铝合金T型接头激光+GMAW复合焊残余应力数值分析

目的研究激光+GMAW复合焊中不同激光功率参数对铝合金T型接头残余应力的影响,从而提高焊接性能。方法分别考虑了热弹塑性理论、传热学以及T型接头几何特性,建立了铝合金T型接头激光+电弧复合焊残余应力的数值分析模型。采用双椭球体热源模型表征电弧热输入与熔滴晗,采用锥体热源模型对激光深熔焊进行描述。基于所建立的T型接头模型,使用ANSYS有限元软件对12 mm厚铝合金激光+GMAW焊T型接头残余应力进行模拟计算,并研究其分布特征;使用X射线衍射法对T型接头处的残余应力进行测量从而对所建模型的准确性进行验证。同时,对比了不同激光功率下铝合金T型接头对残余应力的影响规律。结果当激光功率分别为2、3、4、5 kW时,铝合金T型接头路径L3上的纵向残余应力最大值分别为270、263、258、251 MPa,米塞斯-等效应力最大值分别为265、261、257、250 MPa。结论后焊的焊缝A对焊缝B有明显的热处理作用,使应力明显降低;在T型接头焊缝及近缝区,横向残余应力和厚度方向残余应力峰值均比纵向残余应力峰值小,且随着激光功率的增大,焊缝及近缝区拉应力峰值不断减小。

T型接头旋转激光+GMAW复合焊熔池动态行为数值分析模型

目的研究T型接头旋转光纤激光+GMAW复合焊熔池的温度场和流态特征,揭示气孔缺陷的产生及抑制机理。方法依据光学、电磁学、传热学及流体动力学机理,建立T型接头旋转光纤激光+GMAW复合焊熔池数值分析模型。使用Fluent软件对旋转频率分别为50 Hz和100 Hz的T型接头旋转激光+GMAW复合焊进行温度场以及流态特征的模拟,对比不同频率下T型接头横、纵截面,从工艺和焊缝成形角度出发,针对不同频率对熔池、小孔成形以及气孔抑制的影响进行讨论。结果当旋转频率为50 Hz时,纵截面内小孔最大深度为5.4 mm,横截面熔池内小孔开口直径相对较大,旋转一周后,小孔远离气泡,气泡无法逸出,形成气孔;当旋转频率为100 Hz时,纵截面内小孔深度显著降低,熔池体积明显减小,横截面内小孔最大开口直径和深度均降低,熔池尺寸也有所减小,在时间为0.097 s时,小孔上方区域出现的顺时针涡流不仅能抑制气孔,还能改善熔池的下垂以及立板焊趾处的咬边。结论随着旋转频率的增大,小孔的最大开口直径和深度均降低,还对熔池具有搅拌作用,使熔池体积变小。

船舶激光-电弧复合热源焊接关键物理机制研究

从等离子体物理特性、小孔与熔池动态行为特征、焊缝成形及应力变形等方面,对激光-电弧复合焊关键物理机制进行了介绍;同时,针对船用中厚板激光-电弧热源存在的问题,以及未来发展趋势进行了探讨。对于中厚板复合焊,涉及大功率激光热源、光致等离子体与电弧存在复杂相互作用,继而复合等离子体物理特性;除收弧作用外,前者可一定程度地降低熔池表面电弧温度;而电弧等离子体拖拽力则利于增强小孔后壁稳定性,降低气孔缺陷。相比电弧焊,中厚板激光-电弧复合焊可显著减小高应力焊接区域和焊接残余变形。

氦-氩混合保护气体角接头旋转激光+电弧复合焊电弧特性数值分析

目的研究激光+电弧复合焊中氦−氩混合保护气体成分对电弧等离子体物理特性的影响,从而改善焊接性能。方法综合考虑角接头几何特性和氦−氩混合保护气体的物理特性,建立氦−氩混合保护气体角接头旋转激光+电弧复合焊电弧行为的数值分析模型。使用FLUENT软件对不同体积比氦−氩保护气体下电弧等离子体的温度场、流场、压力场和电势场进行模拟计算,对比分析保护气体成分改变对电弧等离子体的影响规律,考虑其对焊接性能的影响,并将计算结果与高速摄影试验进行对比,验证数值分析模型的准确性与合理性。结果保护气体分别为纯Ar、95%Ar+5%He、90%Ar+10%He时,电弧向激光侧偏移收缩,电弧整体形貌被压缩,位置A纵截面处电弧等离子体的峰值温度分别为25603、25080、23904 K,最大流速分别为336.34、334.34、317.58 m/s,压力最大值分别为899.08、943.40、957.67 Pa,电势梯度分别为11.56、12.17、13.18 V。结论在氦−氩混合保护气体激光+电弧复合焊中,当保护气体中氦气体积分数增加到5%和10%时,随着氦气所占比例的增大,电弧处于动态变化过程,电弧被压缩,等离子体的峰值温度逐渐降低,最大流速下降,电弧压力和电势梯度增大,有利于焊缝熔深的增大。

铝合金CMT电弧增材制造残余应力分析

文中基于热弹塑性力学理论,建立铝合金冷金属过渡(CMT)电弧增材制造筒状形件残余应力三维有限元分析模型。通过Ansys有限元软件对铝合金形件残余应力进行模拟计算,研究其分布特征,并将残余应力的计算结果与试验结果相对比,验证模型准确性。研究结果表明,铝合金CMT电弧增材制造筒状形件整体径向和轴向残余应力较小;而环向残余应力集中在形件下部区域,表现为拉应力,应力峰值约为300 MPa;随着高度的增加,环向拉应力减小为压应力,峰值约为-104 MPa;Von-Mises等效残余应力在形件厚度方向上分布均匀;在高度方向上呈先增大后减小特性;形件底部区域应力较大,峰值约为276 MPa,与材料屈服强度相近。

激光＋GMAW复合热源焊焊缝成形的数值模拟Ⅱ．组合式体积热源的作用模型

根据激光+脉冲GMAW电弧复合热源焊焊缝横断面的形状特点,从宏观的传热过程出发,提出了4类新颖的、适用的组合式体积热源的作用模式,将电弧热、熔滴热焓和激光热能分别描述为双椭圆分布、双椭球体分布和峰值热流递增一曲面旋转体分布.将适用的组合式体积热源作用模式应用于复合焊的温度场数值分析,计算出了不同工艺条件下的复合焊焊缝形状足寸,与实测结果进行了对比,两者吻合情况良好,所建立的4类组合式体积热源充分考虑了复合焊的工艺特点,对焊缝形状尺寸的数值模拟精度较高,能定量体现温度场的变化规律。

激光＋GMAW复合热源焊焊缝成形的数值模拟--Ⅲ．电弧脉冲作用的处理与热源模型的改进

针对激光+脉冲GMAW复合焊时电弧脉冲的热作用特点,将电弧热流处理为脉冲电流和基值电流阶段分布参数不同的双椭圆模式,同时适当减小焊件表面的热导率,以间接考虑脉冲电流和基值电流的间歇式作用.根据平均焊接电流大小确定熔滴热焓椭球体分布的作用区域,并考虑激光热源的作用位置.从以上几方面对前期研究采用的热源模型进行了改进,建立了两类新的适用于复合焊的组合式体积热源模型.利用改进后的热源模型对不同工艺条件下复合焊的焊缝横断面形状尺寸进行了模拟计算.计算得到的熔深、熔宽以及熔合线走向都与实验结果吻合,使数值模拟精度有了较大提高.

激光+GMAW复合热源焊焊缝成形的数值模拟Ⅰ.表征激光作用的体积热源分布模式

为了建立激光+GMAW电弧复合焊接的体积热源作用模式,根据激光深熔焊接的焊缝形状特征,分析了激光焊接的热源作用特点,提出了4类新的体积热源分布函数.建立了激光焊接温度场的数值分析模型,计算出了4类体积热源模式下的激光焊缝形状尺寸,与实测结果进行了对比.发现提出的4类体积热源模式能够较好地对激光焊接过程中激光热源对焊缝成形的作用进行表征,是恰当的和适用的.

厚板多层多道焊温度场的有限元分析

考虑坡口形式对焊接热输入分布的影响及焊缝横断面形状特征,建立了超细晶Q460高强钢厚板多层多道GMAW焊有限元分析模型.利用ANSYS软件对超细晶钢多层多道焊焊缝及热影响区形状尺寸进行了模拟计算,计算结果与试验结果吻合较好.对超细晶钢多层多道焊温度场及热循环曲线进行了计算和定量分析.结果表明,后续焊缝对整个厚度方向上热影区热循环的峰值温度、高温停留时间及冷却时间有重要影响,应严格控制后续焊缝热输入或层间温度.

激光+GMAW复合热源焊流体流动数值分析模型

基于FLUENT软件,建立了适用、高效的激光+GMAW复合焊流体流动数值分析模型.将电弧热输入视为双椭球热源模型,采用基于小孔尺寸的锥体热源模型描述激光热流分布;将金属填充过程视为液态金属从熔池上部边界以一定速度流入熔池过程,并通过对液态金属流速施加时间脉冲函数,模拟熔滴的过渡频率;模型简化了小孔的计算过程,主要考虑熔池中存在的弯曲小孔对流体的影响.利用FLUENT软件,对激光+GMAW复合热源焊熔池流体流动及小孔形态进行了模拟计算和分析.结果表明,模型能够合理反映小孔及复合焊流体流动模式的主要特征,且提高了计算效率.

基于FLOW-3D的GMAW焊熔池行为数值分析模型

基于FLOW-3D软件,建立了GMAW焊传热和熔池流场的三维瞬态数值分析模型.电弧热输入和电弧压力均采用双椭圆分布模式描述,熔滴过渡过程则通过高温液态金属的质量和动量源项表征;同时,模型还考虑了电弧等离子体切应力、电磁力、重力、浮力等作用于熔池的主要应力.利用该模型对碳钢温度场及熔池流体流动进行模拟计算.结果表明:受熔滴冲击影响,熔池始终处于周期性震荡过程中,无法真正达到准稳态;同时,该模型能够模拟飞溅等焊接成形缺陷,继而可以更为全面、合理地描述焊接物理过程,为深入理解焊接内部机制提供有力支撑.

摇动电弧窄间隙GMAW焊温度场数值分析模型

从宏观传热学出发,依据横断面几何形状特征,综合考虑电弧摇动、接头几何特征及焊缝表面形状对电弧热流分布特征的影响,建立了摇动电弧窄间隙GMAW焊瞬态温度场数值分析模型.利用ANSYS软件对摇动电弧瞬态温度场及热循环曲线进行了模拟计算,分析了其分布特征.结果表明,模型能够合理、准确反映摇动电弧的移动轨迹及分布特性,且焊缝横断面的计算结果与试验结果吻合较好,从而证明了模型的准确性.在焊接电流为300A,摇动频率为2 Hz时,熔池形态变化有限.

基于网络教学平台和数值模拟技术的《焊接结构》教学改革

依据《焊接结构》课程特点及教学中存在的问题,将网络化教学平台和数值模拟技术应用教学过程,整合教学信息资源及课堂和网络教学方式,加强学生对抽象理论的感性认识,实现焊接物理过程的可视化,调动学生的积极性;并从教学理念、内容、方法及成绩评价体系方面提出改革措施,为切实提高《焊接结构》教学质量提供参考。

激光深熔焊体积热源模型计算精度的比较

通过激光深熔焊焊缝横断面形状、尺寸进行模拟计算,定量分析比较了目前具有代表性的激光焊体积热源模型的计算精度。研究结果表明,双椭球体热源、高斯旋转体热源和热流峰值线性递增-柱状热源模拟焊缝形状的精度较差;而三维锥体热源和热流峰值指数递增-锥体热源在模拟激光深熔焊焊缝形状和尺寸方面都具有较好的精度,且后者由于考虑了激光热流在焊件厚度方向的分布特征,其热流分布区域更接近实际焊接过程,模拟精度也更高。

高等院校《焊接结构》教学改革

《焊接结构》是焊接技术专业的一门主干课程,具有很强的实践性和应用性。其教学质量的优劣对学生的培养质量和综合素质具有重要影响。依据《焊接结构》课程的特点,针对目前教学中存在的问题,从教学的内容、方法以及教学质量的评价体系等方面出发,提出了相应的改革措施,为切实提高学生的理论水平和实践能力提供参考。

浅谈提高高校青年教师教学能力的措施

目前众多青年博士进入高等学校执教,如何提高青年教师的教学能力是迫切需要解决的问题。本文分析了目前青年教师教学过程中存在的问题,并针对存在的问题从培训、监督和激励等方面提出了相应的措施。

在高等工科院校中全面推广开放实验和大学生创新训练

论述了当前社会发展形势对大学生创新能力要求，通过近年的实践证明了开放实验及SIT训练对工科大学生综合能力培养所起的重要作用，指出了在工科学生中全面推广开放实验及SIT训练的必要性和应注意的一些问题。

电弧功率对Laser+GMAW-P复合热源焊热场特征的影响

焊接HAZ的热场特征,如HAZ的宽度和焊接热循环的参数等,对焊接接头的组织和性能有重要影响,是决定焊接接头质量的关键因素.本文应用已建立的复合热源焊的组合式体积热源模型,对Laser+GMAW-P复合热源焊的热场进行数值分析,定量研究了不同电弧功率对Laser+GMAW-P复合热源焊热影响区(HAZ)宽度和热循环参数等热场特征基础数据的影响规律,并与单激光焊和单GMAW-P焊的情况进行了比较,以期从冶金上揭示复合热源焊的特点.

缆式焊丝埋弧焊残余应力有限元分析

采用直径为2.4 mm的7根分焊丝,其中一根分焊丝(称为中心丝)位于中间,其余6根分焊丝(称为外围丝)围绕中心丝绞合组成直径为7.2 mm的缆式焊丝.试验用22 mm厚DH36船用钢板进行平对接缆式焊丝埋弧焊,采用小孔法对焊接接头进行残余应力测试;基于热弹塑性理论,建立缆式焊丝埋弧焊残余应力有限元数值分析模型,利用ANSYS软件对缆式焊丝埋弧焊残余应力进行模拟计算.结果表明,缆式焊丝埋弧焊的应力分布特征和幅值与单丝埋弧焊相近,纵向应力在焊缝及近缝区表现为拉应力,应力峰值为363 MPa;横向应力较小,焊缝上下部位呈现拉应力,中间呈现压应力.

液-固扩散焊复合连接Ti(C,N)与40Cr的界面行为与接头强度

通过预置Ti/Cu非对称中间层对Ti(C,N)基金属陶瓷与40Cr钢进行了液-固扩散焊复合连接试验,重点研究了界面组织、接头强度及其影响因素.结果表明,通过预置Ti/Cu非对称中间层液-固扩散焊,能够分别实现Ti(C,N)基金属陶瓷与铜箔,以及铜箔与40Cr钢之间的冶金结合;Ti(C,N)基金属陶瓷界面物相呈梯度分布,形成Ti(C,N)基金属陶瓷/TiAl2/Ti2Cu/TiCu/铜箔结构;Ti(C,N)基金属陶瓷一侧靠近界面区域存在较大的焊接残余拉应力,以及脆弱的TiAl2金属间化合物层,是制约焊接接头强度的关键因素;单纯以铜箔为中间层,采用常规固相扩散焊连接Ti(C,N)基金属陶瓷,即使在加热温度1 223 K、压力20 MPa条件下,也难以实现Ti(C,N)基金属陶瓷与铜箔的有效连接.