特点是采用一种双波长的红外滤光片从焊缝正面摄取双波长红外图像。双波长滤光片的具体结构形式是用两个不同波长的半圆滤光片拼接成一个整圆滤光片 ,其两个半圆的波长值根据比色测温的要求而设计 ,本文研制的双波长滤光片的波长分别为 0 .80 5 0 μm与 0 .895 0 μm。此测温系统的CCD摄像机从焊缝正面摄取焊接热图像时 ,将双波长滤光片的接缝对准焊接熔池中心 ,就可以在一幅图像的两半边同时取得两种波长的焊接温度场红外图像。由于双波长滤光片的中间接缝很窄 ,可以将接缝两边对称点上的两个波长的信息视作同一温度下的双波长信息来进行比色测温计算 ,从而求出近熔化区的焊接温度场 ,并可推算出含熔化区的焊接温度场。此系统的优点是结构简单 ,实用性好 ,适用于焊接现场。

搅拌摩擦焊焊接温度数值模型及其影响因素

通过对搅拌摩擦焊过程进入稳定状态后摩擦产热与散热机制的分析,建立了搅拌摩擦焊焊接温度的数值模型。由数值模型可知,影响焊接温度的各种因素包括被焊材料和搅拌工具材料的物理性质、两者之间的摩擦因数、搅拌工具的尺寸、焊接参数、被焊材料表面受到的轴向压力和侧面受到的进给压力等,有些因素之间还互相影响,关系复杂。其中,搅拌工具的旋转速度、搅拌工具与被焊材料之间的摩擦因数、被焊材料表面受到的轴向压力及侧面受到的进给压力是主要因素。以聚氯乙稀板材搅拌摩擦焊为例,验证了在适当的取值范围内焊接温度数学模型的理论计算值与实测值基本吻合。

焊接温度对WC-Co硬质合金与低碳钢真空钎焊的影响

选用钎料HL105真空钎焊WC-Co硬质合金与低碳钢,系统地研究了焊接温度对硬质合金/钢钎焊接头组织和性能的影响。研究表明:用钎料HL105成功地焊接了硬质合金和低碳钢;随着钎焊温度的升高,钎料流动性和润湿性增加,同时,钎料成分元素挥发,焊缝宽度变窄,基体晶粒组织长大,硬质合金/钢接头的抗拉强度先增加后降低。当钎焊温度为980℃,硬质合金/钢接头达到的最佳抗拉强度为263.9 MPa。

厚板焊接温度场解析解分析

分析讨论厚板焊接时准稳定温度场的解析解,通过实例,应用工具软件Origin和Mathematica精确计算焊缝熔池的外形尺寸,作图表示焊接接头不同截面、不同位置的温度分布和等温线分布.整个过程简单明了,没有数值计算的繁琐,可以为厚板焊接接头的温度场计算和焊缝熔池尺寸的计算提供快捷方法.

新型焊接温度场监控系统研究

针对焊接温度场传统检测方法随意性较大和布线困难的现状,利用K型镍铬-镍铝热电偶为温度传感器,结合ZigBee无线通信技术设计了一种新型焊接温度场监控系统。该系统由终端节点、协调器节点和计算机监控中心组成。终端节点以CC2430为控制核心,能实时检测焊接温度,并通过ZigBee射频模块将温度信息无线传输到协调器,协调器汇集温度信息后再通过RS232传送到计算机监控中心。计算机监控中心采用力控组态软件实现人机交互、报警、存储、显示等功能。结果表明,该监控系统提高了测温的效率和准确性,对于制定、评定和优化焊接工艺具有重要意义。

焊接温度场的实时检测及熔透闭环控制

图像比色法是在普通的比色测温方法的基础上发展起来的新的温度场检测方法，它具有对检测距离、目标材料发射率依赖性小等特点。本文介绍使用图像比色法进行焊接温度场检测的系统构成和基本原理，实时地获得了焊接温度场全面信息，从中得到焊接方向及横截面方向上的温度分布，从而获得热循环参数信息，利用这些信息进行了等温线宽度闭环控制。试验结果证明：温度场实时检测速度快（０．５ｓ之内／场），等温线宽度闭环动态响应品质好，可在焊件厚度、焊接速度和对接焊间隙等变化时仍可获得满意的熔深控制。

焊接温度对焊管焊缝质量的影响

目前，国内有几百条高频直缝焊管生产线，焊管的质量主要取决于焊缝的质量，而焊接温度是影响焊缝质量的关键参数。焊接温度的控制大多采取现场操作员根据经验实施，很难做到及时、准确调节一步到位。焊接温度高，则使焊缝过烧，形成穿孔；焊接温度低，则使焊缝烧不透，形成未焊透，影响焊缝质量，出现残次品，不但影响产品的生产效率，而且造成原材料的浪费。因此，控制焊接温度，保证焊接质量，对提高产品质量起着决定性的作用。

焊接温度场图像的获取及焊缝提取

叙述了焊接温度场检测系统的焊接温度场灰度图像的获取 ,简述小波变换用于检测边缘的原理 ,论述了小波变换在焊接温度场灰度图像中识别焊缝位置的具体方法。研究结果证明 :该焊缝识别的方法优于传统的检测方法 ,具有更好的去噪性能 ,可以准确地识别焊缝的位置。

薄板T型接头焊接温度场的研究

应用大型有限元分析软件ABAQUS,对不同材料薄板T型接头建立适当的模型进行温度场分析,并采用热电偶进行试验测量。结果表明,在焊缝附近,试验结果与模拟结果有较好的一致性,而在离焊缝较远的热影响区,由于材料性能数据的匮乏,导致结果有一定差异,但对于如注重焊缝附近温度变化的场合,该模型有一定的应用价值。

网格尺寸对双椭球热源模型作用下焊接温度场计算的影响

文中以Q345E薄板对接焊焊接过程为研究对象,基于双椭球功率密度分布体热源模型,利用ABAQUS有限元软件建立其1/2模型,通过数值模拟研究了不同网格尺寸对焊接温度场的计算精度和计算效率的影响,结合数值积分计算,分析比较了不同网格尺寸下,理论热输入与实际热输入的差别,提出了适宜的网格尺寸.计算结果表明,随着网格尺寸的不断减小,收敛时间变长,CPU计算时间变长,焊接温度场的最高温度、焊接熔池的宽度和深度减小;当网格尺寸减小至双椭球功率密度分布热源深度方向长度的1/2时,理论热输入与实际热输入偏差较小,得到的焊接温度场最高温度、焊接熔池宽度和深度也趋于恒定.