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。     

激光焊接温度场数值模拟

建立焊接的温度场控制方程、小孔传热模型、求解方法、初始条件及边界条件的数学模型。在此基础上利用有限元系统软件ANSYS/Thermal模块,对激光焊的数学模型进行计算,并且获得了焊接过程的温度变化曲线及焊件整体瞬态温度场分布。     

工艺技术

焊接高强度铝合金时减少热裂纹的技术在气体保护钨极弧焊接（GTAW）高强度铝合金2024时采用了在焊枪后面增加移动热沉（急冷源）的方法，可减少甚至消除热裂纹。这是在采用先进的有限元分析和系统试验的基础上进行的。有限元分析法用于研究焊接过程中在脆性温度范围内（BTR）焊接金属时的热机械性能。传统GTA焊接铝合金时在熔池后面发现了BTR内的拉伸变形区。如果不能进一步改进焊接金属热延展性，那么要减少热裂纹就必须消除熔池后面的拉伸变形区，或把它减少到满意的程度。采用计算模型发现，通过使用焊弧后面的相隔一定距离的移动…     

热源同轴辅助搅拌摩擦焊热过程数值分析

针对空间环境焊接修复与组装需求,提出热源辅助固相焊接方法,以避免高真空与微重力空间环境的不利影响。该辅助热源采用激光同轴加热中空搅拌头,间接为焊缝提供热输入。在对激光束于搅拌头小孔中的反射与吸收行为进行分析的基础上,建立复合焊接热源模型,对复合焊接过程温度场进行了数值计算。分析结果表明,加入激光辅助热源能将焊缝最高温度从394℃提高到511℃,激光热量主要加热搅拌针周围的材料,具有局部加热的特点;在相同条件下,辅助热源提高了焊接热输入,焊缝金属软化程度增加,为降低焊接作用力和提高焊接速度提供条件;仿真结果与实测结果对比的一致性说明复合焊接分析模型能够用于预测焊接过程的温度场,为优化工艺参数提供理论依据。     

中厚板的高功率激光焊接

研究和应用结果表明,采用高功率激光焊接技术可实现高速、极小焊后变形的中厚板焊接,焊接接头质量良好,某些钢种的激光焊缝和热影响区表现出远优于常规焊接的冲击韧性,为激光焊接在重大装备制造中的应用提供了有力的支撑.随着高功率激光焊接的优越性逐渐得到业内的认可,高功率激光焊接工艺必将在重大装备的中厚板焊接甚至厚板焊接中得到更为深入的应用.     

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.     

激光-GMAW复合热源焊接熔池-小孔行为分析

掌握和深入理解激光-GMAW复合热源焊接过程中的熔池与小孔行为,是实现复合热源焊接工艺参数优化并将其应用于实际工程的前提.综合考虑激光和电弧的热-力作用以及熔滴过渡带入熔池的质量、热量和动量,建立了激光-GMAW复合热源焊接过程的数值分析模型.定量分析了复合热源焊接过程中熔池流体流动与传热过程以及小孔的动态行为.数值分析结果表明,小孔壁面上各种力相互作用和影响,在小孔前/后壁上会周期性地出现微小凸台,小孔孔道处于短暂瞬间闭合与重新张开的瞬时演变状态.熔滴冲击造成的熔池凹陷与小孔周期性合并与分离,加剧了小孔的不稳定性.熔池内形成两个方向相反的涡流,并在电弧下方附近发生交汇.     

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.     

脉冲激光热传导焊接技术在石英挠性加速度计 组件装配连接上的应用研究

在不改变激光重复频率、焊接速率、脉冲宽度、离焦量等参数的情况下,只改变峰值功率,采用Nd:YAG脉冲激光对石英加速度计表芯装配组件进行热传导焊接,通过X射线显微镜和超声波无损检测系统对焊接样件的焊缝形态与焊接质量进行检测分析,并对样件拉伸强度进行测试.结果表明:脉冲激光热传导焊接中的热输入量对焊缝形态和焊接质量有直接的影响,较低的热输入量可以实现边界轮廓整齐、表面光亮、热影响区较小、残余应力较低的焊缝形态,并且没有裂纹缺陷,同时焊接样件的拉伸强度是环氧胶粘接样件的3倍以上.因此,脉冲激光热传导焊接技术在组件装配连接上的应用具有潜在的优势.     

较小功率脉冲YAG激光填丝焊接技术的研究

介绍了利用较小功率脉冲YAG激光做热导焊接的激光填丝焊接技术;并讨论了微型结构件的激光 填丝焊接方法;给出了利用脉冲YAG激光做微型结构件的激光填丝焊接的较佳焊接工艺。     

钛合金焊接件疲劳寿命估算

基于有限单元法理论，采用ANSYS有限元分析软件，对航空发动机中常用钛合金焊接试件进行应力应变分析，得到了焊接接头的等效应力场和应变场，并确定出试件等效应力集中系数Kf，运用局部应力-应变法对光滑焊接试件估算疲劳寿命，并采用成组试验法对计算结果进行验证和分析。     

金属壳体支座角焊缝应力场数值模拟

文摘针对某固体发动机金属壳体支座焊接过程及热处理过程,利用通用ANSYS有限元分析软件对不同尺寸支座角焊缝应力场进行模拟计算。结果表明:支座焊后的应力主要集中在角焊缝热影响区处,应力水平较高,且随着支座尺寸的增加,残余应力显著增加;壳体经过退火和调质热处理后,角焊缝残余应力得到重新分布,整体残余应力较小。     

广义有限元法计算飞机开口裂纹应力强度因子

机身开口圆角损伤可能逐渐形成裂纹从而严重影响飞机使用安全,为此对圆角裂纹进行剩余强度估算显得十分重要。使用Williams位移场广义有限元法进行裂尖单元加强,并对裂尖区域应用放射形网格划分技术,编写广义有限元法的MATLAB程序,研究并计算飞机舱门开口圆角裂纹的应力强度因子。结果表明：在裂纹分析上,广义有限元法较常规有限元法具有更好的适应性和更高的精度。     

复合喷管热结构耦合计算的一种新的策略

基于流固耦合完成复合喷管流动换热、传热过程温度场的数值模拟,编写了计算流体力学(CFD)与有限单元法(FEM)的接口程序,快速实现温度载荷和机械载荷数据的传递,提出了复合喷管热结构耦合计算一种新的策略。利用直接约束法考虑了复合喷管部件界面间高温碳化带来的结构边界非线性因素。计算结果表明耦合方法得到的复合喷管温度场是合理的,高温下界面间结构功能退化问题对于变形特征以及应力场影响很显著。     

位标器陀螺电磁场有限元分析及电磁环境设计

本文针对位标器陀螺的基本工作原理和使用环境,利用ANSOFT软件,对陀螺电磁场进行了有限元分析,并根据电磁场分布的特点及陀螺对电磁环境的特殊要求,在红外探测器和陀螺主轴承外围分别设计了屏蔽罩和屏蔽环,使陀螺内外部的电磁环境得到了优化,最终的分析验证取得了满意的结果,表明该优化方案有效可行。     

选区激光熔化成型悬垂结构特征模拟分析

针对选区激光熔化成型悬垂结构过程进行温度场与应力场模拟。利用有限元分析软件建立三维瞬态选区激光熔化成型悬垂结构的过程模型,分析加工过程温度场应力场分布情况及变化趋势。针对不同激光功率与扫描速度对悬垂结构成型质量的影响进行仿真分析与实验验证。分析结果表明,在选区激光熔化成型悬垂结构过程中,在激光扫描悬垂位置时熔池温度值明显高于激光扫描打印件中心位置时的熔池温度,成型件与基板接触的边角位置具有最大的残余应力,悬垂结构位置出现明显变形,在激光功率与扫描速度比值不变情况下,激光功率越大,悬垂结构位置变形越大。     

激光冲击残余应力场的有限元分析

建立模拟激光冲击残余应力场的非线性弹塑性有限元模型,预测AISI 304奥氏体不锈钢厚、薄靶材经激光冲击后表面以及内部的残余应力场分布.模拟过程中,考虑材料高应变率(106s-1)下的力学性能和激光诱导冲击波的精确加载,分析激光功率密度、激光光斑尺寸、激光脉宽、激光冲击次数、激光单面与双面冲击等激光冲击参数以及初始残余应力等因素对不锈钢靶材残余应力分布的影响.数值模拟结果与X射线衍射法测量值吻合较好.在有初始残余拉应力(250MPa)存在的情况下,激光冲击仍能使304奥氏体不锈钢靶材形成残余压应力层,说明激光冲击工艺可提高奥氏体不锈钢焊接构件的抗应力腐蚀开裂能力.     

Neumann 随机有限元法计算涡轮叶片的可靠度

推导了具有随机性时Ｎｅｕｍａｎｎ随机有限元法的基本方程,用级数来拟合结构响应的概率密度函数,并通过数值积分计算结构的可靠度。对涡轮叶片的可靠度分析表明,该方法可利用较小的样本容量获得较高的计算精度,并具有较高的计算效率。     

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.     

厚板多层多道焊的数值模拟分析

在建立厚板多层多道焊的三维有限元数值分析模型的基础上,利用ANSYS软件中的单元“生死”技术处理多层多道焊问题,模拟得到了厚板多层多道焊时的温度场分布规律,并利用红外热像仪实时测定了实际焊接过程的温度场。比较实测温度场和模拟温度场的结果表明,模拟结果与试验结果基本吻合,证明所建数值模型是正确的。