超薄Inconel 718镍基合金板焊接凝固过程中微观组织变化的预测

以不同的占空比、基值电流、峰值电流和脉冲频率对0.1 mm厚Inconel 718合金板进行了脉冲微束等离子弧焊(pulse microplasma arc welding,P-MPAW)。对焊接凝固过程中超薄版的微观组织的变化进行了数值模拟。采用Fluent软件对焊接过程中超薄板的温度场变化进行了模拟,并与采用MATLAB软件建立的微观组织变化模型进行耦合,以预测超薄Inconel 718合金板在脉冲微束等离子弧焊接凝固过程的微观组织变化。结果表明:占空比对焊缝边缘柱状晶二次枝晶和焊缝中心等轴晶一次枝晶的生长均有明显影响;脉冲频率和基值电流均影响柱状晶和等轴晶晶粒的平均尺寸;模拟的和试验获得的柱状晶和等轴晶晶粒平均尺寸相接近,说明采用该模型分析P-MPAW焊接超薄Inconel 718合金板时在凝固过程中微观组织的变化是可行的。

100μm超薄不锈钢板脉冲微束等离子弧焊成形机理

针对100μm超薄不锈钢板的脉冲微束等离子弧焊接,研究焊缝中心不同位置焊接热循环的动态变化机理以及脉冲参数对该动态变化的影响,结合试验获得的不同脉冲参数下的焊缝形貌,探讨焊缝成形与焊接热循环动态变化之间的关系.结果表明,在4个脉冲参数的不同组合下,可形成5种不同的焊缝形貌;频率的增加或基值电流/峰值电流之比的增加,均使得一个脉冲周期行程中的焊缝中心线上各点的焊接热循环趋于一致;低频时随着基值电流/峰值电流之比的增大,这些点的加热最高温度(T_(m))和加热时间t_(8/13)(温度从800 K上升到1300 K所经历的时间)的最大值减小,而最小值增大,t_(8/5)的最大和最小值均增大;随着频率的增大,t_(8/5)和t_(8/13)的平均值均减小;大多脉冲参数(频率不小于5 Hz时或1和2 Hz下分别为0.5和0.9 A基值电流时的脉冲参数)下,试验得到的焊缝成形百分比σ2和理论计算得到的焊接热循环最高温度百分比σ1相等,表明理论计算和试验的结果一致.

超薄板焊接熔池流场数值模拟

为了研究超薄板焊接质量差的问题,根据流体力学和传热学原理,建立超薄板焊接熔池的二维数值分析模型。电弧热源模型采用高斯热源分布模型,模型考虑了超薄板固态金属的热传导、熔池与外部环境的对流辐射、熔池内部液态金属质点的热传递、材料的热物理性能参数部分随温度变化等因素。采用FLUENT对超薄板微束等离子焊接熔池模型进行求解,得出了熔池温度场、流场分布,并讨论了几种作用力对超薄板熔池流场的影响。研究结果表明表面张力是超薄板熔池内部液态金属流动的主要驱动力。

等离子弧焊接电弧的温度场和流场研究现状

等离子体电弧温度场和流场的研究对其在工业生产中的应用具有重要的意义。文章分析了等离子弧温度场以及流场检测和计算的研究现状。在等离子弧温度场的检测中,现今光谱诊断法最为方便,所测得的结果较其他检测方法而言精确度更高;在等离子弧流场的检测中,运用粒子成像测速技术的方法可以检测得到流场分布。在等离子弧温度场和流场的计算中,数理解析法计算繁琐,需要大量时间。数值模拟的方法更为经济、有效。

超薄板脉冲微束等离子弧焊温度场动态分布特征及成形控制

在模拟计算100μm超薄不锈钢板脉冲微束等离子弧焊过程的基础上,研究了实际热源动态脉冲加载下的熔池温度场动态过程及脉冲参数对该动态过程的影响机制;研究了脉冲参数对焊缝成形的影响,对模拟计算的结果进行验证,并探讨了脉冲参数和焊接速度的匹配与焊缝成形特征的关系.结果表明,超薄板脉冲微束等离子弧焊接的温度场变化具有周期性的波动特征和惯性特征,脉冲频率越高或基值电流/峰值电流之比较小,温度场变化的波动幅度也越大,其相对于脉冲电流变化的惯性也越大;脉冲电流下的焊缝成形有连续和不连续两种形式,这与焊接速度、峰值电流作用时的焊缝长度、脉冲频率三者之间的匹配有关;模拟计算的熔池最高温度超过熔点的持续时间与脉冲周期的比值结果较好地解释了试验得到的焊缝成形的连续程度.

等离子弧焊熔池数值模拟的研究现状

以等离子弧焊熔池为对象,简述了等离子弧焊接数值模拟的发展历程,概括了近年来等离子弧焊接电弧及熔池数值模拟领域的发展情况,分析了现有数学模型中存在的问题。

薄板焊接的特殊问题的研究现状

薄板焊接的特殊问题是烧穿和变形。文中概括分析了薄板焊接烧穿和失稳变形的原因及影响因素,综述了近年来控制薄板焊接烧穿和变形的各种解决方案及研究进展。其中一些方法既可以解决焊接烧穿,又可以减少焊接应力和变形,且能提高焊接接头的力学性能。文中对这些方法及解决方案的缺点和不足也作了相应的分析和总结,为进一步的研究提供帮助。

基于电压最小原理的脉冲微束等离子弧焊电弧形态的动态平衡研究

脉冲参数对脉冲微束等离子弧形态及其动态变化有直接影响,电弧形态是焊接电弧内部物理过程变化的直接反映。针对不同脉冲参数下电弧形态及其动态变化的特征进行了研究,将电弧最小电压原理和电弧内部洛伦兹力与气体内压力之间的平衡过程相结合,揭示了电弧形态变化的本质原因。研究分析表明,电弧半径随电流增加而增加,随电流减小而减小。只有在洛伦兹力与气体内压力达到平衡后,电弧才处于稳定状态,此时电弧半径相对稳定并使弧柱沿长度方向的电场强度具有最小值。