静态低应力无变形焊接技术的数值模拟与优化

针对静态低应力无变形技术(LSND)在铝合金薄板焊接上的应用,开展了其焊接过程应力应变分布特征的有限元数值模拟和优化研究.分别建立了常规钨惰性气体(TIG)焊接和静态低应力无变形技术焊接时温度场和应力应变场的有限元模型,计算了两种方法焊接时温度场、应力应变场的差异.根据数值模拟结果,优化了静态低应力无变形技术的两个重要工艺参数:加热温度和加热区域边缘到焊缝中心的距离,给出了针对具体材料和试件尺寸的工艺参数推荐值.     

负压激光焊接技术研究进展

传统焊接方法难以满足大型构件厚板焊接对焊接效率和焊接质量的要求,而高功率激光焊接具有能量密度大、焊接效率高、焊缝深宽比大、接头质量高等特点,成为业界研究和应用的热点。然而近年来的研究发现,激光功率增大至一定程度,由于焊缝熔池的液体金属在激光作用下强烈蒸发而产生的金属蒸气和等离子羽烟对激光产生了吸收、折射、散射等屏蔽作用,使激光能量进入熔池小孔受阻,焊接熔深不再随激光功率线性增加。而负压环境却能使相同激光功率下的焊接熔深得到大幅度提升,获得成形良好的焊缝。根据近些年国内外学者在负压激光焊接方面的研究,综合介绍了负压环境下的激光焊接及其相关问题的研究进展,以期对国内相关研究发展起到促进作用。     

薄钛板微弧等离子焊接工艺

最近一段时间,国内外文献中都有关于采用微弧等离子焊的论述。作者曾经用工业纯钛BTI—O制的薄板工件(厚度小于1.0毫米)进行了试验研究。 大家都知道,薄板金属焊接的主要困难是不易保证正确的焊缝成形。焊缝的成形取决于焊接熔池的状态,熔池表面有无各种薄膜,熔化金属的容量和被焊边缘的变形等等。当焊接薄板接头(特别是对接接头)时,可能出现烧穿,和由于装配不准确、有间隙而引起的下弯以及焊边翘曲等形式的缺陷。 薄壁金属获得优质焊接接头的主要因素是:1.接头的形式和结构;2.装配和焊接前     

活性剂电弧焊机理的初步研究

本文针对不锈钢活性剂电弧焊过程,分析了不同种类活性剂(含单组分活性剂)对焊缝成形、接头熔深、电弧宏观形态的影响,并采用X射线透射微焦高速录像系统,观测了熔池内部液态金属的流动状态和特征,从而,对于不锈钢活性剂氩弧焊过程中出现的现象和相应的机理有初步的认识.实验结果表明,对比常规氩弧焊,在A-TIG焊接条件下,熔池液态金属流动具有剧烈的向内流动特征.进一步的探索性试验研究表明,活性剂技术--这种在钨极氩弧焊工业应用中已被普遍认可和接受的焊接技术很可能在其他弧焊领域得到更广泛的应用.     

随行辅助预热电子束薄板焊接的数值模拟

电子束焊接薄板过程中,由于局部加热过快,易产生焊接变形。因此,在电子束焊接的主热源两侧引入基于高频扫描技术的电子束辅助热源,进行焊前预热,以达到减小焊接变形的目的。建立了矩形均匀加热辅助热源模型,采用热弹塑性有限元分析方法对1.5mm厚不锈钢薄板随行辅助预热电子束焊接进行数值模拟,并且进行了试验验证。结果表明,焊后残余应力和变形的模拟结果与试验所得结论一致。电子束焊接随行辅助预热方法不仅可以改变熔池前方材料的应力状态,而且当熔池形成瞬间熔池时,还可以减小前方材料的压应力峰值,有利于减小薄板结构的焊接变形。     

航空发动机机匣电子束焊接变形模拟分析与优化

为了对焊接变形进行预测与控制,建立了焊接接头的弹塑性有限元模型,并对电子束热源模型进行了校核,获得了接头焊接位置的塑性应变区域大小;建立了风扇叶片机匣3D壳单元有限元模型,并采用固有应变法对机匣焊接变形进行了模拟计算,获取了焊接过程的变形分布,通过实测机匣变形量并与仿真结果进行对标,验证了模型的准确性;通过对风扇叶片机匣焊接顺序以及焊接熔池宽度等工艺参数的优化,获得了控制风扇叶片机匣焊后变形的最优方案。结果表明:模拟与实测的平均变形误差仅10.3%,基于固有应变法的中心面3D壳单元有限元模型适用于大型复杂薄壁件的电子束焊接变形预测,该方法已得到应用;风扇叶片机匣焊接熔池宽度的优化能够有效控制焊后变形,焊缝上熔池宽度降低为2.7 mm,焊后平均径向变形量降低30%,能够明显降低机匣径向收缩变形,焊接顺序的优化对变形控制效果较差。      

镍基高温合金电子束焊缝形貌预测模型及其验证

针对深熔电子束焊特有的钉形焊缝形貌特征,在综合考虑了熔池和匙孔中能量吸收与再分布效应的基础上,建立了高斯面热源和圆柱体热源组合的移动热输入数值模型。进而利用ANSYS通用有限元软件,对镍基高温合金GH4133电子束焊的完全穿透和部分穿透焊接温度场进行了三维数值模拟,分析中考虑了辐射换热和温度相关材料性能的影响。两种情况下的预测结果与实际接头的焊缝金相轮廓吻合良好,证明了组合热源模型的有效性,为进一步开展热-力-组织多场耦合的准确分析提供了可靠的保证。     

激光焊接过程的流体动力学研究

建立了描述小孔传热的激光深熔焊过程组合体热源模型,使用计算流体力学的控制容积法将控制方程进行离散处理后,采用SIMPLE算法求解了质量守恒、动量守恒和能量守恒方程组,模拟了激光焊接小孔的形状和尺寸以及焊接熔池的流动速度分布.结果显示,焊接小孔的稳定性随着焊接速度的增加而降低,熔池流动速度受Marangoni驱动力的直接影响,模拟焊缝形状和尺寸与实际焊缝吻合良好.     

歼击机座舱盖热力耦合覆盖成形的有限元初步分析

针对覆盖成形过程涉及的大应变变形、温度耦合以及界面摩擦等高度非线性特性,建立了适合于此类问题数值模拟的基于"持续平衡方程"的静力显式有限元模型,并对以聚碳酸酯聚合物板材为歼击机座舱盖的覆盖成形过程进行了有限元初步分析。     

TC4钛合金超塑成形研究现状及其发展展望

介绍了TC4钛合金超塑成形的研究现状,主要内容包括:应变速率敏感性指数m值研究;超塑成形过程中材料组织演变过程及超塑变形机制研究;空洞的演变过程研究,包括空洞形核、长大机制及断裂机制研究;超塑成形与焊接方法的组合成形技术研究,其中着重介绍了超塑成形与扩散连接(SPF/DB)和超塑成形与激光焊接(SPF/LW)的组合应用以及有限元模拟技术在超塑成形中的应用;文章的最后对TC4钛合金超塑成形的发展趋势进行了展望。     

AZ31镁合金搅拌摩擦焊接头焊核区域成型过程及影响因素

接头焊核区域的形成是搅拌摩擦焊接的一个典型特征,其形状和大小对搅拌摩擦焊接头的性能有重要影响。以AZ31镁合金为母材,分析不同焊接参数(包括焊接压力、焊接速度、搅拌头倾斜角)条件下搅拌摩擦焊接头焊核成型的规律及特点,并建立焊核成型过程的简单模型。分析认为焊接压力和搅拌头倾斜角是影响焊核成型的重要因素,而焊接压力决定塑性材料的形成。焊核的形状主要由塑性材料的流动状态决定,搅拌头的形状和焊接速度影响塑性材料的流动,从而影响焊核的成型。掌握FSW焊核成型规律,可以选择合理的工艺参数。     

钛合金线性摩擦焊接头缺陷形成机理分析

采用热力耦合技术,建立了线性摩擦焊过程的有限元模型,计算了焊接温度、应力和变形场,并对温度场进行了试验验证.观测了接头不同缺陷的微观形态,并对其形成机理进行了分析.最后,提出了控制焊接缺陷的措施.     

钛/铝异质金属搅拌摩擦焊技术研究进展

钛合金和铝合金均具有质轻、比强度高和抗腐蚀性能好等优点,已广泛应用于航空航天、军事工业和公共交通等领域,钛/铝异种金属复合结构的连接逐渐成为研究热点。然而,由于物理和化学性能差异明显,钛/铝焊接难度大,存在成形困难、接头性能较差等问题。搅拌摩擦焊作为一种固相焊接方法,对克服异种材料性能差异带来的焊接困难具有极大的优势。本文综述了钛/铝异质金属搅拌摩擦焊的研究现状,主要涉及焊缝成形、焊接参数、力学特征、冶金结合和连接机制等,以及衍生的搅拌摩擦焊新技术,为钛/铝异质金属结构的轻量化设计提供新思路,并对其未来发展进行了展望。     

考虑力/热/结构多场耦合效应的飞行弹道预测

高超声速飞行器气动力/热/结构多场耦合的一个典型效应是热弹性变形,从而引起气动力变化及配平变化,并进一步改变飞行弹道与控制方案。将FL-CAPTER高超声速多场耦合分析软件拓展至飞行力学领域,建立了考虑气动力/热/结构多场耦合效应影响的弹道模拟新方法,并针对给定舵偏角下自主配平控制的助推-压缩楔组合体外形,开展不同耦合时间尺度下的飞行弹道特性研究,初步探讨分析了多场耦合效应对飞行弹道的影响。研究结果表明：对于助推-压缩楔组合体外形,考虑多场耦合效应后,变形将带来配平迎角增大,飞行器升力、阻力同时增大,升阻比降低,弹道飞行高度增加,飞行马赫数降低,航程变短等一系列影响;同时,气动/弹道耦合计算时间步长的选取对弹道仿真结果存在较大影响,当步长选取过大时,会带来非物理振荡,导致计算结果失真;所提出的基于变形量回溯插值技术的双时间步修正方法能够有效提高弹道仿真精度,削弱因时间步长选取过大造成的非物理振荡。相关研究对认识多场耦合效应与飞行弹道的耦合机理及弹道设计等可提供重要参考。     

Research on modeling of heat source for electron beam welding fusion-solidification zone

In this paper, the common heat source model of point and linear heat source in the numerical simulation of electron beam welding (EBW) were summarized and introduced. The combined point-linear heat source model was brought forward and to simulate the welding temperature fields of EBW and predicting the weld shape. The model parameters were put forward and regulated in the combined model, which included the ratio of point heat source to linear heat source Qpr and the distribution of linear heat source Lr. Based on the combined model, the welding temperature fields of EBW were investigated. The results show that the predicted weld shapes are conformable to those of the actual, the temperature fields are reasonable and correct by simulating with combined point-linear heat source model and the typical weld shapes are gained.     

运载火箭铝合金贮箱全搅拌摩擦焊接工艺及应用

搅拌摩擦焊技术具有焊接缺陷少、焊接变形小、接头性能高等优点,是运载火箭铝合金贮箱制造的发展趋势。本文分析了我国运载火箭贮箱的结构组成和主焊缝结构特点,系统梳理并研究了实现贮箱主焊缝全搅拌摩擦焊接制造所需要的关键技术,包括常规搅拌摩擦焊技术、可回抽搅拌摩擦焊技术、超声相控阵检测技术及补焊技术。研究成果已经逐步实现了在运载火箭贮箱筒段纵缝、箱底主焊缝、贮箱总装环缝上的工程化应用。     

激光深熔焊熔池动力学特性理论分析

探讨了激光深熔焊过程中焊接熔池流体流动的各种驱动力,分析了熔池流动热边界层和固液界面粘性边界层的作用,研究了激光小孔出口的等离子体焰流对熔池Marangoni流的影响.     

SiCp/Al的熔化焊及高能束焊研究现状

针对SiCp增强铝基复合材料（SiCp／Al）的熔化焊接，尤其是高能束焊接，围绕焊缝成形、有害相Al4C3生成、焊接气孔等影响该类材料焊接质量的若干问题，从形成机理、影响因素、控制措施等方面，综述了该领域的研究现状，指出了今后的研究方向。     

航空发动机数值仿真试验台建立中几个关键技术问题的讨论

本文主要讨论航空发动机数值仿真试验台建立中几个关键技术问题 :发动机数值仿真试验台建立的目标与基本要求 ;发动机三维多功能数值仿真数学模型、精度可靠性与并行算法 ;部件与发动机数值仿真试验台集成软件包 ;发动机仿真软件平台的框架 ;发动机三维数值仿真硬件系统。只有系统解决上述六个问题才能顺利建立这一仿真试验台。