电弧焊接数值模拟中热源模型的研究与发展 被引量：18

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作者 朱志明 符平坡 +1 位作者 杨中宇 郭吉昌 《工程科学学报》 EI CSCD 北大核心 2018年第4期389-396,共8页

焊接过程的数值模拟作为一种有效的计算手段,在焊接温度场及残余应力分布的评价中获得了广泛应用,而焊接热源模型的选择及模型参数的确定直接影响到计算和评价结果的准确性.本文通过对近年来常用的电弧焊接热源模型进行梳理,介绍了其研... 焊接过程的数值模拟作为一种有效的计算手段,在焊接温度场及残余应力分布的评价中获得了广泛应用,而焊接热源模型的选择及模型参数的确定直接影响到计算和评价结果的准确性.本文通过对近年来常用的电弧焊接热源模型进行梳理,介绍了其研究进展,分析了不同热源模型的特点及适用性.高斯面热源模型和双椭球体热源模型作为基础热源模型,广泛应用于较小尺寸工件和规则轨迹的焊接过程数值模拟,且具有较高的计算精度;简化热源模型和温度替代型热源模型多用于大厚工件的多层多道焊接及复杂轨迹焊接过程的数值模拟,能够实现效率和精度的统一;多丝电弧焊接热源较为复杂,采用修正后的双椭球体叠加热源模型,计算结果能保证一定的精度;结合型热源模型对熔池形状的描述更灵活,在深熔电弧焊的数值模拟中具有优势.本文可为电弧焊接过程数值模拟的热源模型选择和模型参数确定提供有益参考. 展开更多

关键词 电弧焊接 数值模拟 基础热源模型 简化热源模型 多丝电弧 温度替代 结合型热源模型

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S355钢激光-MIG复合焊接头显微组织和残余应力 被引量：18

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作者 严春妍 易思 +2 位作者 张浩 张可召 顾正家 《焊接学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第6期12-18,I0001,I0002,共9页

采用激光-MIG(metal inert gas welding,MIG)复合焊接方法对12 mm厚S355钢板进行焊接,分析了9 kW激光功率下复合焊接头显微组织和硬度分布规律.建立了适合低合金高强钢激光-MIG复合焊接的双椭球+三维锥体复合热源模型来描述复合热源的... 采用激光-MIG(metal inert gas welding,MIG)复合焊接方法对12 mm厚S355钢板进行焊接,分析了9 kW激光功率下复合焊接头显微组织和硬度分布规律.建立了适合低合金高强钢激光-MIG复合焊接的双椭球+三维锥体复合热源模型来描述复合热源的能量分布,采用SYSWELD软件计算了1.0,1.5,2.0 m/min三种焊接速度下激光-MIG复合焊的温度场和接头的残余应力,分析了焊接速度对焊接过程的温度场和残余应力分布的影响.结果表明,三种焊接速度下粗晶热影响区(coarse grained heat affected zone,CGHAZ)的组织为马氏体,接头的硬度水平较高,最高硬度均在350 HV以上.焊接速度增加,熔池最高温度下降,焊后冷却速度增加.等效残余应力水平较高,HAZ位置出现了应力集中;随着焊接速度增加,等效残余应力、纵向残余应力、横向残余应力和厚度方向的残余应力峰值均上升;但焊接速度从1.5 m/min增加到2.0 m/min时,各应力分量的拉应力峰值上升较少,而压应力峰值显著上升. 展开更多

关键词 激光电弧复合焊 复合热源模型 显微组织 温度场 残余应力

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X80管线钢多道激光-MIG复合焊残余应力分析 被引量：17

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作者 严春妍 张浩 +3 位作者 朱子江 张可召 顾正家 王宝森 《焊接学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第9期28-34,41,I0002,I0003,共10页

采用试验和数值模拟结合的方法对X80管线钢多道激光-MIG复合焊焊接过程的温度场和焊接残余应力场进行了研究,分析了激光功率对复合焊接头的显微组织、温度分布和残余应力分布的影响规律.结果表明,激光功率增加,熔池最高温度明显上升,焊... 采用试验和数值模拟结合的方法对X80管线钢多道激光-MIG复合焊焊接过程的温度场和焊接残余应力场进行了研究,分析了激光功率对复合焊接头的显微组织、温度分布和残余应力分布的影响规律.结果表明,激光功率增加,熔池最高温度明显上升,焊后冷却速度下降;粗晶热影响区组织中粒状贝氏体、针状铁素体增加,条状贝氏体减少.X80管线钢激光-MIG复合焊接头残余应力水平较高,纵向残余应力、横向残余应力和厚度方向残余应力的拉应力峰值均出现在焊缝区.激光功率在2.0~3.5 kW范围时,等效残余应力、纵向残余应力、横向残余应力和厚度方向残余应力的峰值随着激光功率增加均出现下降趋势.但激光功率从3.5 kW上升至4.0 kW时,各应力的峰值有所上升. 展开更多

关键词 激光电弧复合焊 复合热源模型 显微组织 温度场 残余应力

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SUS310S不锈钢局部真空电子束焊接接头残余应力及变形研究 被引量：10

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作者 胡兴 彭昭成 +3 位作者 冯广杰 李索 邓德安 袁军 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第21期38-47,共10页

作为一种新型焊接方法,局部真空电子束焊接常被用于制造厚大的奥氏体不锈钢焊接接头,而该类接头的焊接残余应力和变形问题受到广泛关注。对板厚40mm的SUS310S不锈钢局部真空电子束焊接的对接接头进行了研究,并利用光学显微镜表征接头的... 作为一种新型焊接方法,局部真空电子束焊接常被用于制造厚大的奥氏体不锈钢焊接接头,而该类接头的焊接残余应力和变形问题受到广泛关注。对板厚40mm的SUS310S不锈钢局部真空电子束焊接的对接接头进行了研究,并利用光学显微镜表征接头的组织形貌,利用显微硬度计测量接头的硬度分布,采用盲孔法装置和三坐标测量仪测量了接头的残余应力与面外变形。同时,基于ABAQUS有限元软件平台,通过编写用户子程序开发了一种复合热源模型来模拟局部真空电子束焊接过程中的热输入。采用所开发的"热-弹-塑性有限元"计算方法,模拟了接头在局部真空电子束焊条件下的残余应力与变形,模拟结果与试验结果吻合良好,验证了所开发的"热-弹-塑性有限元方法"的有效性。同时基于数值模拟结果,还详细讨论了局部真空电子束焊厚板对接接头的残余应力分布与焊接变形特征。 展开更多

关键词 局部真空电子束焊 SUS310S不锈钢 复合热源模型 焊接残余应力 焊接变形

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组合热源模型在焊接模拟中的应用现状与展望 被引量：6

5

作者 徐洲 李晓延 +1 位作者 王小鹏 王海东 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第6期148-153,共6页

数值模拟技术能够快速全面地分析焊接过程,在焊接相关研究中应用愈加广泛。焊接过程中,焊接热输入决定着焊接温度、应力等的分布情况,因此焊接热输入的准确表达在模拟准确度中占据着最重要的地位。当前,描述焊接热输入的工作由模拟中代... 数值模拟技术能够快速全面地分析焊接过程,在焊接相关研究中应用愈加广泛。焊接过程中,焊接热输入决定着焊接温度、应力等的分布情况,因此焊接热输入的准确表达在模拟准确度中占据着最重要的地位。当前,描述焊接热输入的工作由模拟中代入的热源模型完成,其中包含有多个单一热源的组合热源模型因使用灵活而备受关注。组合热源模型的灵活性来源于其可以是任意单一热源模型的组合,但这也带来了其构成选择的困难。理论上看,组合热源模型的构成是无穷无尽的,只有根据焊接情形准确确定热源构成,才能体现组合热源模型的优势。此外,使用组合热源模型时增加了热源模型参数,既有单一热源模型中存在的形状参数,还包括决定总的焊接能量在组合热源模型中如何分配的能量系数。这些参数应该如何调整和确定,是使用组合热源模型时必须要面临的问题。在不同的焊接情形下,研究者们已经使用过面热源+体热源、体热源+体热源等多种多样的构成搭配。使用组合热源模型的目的可以分为两类:(1)使用组合热源模型来模拟单一热源模型难以表达的熔池形状;(2)使用组合热源模型来对应实际焊接热源的不同部分。在这些工作中,组合热源模型的应用提高了模拟的准确度。在调整热源参数的研究中,可采用观察模拟熔池形状、实验测量和模拟经验等方法确定热源的能量分配系数;为了提高热源形状参数调整的效率,在试错法的基础上,数字图像识别技术、自动校准程序等的出现加强了计算机技术的应用。此外,也可以在设计热源模型时考虑减少形状参数的数量。本文从熔池形状和能量分布两方面介绍了目前使用的组合热源模型的构成,然后综述了热源参数的校准方法,最后总结了组合热源模型的三个应用场景,并指出未来应在模型设计和参数调整中� 展开更多

关键词 焊接 数值模拟 组合热源模型 热源模型参数

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基于组合热源模型的激光深熔焊数值模拟 被引量：6

6

作者 王慧 兰箭 华林 《武汉理工大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2014年第11期39-45,共7页

针对激光深熔焊"螺钉"状焊缝截面,构造了高斯面热源和双椭球体热源叠加的组合热源模型。利用有限元分析软件ABAQUS和FORTRAN语言编写的用户子程序,实现了组合热源的加载,对激光深熔焊温度场进行了数值模拟。温度场结果表明,... 针对激光深熔焊"螺钉"状焊缝截面,构造了高斯面热源和双椭球体热源叠加的组合热源模型。利用有限元分析软件ABAQUS和FORTRAN语言编写的用户子程序,实现了组合热源的加载,对激光深熔焊温度场进行了数值模拟。温度场结果表明,激光焊是快速加热和冷却的过程,且焊接工艺参数对熔池最高温度有一定影响。此外,分析了基于该组合热源模型所得的温度场与焊缝微观组织及显微硬度的关系,焊缝边缘的温度梯度比焊缝中心大,焊缝边缘处为柱状晶,而焊缝中心为等轴晶,焊缝的显微硬度比母材高。模拟所得熔池形状与试验中焊缝形状吻合较好,该模型能为激光焊工艺参数的预选和优化提供依据。 展开更多

关键词 激光深熔焊 组合热源模型 数值模拟 温度场 微观组织

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基于组合热源模型的波导管火焰钎焊数值模拟 被引量：1

7

作者 张春 牛子良 张满意 《热加工工艺》 北大核心 2021年第11期157-160,共4页

单一热源模型通常很难准确地反映具有复杂结构焊接件的焊接温度场。以薄壁波导管火焰钎焊为例,提出了一个描述火焰钎焊体、面组合的高斯热源模型,焊接件薄壁处采用高斯面热源模型,厚壁处采用高斯体热源模型。根据此热源模型,利用有限元... 单一热源模型通常很难准确地反映具有复杂结构焊接件的焊接温度场。以薄壁波导管火焰钎焊为例,提出了一个描述火焰钎焊体、面组合的高斯热源模型,焊接件薄壁处采用高斯面热源模型,厚壁处采用高斯体热源模型。根据此热源模型,利用有限元分析软件MSC.Marc和FORTRAN语言编写的热源模型用户子程序,计算了波导管的焊接温度场、应力场和变形。最后对波导管火焰钎焊的仿真变形与实验变形进行比较,结果表明,组合热源模型能够比较准确地模拟波导管火焰钎焊过程。 展开更多

关键词 火焰钎焊 组合热源模型 薄壁波导管 有限元分析

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Q420钢摆动式焊接接头温度场的数值模拟

8

作者 张超华 叶延洪 +2 位作者 王腾 赵楠 孔繁荣 《热加工工艺》 CSCD 北大核心 2018年第7期218-221,共4页

为了研究摆动式焊接接头的温度场,以有限元软件ABAQUS为平台,采用复合热源模型模拟了低合金高强钢Q420摆动式焊接接头的温度场。同时采用试验测量了焊接接头典型位置的热循环曲线,并观察了接头焊缝的宏观截面形状。结果表明,计算得到的... 为了研究摆动式焊接接头的温度场,以有限元软件ABAQUS为平台,采用复合热源模型模拟了低合金高强钢Q420摆动式焊接接头的温度场。同时采用试验测量了焊接接头典型位置的热循环曲线,并观察了接头焊缝的宏观截面形状。结果表明,计算得到的热循环曲线与实测结果吻合良好,复合热源模型不仅模拟出了焊缝成形系数大的熔池形状特征,还准确地模拟出焊缝的下坠区域,验证了复合热源模型模拟摆动式焊接接头温度场的准确性。 展开更多

关键词 Q420 摆动式焊接 复合热源模型 温度场

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焊剂片约束电弧焊T形接头温度场有限元模拟

9

作者 冯睿 王磊 +2 位作者 陆万全 王光宇 乔及森 《兰州理工大学学报》 CAS 北大核心 2022年第5期1-7,共7页

为了研究构成I型金属三明治板的基本焊接单元T形接头在焊剂片约束电弧焊(flux bands constrained arc,FBCA)作用下的温度场分布规律,以非线性有限元软件ABAQUS为平台,开发了适用于FBCA焊接T形接头温度场计算的有限元方法.对比了计算结... 为了研究构成I型金属三明治板的基本焊接单元T形接头在焊剂片约束电弧焊(flux bands constrained arc,FBCA)作用下的温度场分布规律,以非线性有限元软件ABAQUS为平台,开发了适用于FBCA焊接T形接头温度场计算的有限元方法.对比了计算结果与测量结果的同时,研究了面板与芯板各自路径上的热量分布情况.结果表明:FBCA焊T形接头面板部位温度场沿焊缝中心呈对称分布,接头热量主要集中作用于面板处.采用复合热源模型计算所得特征点热循环曲线分布规律与实际红外热像仪测量结果重合度较高,计算所得焊缝截面温度分布形貌和热影响区宽度与实际接头形貌相吻合,有效验证了复合热源模型计算FBCA焊接T形接头温度场的准确性. 展开更多

关键词 焊剂片约束电弧焊 复合热源模型 焊接温度场 数值模拟

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6061-T6铝合金薄板双脉冲MIG焊动态组合热源模型 被引量：1

10

作者 陈鑫 杨立飞 +2 位作者 王佳宁 张冠宸 司徒德蓉 《湖南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第12期83-91,共9页

为准确得出铝合金薄板双脉冲熔化极惰性气体保护焊(双脉冲MIG焊)焊接温度场分布特征,提出一种基于铝合金薄板全熔透焊接热量分布及焊缝成形特点的动态组合热源模型,通过编写子程序,对有限元软件进行二次开发,实现动态组合热源模型在空... 为准确得出铝合金薄板双脉冲熔化极惰性气体保护焊(双脉冲MIG焊)焊接温度场分布特征,提出一种基于铝合金薄板全熔透焊接热量分布及焊缝成形特点的动态组合热源模型,通过编写子程序,对有限元软件进行二次开发,实现动态组合热源模型在空间上的分布加载,得出仿真过程焊缝形貌及温度场分布特征.对2 mm厚6061-T6铝合金薄板进行双脉冲MIG焊对接焊接实验,得出焊缝形貌特征并记录测温点温度数据,绘制测温点的热循环曲线.对比仿真与实验结果发现,对于铝合金薄板全熔透焊接,利用动态组合热源模型得出的焊缝形貌与实际焊缝形貌拟合较好,温度场仿真误差在允许范围内,最大误差点出现在距焊缝20 mm处,最大误差为12.25%. 展开更多

关键词 双脉冲MIG焊 铝合金 温度场 动态组合热源模型 熔滴过渡

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结构件焊接残余应力的热弹塑性有限元分析 被引量：1

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作者 吴振 王发展 +1 位作者 安高灵 丁蒲刚 《热加工工艺》 CSCD 北大核心 2015年第13期201-204,207,共5页

运用有限元软件Marc,采用本文建立的分段移动温控式组合型热源模型作为焊接热源,利用一系列减少步长数、增强收敛等技术,在保证较高精度的前提下,高效地完成了挖掘机动臂热弹塑性有限元分析,预测了挖掘机动臂残余应力,并与实测结果进行... 运用有限元软件Marc,采用本文建立的分段移动温控式组合型热源模型作为焊接热源,利用一系列减少步长数、增强收敛等技术,在保证较高精度的前提下,高效地完成了挖掘机动臂热弹塑性有限元分析,预测了挖掘机动臂残余应力,并与实测结果进行比较分析。结果表明,分段移动温控式组合型热源模型具有操作简便、计算效率高、模拟精度高的特点,其获得的残余应力分布和大小与实测结果十分吻合,为调整残余应力提供了理论依据。 展开更多

关键词 挖掘机动臂 焊接残余应力 分段移动温控式组合型热源 MARC

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