GH909电子束焊接温度场的有限元分析

采用MARC有限元分析软件对GH909电子束焊接热过程进行了数值模拟.针对电子束焊不同于普通电弧焊的特殊加热方式,提出了小孔内壁受热的能量输入模式.与工件表面高斯分布的能量输入模式相比,该模式考虑了小孔形成对能量吸收的影响,因此所得到的模拟结果更好地反映了电子束焊缝的形状特点.     

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。     

钛合金平板电子束焊接残余应力数值分析

本文建立了钛合金平板移动电子束热源的焊接温度场和应力场的数值分析模型 ,针对 6mm厚的TC1 1钛合金平板试件 ,计算分析 3种不同工艺参数的电子束焊接温度场及残余应力分布规律 ,结果表明对于平板电子束焊接接头 ,在焊缝及近缝区的很窄的区域内 ,存在数值接近材料屈服极限的纵向残余应力 ,焊接工艺不同将会影响残余应力的数值 ,采用正面焊透加背面修饰的焊接工艺可在一定程度上降低纵向残余应力的数值。     

焊接顺序对TA15钛合金壁板焊接变形的影响

建立了TA15钛合金壁板焊接有限元模型,利用热弹塑性有限元法分析了焊接顺序对壁板变形的影响。通过对比焊缝截面宏观形貌和残余应力,建立了TIG穿透焊焊接工艺的双椭球热源模型,进而模拟了5种焊接顺序下壁板变形情况。结果表明:按从一侧开始的顺序进行焊接时,下壁板中部边缘凸起,最大变形量为3.9mm;采用对称施焊,可有效地控制壁板变形量。     

TC4钛合金薄板多束流电子束焊接变形控制研究

采用电子束高频偏转扫描技术实现了多束流电子束焊接,在焊接的同时增加两个辅助电子束热源进行TC4钛合金薄板的焊后缓冷,利用辅助热源在焊缝两侧产生的热应力来改变焊件的应力分布,达到减小焊后应力、控制焊接变形的目的。重点研究了辅助热源位置和能量分配等工艺参数对焊接变形的影响。实验结果表明,采用辅助热源进行焊后缓冷可以有效减小焊接变形,当D=5mm,H=10mm,电子束束流为9.3m A,能量分配为16.25%时,1mm厚的TC4钛合金薄板焊接变形最小。     

TC4钛合金薄板多束流电子束焊接变形控制研究

采用电子束高频偏转扫描技术实现了多束流电子束焊接,在焊接的同时增加两个辅助电子束热源进行TC4钛合金薄板的焊后缓冷,利用辅助热源在焊缝两侧产生的热应力来改变焊件的应力分布,达到减小焊后应力、控制焊接变形的目的。重点研究了辅助热源位置和能量分配等工艺参数对焊接变形的影响。试验结果表明,采用辅助热源进行焊后缓冷可以有效减小焊接变形,当D=5mm,H=10mm,电子束束流为9.3m A,能量分配为16.25%时,1mm厚的TC4钛合金薄板焊接变形最小。     

铝合金动态控制低应力无变形（DC - LSND）MAG 焊焊接过程模拟

对动态控制低应力无变形（dynamically controlled low stress no - distortion,DC - LSND）铝合金 MAG 焊进行了数值仿真,利用数值仿真模型并结合优化算法对热沉参数进行了优化分析。通过对有限元软件的二次开发,实现了焊接热源程序的加载和热沉过程的加载。对比正常焊接过程,采用热沉实现了随焊激冷法后焊接残余应力降低。在其他条件热沉不变的条件下,随着热沉强度的增大,残余应力显著降低。在热沉强度不变的情况下,热沉与热源距离在30 mm 左右时,应力降低效果最为明显。     

基于Tanaka-Mura模型的电子束焊接头疲劳裂纹萌生模拟

为揭示高温合金电子束焊接头的疲劳特性,对其开展了疲劳裂纹萌生数值模拟研究。考虑焊缝区微观组织特性,对Voronoi图法进行改进,建立了焊缝区包含柱状晶、细等轴晶及粗等轴晶的混合晶区微观组织模型;对ABAQUS进行二次开发,考虑晶粒随机取向,生成晶粒多滑移带模型。基于Tanaka-Mura位错滑移模型,编写了疲劳裂纹萌生算法,考虑晶界处裂纹的连接与合并,对算法进行了改进,并结合有限元计算建立了电子束焊接头疲劳裂纹萌生数值模拟方法。基于上述方法对GH4169电子束焊接头不同载荷大小的疲劳裂纹萌生进行数值模拟,分析了裂纹萌生过程及萌生寿命,并与试验结果进行对比验证;还探讨了不同热影响区晶粒尺寸对焊接接头疲劳裂纹萌生的影响规律。结果表明,电子束焊接头疲劳裂纹均萌生于热影响区,但随着载荷水平的提高,萌生位置向熔合区一侧靠近;当热影响区晶粒尺寸与母材区晶粒尺寸越接近时,接头疲劳寿命越长。     

10mm厚TC11钛合金电子束焊接熔池传热与流动行为研究

采用ANSYS软件中的Flotran模块,建立了基于高斯面热源与峰值热流递增的旋转体热源相结合的新型复合热源模型,合理地模拟了10mm厚TC11钛合金平板的电子束焊接熔池传热与流动行为。结果表明:计算熔池边界与真实焊缝的熔合线轮廓吻合较好,均呈现电子束焊接典型的"钉子形"焊缝。     

TC17钛合金焊接接头组织与力学性能分析

对TC17钛合金薄板采用氩弧焊和电子束焊两种焊接方法焊接,进行了拉伸试验,结合拉伸试验结果与断口形貌,对比分析了力学性能与焊接接头组织之间的联系。研究结果表明,TC17钛合金在经历TIG焊接热循环后,焊缝及靠近焊缝的热影响区晶粒粗化,电子束焊接头热影响区较窄且没有粗晶区形成;两种焊接试样抗拉强度均与母材等强;相对延伸率有所降低,主要是热影响区及焊缝的组织变化所致;氩弧焊焊缝组织较不均匀性更为显著。     

双焦点激光-TIG电弧复合焊接工艺

针对1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢的双焦点激光-TIG电弧复合热源焊接工艺进行了初步的研究.通过试验分析了双焦点激光-TIG电弧复合焊接过程中激光功率、电弧电流、热源间距以及焊接速度等工艺参数对焊缝熔深、熔宽的影响.结果表明,双焦点激光-TIG电弧复合热源在一定程度上可以提高焊接速度、焊接质量,降低装配精度,是一种很有应用前景的焊接工艺方法.     

辅助冷、热源防止焊缝凝固裂纹的研究

控制焊缝凝固时所受的拉伸应变是防止焊缝凝固裂纹产生的有效方法之一。利用数值模拟和试验研究了施加辅助冷、热源改变焊接温度场，减少焊缝所受的拉伸应变的规律以及施加冷、热源后对焊接接头组织和硬度的影响。研究表明：辅助热源的能量密度及施加位置合适时，可以有效地降低拉伸应变，防止凝固裂纹产生；施加辅助冷源也可以降低焊缝所受的拉伸应变，但效果不如辅助热源显著；在本试验条件下施加辅助冷、热源对焊接接头的组织影响不大，对硬度也无明显的影响。     

YAG激光全熔透焊接304不锈钢的熔池温度场预测

基于Rosenthal的移动线热源模型,通过与高速摄像对焊接过程中熔池特征量的测量结果对比,获得了YAG激光全熔透焊接304不锈钢时熔池特征量及温度场分布的预测模型。结果表明,在一定热输入范围内,计算与试验结果符合得很好,但当热输入使熔透焊接过程处于过度熔化和临界熔透时,计算值与试验值的偏差会变大。     

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.     

TA15钛合金电子束焊缝形貌及其组织研究

采用不同工艺参数对TA15钛合金进行电子束焊接,通过观察焊缝形貌、测量其形状参数研究了焊接接头形貌的变化规律,并分析了焊接接头组织。结果表明:增大电子束流时,熔深、半熔深熔宽、焊缝宽度都增大,焊缝横截面的形状从"钉形"转变为"钟罩形";增大焊接速度,对焊缝形状影响不大,熔深、半熔深熔宽及焊缝宽度均减小,深宽比先增大后减小;聚焦电流的增大对熔深作用较明显,半熔深熔宽及焊缝宽度变化不大;扫描幅值的增加使焊缝熔深减小,半熔深熔宽增大。靠近母材的热影响区组织与母材组织相近,主要由初生等轴状α相及转变β相组成,并出现针状(α+β);靠近熔合线的组织由α相和针状(α+β)相构成,并出现α'马氏体;熔合区组织由α'组成,熔合线周围柱状晶垂直于焊缝中心生长,并在焊缝中心形成单列或多列的等轴状晶。     

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.     

Estimation of moving heat sources with a three-dimensional unsteady inverse method

This study aims at estimating a moving heat source with a three dimensional inverse model and a high spatial resolution. In order to cope with the large amount of computations required in the three dimensional case, a linear unsteady inverse model based on the principle of superposition has been made. Two concepts are used to reduce the computation time: the first is linked to the diffusion time of the heat, and the second to the redundancy of information. Firstly, numerical tests are presented. Then, a laboratory experiment, consisting in the estimation of the flux of a moving laser beam, is described.     

活性化焊剂对堆焊焊缝熔深的影响

在采用TIG焊接方法时，在奥氏体不锈钢的表面涂敷一层活性化焊剂进行焊接，会影响焊缝熔深的变化。研究结果表明：在相同焊接工艺参数下，与普通TIG焊相比，涂敷活性化焊剂对焊缝熔深有一定的影响，A—TIG焊的焊缝熔深要明显大于普通TIG焊的焊缝熔深，并且不同的活性化焊剂成分对焊缝熔深有不同的影响，活性化焊剂F5可使堆焊焊缝熔深达到6．39mm。