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基于改进热源模型的铝合金MIG焊数值分析

焊接学报 2023年第2期44卷 111-116,128,I0009,I0010页

作者：孙振邦刘乐乐童嘉晖韩永全陈芙蓉内蒙古工业大学呼和浩特010051 先进轻金属材料开发与加工防护教育部工程研究中心呼和浩特010051 内蒙古北方重工业集团有限公司包头014033

采用CMOS高速摄像机检测和分析铝合金熔化极气体保护焊(MIG焊)熔滴过渡行为,确定MIG焊熔滴的过渡频率和速度.在理论分析MIG焊热源特性、热作用模式以及焊缝形貌前提下,从宏观焊接热过程出发,提出并开发了适用于MIG焊的组合体积热源分布... 详细信息

采用CMOS高速摄像机检测和分析铝合金熔化极气体保护焊(MIG焊)熔滴过渡行为,确定MIG焊熔滴的过渡频率和速度.在理论分析MIG焊热源特性、热作用模式以及焊缝形貌前提下,从宏观焊接热过程出发,提出并开发了适用于MIG焊的组合体积热源分布模式,MIG焊电弧被处理描述为经典的双椭球体热源模型,熔滴能量作用模式被表示成均匀球体热源模型.同时,在均匀球体热源模型中加入了熔滴热能和动能,实现了熔滴对MIG焊熔池冲击作用的影响.基于上述热源模型,建立了铝合金MIG焊温度场有限元模型,对厚板铝合金MIG焊温度场进行了模拟.结果表明,模拟获取的焊缝熔合线走势及形貌和实际焊接结果相吻合,证明开发的热源模型能够准确描述MIG焊指状熔深特性和热传导过程.

关键词：铝合金热源模型温度场数值模拟

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几种常见焊接工艺热源模型的研究进展

材料热处理学报 2023年第5期44卷 25-38页

作者：洪小龙黄本生李天宁黄思语西南石油大学新能源与材料学院四川成都610500 西南石油大学能源装备研究院四川成都610500 中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室四川成都610041

焊接数值模拟通过对复杂或不可观察的现象进行定量分析和对极端情况下尚不知的规律进行预测,实现对复杂焊接现象的模拟,揭示焊接现象本质和规律,可以优化结构和工艺设计,从而减少实验工作量,提高焊接接头质量。然而,由于焊接技术在工程... 详细信息

焊接数值模拟通过对复杂或不可观察的现象进行定量分析和对极端情况下尚不知的规律进行预测,实现对复杂焊接现象的模拟,揭示焊接现象本质和规律,可以优化结构和工艺设计,从而减少实验工作量,提高焊接接头质量。然而,由于焊接技术在工程中所面临的焊接情形愈加复杂,而热源模型作为焊接数值模拟的“灵魂”,合理选用及开发新型焊接热源模型就显得尤为重要。因此,研究焊接仿真热源模型的发展、二次开发和热源参数的确定对日后的工程应用具有指导意义。本文针对近几年热源模型在气体保护金属极电弧焊、等离子弧焊和激光-电弧复合焊数值模拟中的发展进行了系统综述,介绍了基于二次开发的热源模型的研究进展,总结了热源参数的确定方法,最后指出了焊接热源模型未来的研究重点。

关键词：热源模型数值模拟二次开发热源参数焊接工艺

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搅拌摩擦点焊瞬态输入组合热源模型

吉林大学学报（工学版） 2020年第4期50卷 1316-1323页

作者：陈鑫潘凯旋张彪沈传亮吉林大学汽车仿真与控制国家重点实验室长春130022

为得出搅拌摩擦点焊瞬态温度场,依据摩擦学原理,建立了由均布面热源与双椭球体热源耦合的新型组合热源模型,并同时考虑搅拌针正压力与材料属性的瞬时变化。采用ABAQUS有限元软件对2 mm厚6061-T6铝合金板材搅拌摩擦点焊(FSSW)下压、停留... 详细信息

为得出搅拌摩擦点焊瞬态温度场,依据摩擦学原理,建立了由均布面热源与双椭球体热源耦合的新型组合热源模型,并同时考虑搅拌针正压力与材料属性的瞬时变化。采用ABAQUS有限元软件对2 mm厚6061-T6铝合金板材搅拌摩擦点焊(FSSW)下压、停留、冷却三个阶段的温度场瞬态变化进行了数值模拟,并用焊接热循环测定实验验证了新型组合热源模型的准确性。研究了转速对于温度场的影响规律,并分析得出搅拌摩擦焊接不发生相变的机理为温度通过材料屈服应力的变化实现的负反馈调节。此新型热源模型为研究FSSW全过程温度瞬时变化及焊点成形提供了理论支持。

关键词：焊接工艺搅拌摩擦点焊铝合金温度场热源模型数值模拟

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熔化焊热源模型应用进展

焊接 2023年第5期 58-64页

作者：贾剑平骆敏李田雨肖俊阳南昌大学南昌330031

数值模拟作为一种高效可靠的技术手段,可分析焊接过程中温度场的分布情况。在数值模拟中,采用热源模型代替焊接热输入,使用热源模型是获取温度场的基础。梳理了现有的热源模型,并进行分类归纳,分析和总结了不同热源模型的特点、局限性... 详细信息

数值模拟作为一种高效可靠的技术手段,可分析焊接过程中温度场的分布情况。在数值模拟中,采用热源模型代替焊接热输入,使用热源模型是获取温度场的基础。梳理了现有的热源模型,并进行分类归纳,分析和总结了不同热源模型的特点、局限性及适用焊接场景。结果表明,高斯热源适应于焊接速度小、电弧冲击力小、焊接板材厚度不大的焊接方法;双椭球热源适用于焊接速度大、电弧冲击力大、焊接板材厚度较大的焊接方法;在大型构件的数值模拟中,采用带状分段移动热源可以大幅提升计算效率;针对焊接熔池形状复杂和焊接热输入需分成2部分的情况下,采用组合热源比单一热源得到的模拟结果更准确;对于动态特性明显的焊接过程,动态热源模型相比静态热源模型更具优势。

关键词：焊接焊接温度场数值模拟热源模型

考虑侧壁熔合的摆动电弧窄间隙MAG焊温度场热源模型

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焊接学报 2018年第12期39卷 95-99,133页

作者：袁帅刘文吉李亮玉蒋晓天津工业大学天津市现代机电装备技术重点实验室天津300087

为了研究窄间隙焊缝摆动电弧MAG焊焊缝成形影响因素,需对其温度场分布情况进行分析.针对摆动速度大于焊接速度的前提条件,分析了焊接层数不同导致的焊缝厚度不同以及磁偏吹对侧壁的影响,对多层单道焊建立了两种不同的热源模型.同时采用C... 详细信息

为了研究窄间隙焊缝摆动电弧MAG焊焊缝成形影响因素,需对其温度场分布情况进行分析.针对摆动速度大于焊接速度的前提条件,分析了焊接层数不同导致的焊缝厚度不同以及磁偏吹对侧壁的影响,对多层单道焊建立了两种不同的热源模型.同时采用Comsol有限元分析软件,实现了热源模型的加载和温度场的模拟.结果表明,对于第一层焊(焊缝厚度3.6 mm)可以采用高斯—广义双椭球复合热源;对于第三层焊(焊缝厚度7.8 mm)可以采用双椭球—广义双椭球复合热源.对比同时刻温度场模拟结果的焊缝截面与实际试验结果的焊缝截面,发现两者侧壁熔深情况基本吻合.为后续对焊缝成形影响的进一步研究奠定了基础.

关键词：窄间隙摆动电弧热源模型温度场模拟侧壁熔合

高速列车框架焊接的双椭圆柱高斯分布热源模型

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焊接学报 2016年第12期37卷 95-100页

作者：卫亮张乐乐王鹏北京交通大学机械与电子控制工程学院北京100044 中国铁道科学研究院铁道建筑研究所北京100081

根据高速列车车体结构焊接工艺特点,分析并改进常用高斯热源,提出适用于铝合金惰性气体保护焊接(MIG)的双椭圆柱-高斯分布热源模型.该热源模型基于焊接速度移动,形成的熔池表面为双椭圆形状,热流密度沿厚度方向均匀分布,在径向呈高斯-... 详细信息

根据高速列车车体结构焊接工艺特点,分析并改进常用高斯热源,提出适用于铝合金惰性气体保护焊接(MIG)的双椭圆柱-高斯分布热源模型.该热源模型基于焊接速度移动,形成的熔池表面为双椭圆形状,热流密度沿厚度方向均匀分布,在径向呈高斯-双椭圆分布.基于热源模型的数学表达,以有限元方法实现了热机耦合的焊接过程仿真,与薄板试验结果比较,温度场分布与降低趋势较好地吻合;拉应力峰值出现在熔合线和热影响区,仿真值、试验值分别为88.8,85 MPa.结果表明,该热源模型有效地模拟焊接温度场时域上的变化过程,准确地预测结构变形、残余应力分布规律,应用于高速列车头车框架结构焊接工艺优化及残余应力评估,为高速列车焊接质量控制及焊接工艺参数选择提供理论指导.

关键词：高速列车焊接热源模型有限元

基于复合热源模型的Al-Mg-Zn铝合金脉冲MIG焊接模拟

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焊接学报 2018年第1期39卷 17-21页

作者：张晓鸿陈静青陈辉西南交通大学材料科学与工程学院成都610000

针对脉冲MIG焊接试验过程建立了复合热源模型,并采用有限元软件ABAQUS对板厚15 mm的Al-Mg-Zn铝合金进行了多层多道脉冲MIG焊接的传热过程数值模拟.根据复合热源和单一双椭球热源进行计算对比.结果表明,该组合热源可以较好的模拟脉冲MIG... 详细信息

针对脉冲MIG焊接试验过程建立了复合热源模型,并采用有限元软件ABAQUS对板厚15 mm的Al-Mg-Zn铝合金进行了多层多道脉冲MIG焊接的传热过程数值模拟.根据复合热源和单一双椭球热源进行计算对比.结果表明,该组合热源可以较好的模拟脉冲MIG焊接不同道次的熔池形貌,并且降低热源校准难度.同时,基于建立的复合热源模型,文中引入非线性弹性边界条件表征实际夹具工装,对脉冲MIG焊接过程的应力和变形分布进行仿真模拟,其中焊后变形分布规律和试验测量具有较好的一致性.

关键词：脉冲MIG焊有限元模拟热源模型 Al-Mg-Zn铝合金

薄壁铝合金T形结构MIG焊接热源复合模型的构建与模拟

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电焊机 2023年第1期53卷 25-30页

作者：王传财高作文权力伟天津中德应用技术大学机械工程学院天津300355 中铝瑞敏股份有限公司福建福州350015 河北工业大学材料科学与工程学院天津300401

针对薄壁铝合金材料焊接变形有限元模拟精度低的问题,以2 mm厚6082-T6铝合金型材T形接头为研究对象,通过有限元模拟和实际样件校核结合的方法,开展了铝合金MIG焊专属热源模型的研究。计算了2D高斯、3D高斯、双椭球三种典型焊接热源模型... 详细信息

针对薄壁铝合金材料焊接变形有限元模拟精度低的问题,以2 mm厚6082-T6铝合金型材T形接头为研究对象,通过有限元模拟和实际样件校核结合的方法,开展了铝合金MIG焊专属热源模型的研究。计算了2D高斯、3D高斯、双椭球三种典型焊接热源模型的熔池形貌和变形量。校核对比发现,三种典型热源模型计算的熔池尺寸和变形量与实际样件均存在差距:2D高斯热源热流过小,焊缝区熔池宽度和深度明显小于实际熔池尺寸;3D高斯热源可体现热流在厚度方向上的作用,但熔池深度和宽度略大;双椭球热源在熔池上半部的形状及宽度与实际接近,但熔池较浅。综合三种模型特点,通过反求法获得基于典型热源模型基础上的“双椭球+3D高斯”的优化复合热源模型,熔池尺寸及偏移量与实际工件吻合度达90%,模型可靠,可用于薄壁6082铝合金T形接头MIG焊接的精准模拟。

关键词：薄壁铝合金有限元模拟热源模型偏移量熔池形貌

基于相界面随动热源模型的激光穿孔过程动态模拟

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中国激光 2022年第2期49卷 33-44页

作者：徐方超王志东佟玲徐哲孙凤张晓友沈阳工业大学机械工程学院辽宁沈阳110870 日本工业大学机械工学科日本琦玉345-8501

激光穿孔是现代工业生产中重要的加工手段。明晰激光穿孔过程中激光热源、辅助气体与被加工物间的作用机理及被加工物的多相流变化过程,对指导实际生产工作至关重要。本文提出一种相界面随动热源模型,旨在动态模拟3 mm钢板的激光穿孔过... 详细信息

激光穿孔是现代工业生产中重要的加工手段。明晰激光穿孔过程中激光热源、辅助气体与被加工物间的作用机理及被加工物的多相流变化过程,对指导实际生产工作至关重要。本文提出一种相界面随动热源模型,旨在动态模拟3 mm钢板的激光穿孔过程,揭示其穿孔加工机理。首先,融合相变界面随动热源模型与辅助气体模型建立激光穿孔模型,规划计算流程,对激光穿孔过程进行多场耦合多相流动态模拟;其次,分别对穿孔相变的温度场及流场结果进行分析,明晰穿孔过程中金属的相变过程、熔池的温度变化过程,金属液相随辅助气体的流动过程。分析结果表明,采用相变界面随动热源模型的仿真结果可有效模拟激光穿孔加工的动态过程,揭示其作用机理。

关键词：激光技术热源模型热流固耦合数值模拟