焊接热源计算模式的研究进展

总结了计算焊接温度场过程中焊接热源模式的改进过程。首先讨论了传热学中常用的以集中热源为基础的线热源与面热源的解析模型、以及能量在空间以高斯函数形式分布的焊接热源模式 ,以高斯分布函数为基础 ,引出了半球能量密度分布的热源模式、椭球能量密度分布的热源模式、双椭球能量密度分布等焊接热源模式。并对比了不同热源分布函数对计算结果的影响 ,讨论了不同焊接计算过程中对热源函数的选择。结果表明 ,通常的工程运算仍可采用解析模型函数进行简化计算 ,高斯分布函数、半球能量密度分布函数、椭球能量密度分布函数常应用在有限元计算过程中 ,但由于未精确考虑电弧对熔池的冲击作用 ,在熔池附近有一定误差 ,而双椭球能量密度分布的热源模式 ,不仅可以处理一般的电弧冲力小的焊接热源 ,也可以处理具有强烈穿透作用的激光焊和电子束焊过程的焊接热源 ,进一步提高焊接热循环的计算精度。

铁素体不锈钢焊接热影响区晶粒长大过程模拟

提出一种用 Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏ模拟单相合金的热影响区（ＨＡＺ）晶粒长大方法，可以将焊接实际时间与模拟过程对应起来．应用有限元方法计算出焊接热循环，并结合晶粒长大的Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ公式，模拟了铁素体不锈钢ＥＢ２６－１在一定规范下ＨＡＺ晶粒的演变情况．模拟结果表明，此方法可以预测ＨＡＺ中晶粒的分布以及存在于ＨＡＺ中很陡的温度梯度对晶粒长大的阻碍作用．

冷轧钢卷在罩式炉中退火过程的温度场变化模拟计算

模拟了冷轧钢卷在全氢强对流罩式炉中退火过程的温度变化。研究了退火过程中钢卷冷点与热点温度的变化规律。应用ABAQUS软件的强制对流单元,研究了在特定的气体流动条件下的钢卷与气体之间的传热。根据实际退火曲线,模拟了全氢强对流罩式炉加热、保温、冷却的全过程。模拟的结果表明,通过调整不同的对流换热系数和气体的流速,可以对不同规格钢卷退火过程进行比较精确的模拟,为生产过程控制提供依据。

应用回归和神经网络方法预测热轧带钢性能

针对Q235B热轧带钢性能预测系统,提出一种回归分析和神经网络相结合的方法来预测其力学性能.首先,测量材料最终相的组成与铁素体的晶粒度,应用多重回归分析的方法,建立成分、相体积分数、晶粒尺寸与抗拉强度、屈服强度、延伸率的对应关系.另一方面,采用BP神经网络方法,结合相变动力学模型的计算数据,通过大量数据的自学习训练,完成神经网络模型对抗拉强度、屈服强度、延伸率的预测.预测结果表明,应用神经网络和回归分析方法,具有较高的预测精度.

铁素体不锈钢焊接HAZ的晶粒长大模型

用物理模拟方法研究了铁素体不锈钢 ＥＢ２６—１焊接热影响区 ＨＡＺ的晶粒长大，通过在不同 规范下的等温晶粒长大物理模拟与分析，并结合焊接试验，建立了ＨＡＺ晶粒长大的模型该模型成功地 将Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ公式用于热影响区晶粒长大计算，给出了焊接ＨＡＺ存在很陡的温度梯度对晶粒长大起阻 碍作用的“热钉轧”效应。

强流脉冲离子束辐照45钢表面热效应的模拟

以Fourier瞬态传热方程为基础,确定了强流脉冲离子束(HIPIB)热效应的基本传热方程,对靶材45钢进行不同能量参数的HIPIB辐照热效应的模拟计算.针对离子注入金属内部的情况,在模拟束流加载方式上分别采用体加载和面加载,比较了两种加载计算结果之间的差距.本算法的另一个改进就是在高能量辐照下,用单元死活法对蚀坑部分材料的消失进行模拟.结果表明,用单元死活法模拟单元的失效,更能符合HIPIB辐照金属表面热效应的蚀坑机制;单元死活法对靶材的升温过程没有明显影响,但对冷却阶段,可以显著提高模拟的精度.

2.25Cr1Mo钢大型筒体锻件差温热处理过程研究

通过在差温炉中的加热试验和有限元模拟,研究了2.25Cr1Mo钢大型筒体锻件热处理加热过程的温度场,计算了筒体在热处理过程中的温度变化;采用逆算法确定了筒体加热过程预热段和高速升温段的综合界面换热系数。综合界面换热系数由对流换热系数、辐射换热系数和修正换热系数三部分组成。在高速升温段,由于局部炉气分布不均匀,修正换热系数较大;而在预热和保温段,计算所得的修正换热系数较小。运用修正的换热系数计算的筒体的外表面温度与实际测量温度相差±13℃。预测结果表明,所编制的软件程序与实际升温曲线符合很好,为今后预测大型锻件差温热处理过程的温度场提供了依据。

用MonteCarlo方法模拟晶粒长大

叙述了 Monte Carlo( MC)模拟方法并在二维坐标中用 30 0×30 0个六边形晶格点元素模拟了晶粒长大的过程 ,获得了晶粒长大动力学和拓扑学方面的重要信息 ,并计算出晶粒长大的动力学常数η=0 .48.模拟结果揭示了 MC方法在模拟微观组织过程中的重要作用 .探讨了 MC方法的特点 :它抓住简单性与复杂性这一主要矛盾 ,从局部规则出发 ,体现整体演变之效应 ,文中还概述了 MC模拟方法在材料加工过程中的应用情况 .

2A16铝合金TIG焊熔池模拟

通过FLUENT软件进行二次开发,针对2A16铝合金TIG焊接过程,建立移动焊接熔池模型,考虑了表面张力、浮力、电磁力等对熔池流动的影响,模拟分析不同焊接电流条件下,熔池温度场和流场变化情况,以及熔池形貌变化。模拟结果直观显示焊接熔池形貌、温度场、流场分布状况,熔池流场分为两部分,在熔池表层,金属液由中间流向边缘,熔池底部金属液有边缘流向中间,熔池焊接进行一段时间后达到准稳态,温度场关于焊缝近似对称分布,焊接熔池内部传热方式以对流传热为主,随焊接电流的增加,熔深增加,熔宽略有增加。

周期性边界条件下MC模拟晶粒数的统计

本文应用Monte Carlo(MC)法模拟二维条件下晶粒长大的原理,晶粒长大结晶界处的格点迁移为主要特征,并用它模拟了在周期性的边界条件下的晶粒长大行为,提出了一种二维条件下精确的统计晶粒尺寸的方法,可以对各种形态的晶粒进行统计,并且考虑了模拟过程中的周期性边界条件对晶粒统计的影响,通过模拟,揭示了晶粒长大过程中材料组织演变时拓扑学和动力学特征。

弧焊电源用新型晶闸管触发器

针对国内用量较大的晶闸管式弧焊电源，提出一种利用锁相技术的模拟－数字触发器，阐述了这种触发器各部分的结构和工作原理．其触发的不对称度不超过±０．５℃。

外加纵向交变磁场下的TIG焊电弧数值模拟

在局部热平衡状态假设前提下,以磁流体动力学为基础,建立二维轴对称TIG焊电弧模型,研究外加纵向交变磁场下电弧所产生的周期性变化。当磁场强度为0.03 T,交变频率为1000 Hz时,与无外加磁场的电弧相比,电弧发生明显的收缩现象。根据进一步的模拟研究,发现当磁场方向改变,电弧会随之发生收缩或扩散现象,但相较于无外加磁场的电弧,总体上还是呈现收缩现象。靠近阳极区域的电弧温度及阳极所受压力会随磁场方向的变化而发生周期性的单/双峰转变。

45#钢、SA508钢以及SA351-CF3不锈钢堆焊过程模拟及优化

以有限元软件计算为主要研究手段,研究45#钢、SA508钢和SA351-CF3不锈钢在堆焊过程中不同的堆焊顺序对于焊件残余应力和变形量的影响。根据厂方提供的工艺参数,对以上3种材料的堆焊过程进行模拟,结果表明,对于体积较小厚度较薄的焊件,应采用平铺式堆焊顺序,反之则应采用包裹式。而对于导热系数较小膨胀率较大的焊件,应采用包裹式焊接顺序。模拟的结果为实际生产过程提供了重要的参考依据。

焊接热影响区晶粒长大过程的微观组织模拟

利用蒙特卡罗方法 (MC)结合焊接工艺试验 ,模拟了单相合金焊接热影响区(HAZ)的晶粒长大过程。文中首先应用试验方法确定了材料的晶粒长大动力学方程 ,在不同峰值温度和冷却速度等热输入的情况下 ,模拟结果再现了晶粒长大的动态过程 ,并体现出热钉扎效应。得出了与焊接实际过程相一致的模拟结果。

用Monte Carlo法模拟纯铜的静态再结晶

利用Monte Carlo（MC）法进行了纯铜静态再结晶的二维模拟. 通过监测存储能量的变化历程发现,当初始存储能量较低的时候,静态再结晶是以非均匀形核（晶界形核）的方式进行的,当初始存储能量充分高的时候,静态再结晶是以均匀形核（晶内形核）的方式进行的. 初始存储能量较高的时候,能量释放的速率要比初始存储能量较低的时候的速率高. 确定了区分均匀形核和非均匀形核的临界应变.

凝固过程中自然对流作用下组织演化模拟

以Fe C二元合金铸锭为例 ,模拟了其冷却过程中自然对流对凝固组织形成的影响。首先采用有限差分方法计算宏观温度场、速度场和溶质场。然后将计算得到的温度场和溶质场作为已知值耦合元胞自动机方法 (CA)对铸锭的组织演化进行模拟。通过模拟发现 ,在冷却过程中自然对流改变了铸锭内的温度场、速度场和溶质场的分布 ,进而影响到凝固组织的形貌。

驻留滑移带与晶界和孪晶界的交互作用

对含有退火孪晶的多晶铜进行了不同塑性应变幅下的应变疲劳实验,利用扫描电镜及其电子通道衬度技术(SEM-ECC)观察了表面滑移形貌、疲劳裂纹和位错组态,研究了驻留滑移带与晶界和孪晶界的交互作用．结果表明,在晶界附近和远离晶界处观察到位错组态分布的不均匀现象．这种不均匀性导致多晶铜中疲劳裂纹首先沿着普通大角晶界开裂,在孪晶界处由于应变相容性较好而难以产生疲劳裂纹．

模拟界面换热系数和密度对热溶质对流影响

为了能够更好地控制凝固过程热和溶质的传输,以二元合金为例,研究了在单边散热条件下,不同界面换热系数和密度对热溶质对流的影响.研究表明:当材料密度一定时,随着界面换热系数的提高,沿散热方向上的温度梯度增大,热溶质对流的效果增强;当界面换热系数为1000W/(m2·K)时,在凝固初期铸件底部出现涡流现象;在界面换热系数不变的情况下,随着材料密度的增加,铸件内液体金属的热溶质对流效应减弱.

杂质元素对熔敷金属低温韧性的影响

用人工神经网络建立了熔敷金属性能的预测模型．该模型的学习结果同试验值之间有很好的对应关系．用该模型研究了杂质元素Ｓ、Ｐ、Ｏ、Ｎ对熔敷金属低温韧性的影响规律．预测结果表明：随着Ｏ、Ｎ含量的增加，熔敷金属的低温韧性显著下降；Ｓ对低温韧性基本无影响；随着Ｐ含量的增加低温韧性有所增加，在不同的Ｓ、Ｐ含量水平下，低Ｏ低Ｎ时的熔敷金属具有很高的低温韧性，高Ｎ低Ｏ时的次之，高Ｎ高Ｏ时的低温韧性最差．

计算机模拟在焊接微观组织中的应用

介绍了计算机模拟在焊接热影响区(HAZ)微观组织模拟过程中应用的重要性,利用物理模拟方法建立了HAZ晶粒长大的模型,研究了铁素体不锈钢EB26-1(单相合金)焊接热影响区的晶粒长大过程。预测了HAZ中晶粒的分布,以及不同的热输入对HAZ晶粒长大的影响和HAZ中晶粒长大的热钉扎效应。指出了目前研究中存在的不足和今后的发展方向。