摆动电弧窄间隙厚板焊接工艺与熔池演变数值研究

针对窄间隙摆动电弧焊接在不同工艺下熔池演变差异较大的问题，课题组以实际摆动电弧窄间隙焊接工艺为依据，综合考虑窄间隙焊缝的几何形貌对热源加载的影响，建立了70 mm厚板多层单道焊接数值模型；利用ABAQUS模拟了不同工艺条件下熔池的形成过程及熔池横断面熔合线走向规律。实验结果表明：电弧摆动频率为0.7 Hz时，使用17 V电压及180 A电流焊接，单层焊缝会出现重熔现象，电弧运动状态对熔池形态影响较大；使用30 V电压及340 A电流焊接，熔池形态变化较小，熔合线走向平缓，电弧运动状态对熔池形态影响较小。     

表面张力对激光深熔焊熔池小孔的影响

为了探究表面张力对于激光焊接熔池的影响，课题组使用移动旋转高斯体热源来简化焊接的热过程，建立数学模型，获得了奥氏体不锈钢深熔焊接过程中动态熔池的温度场以及流场分布；同时以奥氏体不锈钢为基板进行激光焊接试验，试验得到的焊缝横截面尺寸同模型计算结果得到的熔池尺寸相吻合，验证了模型的可靠性；以此为基础对2种不同表面张力系数下激光焊接熔池过程进行仿真。研究结果表明：激光深熔的过程中，表面张力系数较小时，焊接小孔深度较深，有利于热量向钢板厚度方向传递，增大了熔池深度，但是降低了焊接小孔的稳定性。因此，可以通过改变表面张力系数来调整熔池的流动行为，提高焊接质量。     

超薄板焊接熔池流场数值模拟

为了研究超薄板焊接质量差的问题,根据流体力学和传热学原理,建立超薄板焊接熔池的二维数值分析模型。 电弧热源模型采用高斯热源分布模型,模型考虑了超薄板固态金属的热传导、熔池与外部环境的对流辐射、熔池内部液 态金属质点的热传递、材料的热物理性能参数部分随温度变化等因素。采用FLUENT对超薄板微束等离子焊接熔池模 型进行求解,得出了熔池温度场、流场分布,并讨论了几种作用力对超薄板熔池流场的影响。研究结果表明表面张力是 超薄板熔池内部液态金属流动的主要驱动力     

焊缝宽度对碳钢对接接头残余应力分布的影响

针对当前大量焊接结构采用对接接头形式，存在焊缝宽度影响结构表面残余应力分布的问题，课题组结合有限元仿真软件ABAQUS建立了一种利用双椭球摆动热源进行窄间隙焊接的平板对接模型，并使用焊缝非线性的热弹塑性有限元法，计算出Q235A钢在4种不同焊缝宽度下对接焊接接头的残余应力分布。计算结果表明：小尺寸焊缝宽度的对接接头在焊缝中心和热影响区存在超过屈服强度级别的残余拉应力；大尺寸焊缝宽度则会导致不利的横向残余拉应力。因此，在进行焊接结构设计时，选取中等焊缝宽度可以提高焊接结构的力学性能。     

等离子弧焊接电弧的温度场和流场研究现状

等离子体电弧温度场和流场的研究对其在工业生产中的应用具有重要的意义。文章分析了等离子弧温度场以 及流场检测和计算的研究现状。在等离子弧温度场的检测中，现今光谱诊断法最为方便，所测得的结果较其他检测方法 而言精确度更高；在等离子弧流场的检测中，运用粒子成像测速技术的方法可以检测得到流场分布。在等离子弧温度场 和流场的计算中，数理解析法计算繁琐，需要大量时间。数值模拟的方法更为经济、有效。     

基于FLUENT的超薄板微束等离子弧焊熔池行为研究

焊接熔池的特征信息与焊缝的成形质量具有直接的对应关系，为了获得高质量的焊缝，课题组对超薄板微束等离子弧焊的熔池进行研究。通过FLUENT软件采用Solidification & Melting模型与SIMPLEC算法对直流和脉冲微束等离子弧焊熔池进行数值研究，并设计了焊接熔池视觉检测系统；通过实验采集熔池的几何特征对数值分析的结果进行了验证。结果表明：在平均电流相同的情况下，直流状态下熔池的温度和宽度大于脉冲电流时熔池的温度和宽度；但是直流时熔池中液态金属的流速与熔池的振幅都小于脉冲电流状时熔池中液态金属的流速和熔池的振幅。通过实验发现使用数值模拟的方法可以获得一定的熔池特征信息。     

40 mm厚铁素体不锈钢与16Mn钢异种电子束焊接接头显微组织结构研究

为了探究异种钢焊接接头的强度和使用性能，课题组对焊接接头不同位置处的显微组织结构进行研究。首先，电子束焊接将06Cr13Al铁素体不锈钢（FSS）对接连接到16Mn低合金钢厚板上；通过工艺优化，在电子束偏移向16Mn钢1.5 mm时获得成型良好的焊接接头；采用光学显微镜、X射线衍射仪和扫描电子显微镜研究异种焊接接头不同位置处的显微组织，并测试异种接头硬度。结果表明：焊缝主要由粗大的柱状晶和中心轴向晶粒组成，显微组织由板条马氏体组成；16Mn钢的热影响区（HAZ）显微组织为羽毛状的上贝氏体和针状铁素体，铁素体不锈钢热影响区主要以粗大的铁素体和马氏体组成；焊缝区的显微硬度明显高于母材，焊缝不同厚度处的显微硬度没有明显的差异。焊接接头成型良好，未观察到缺陷。     

车灯面罩热板焊接温度场CAE模拟

针对塑件热板焊接中温度控制不精确影响焊接质量，且容易在塑料件上产生残余应力的情况，课题组对车灯面罩热板焊接的温度场进行了研究。基于ANSYS仿真平台对车灯面罩热板焊接进行温度场仿真分析，通过建立合理有效地温度场仿真模型得到了面罩热板焊接后的温度场分布，并通过实验验证了焊接过程中温度载荷、边界条件设置的合理性及仿真结果的正确性，最终得出车灯面罩热板焊接的仿真计算可行的结论。     

TC4钛合金焊后电子束局部热处理残余应力有限元分析

针对TC 4钛合金电子束焊接及焊后局部热处理过程,采用AN SY S非线性有限元程序,模拟了TC 4钛合金电子束焊态和焊后电子束局部热处理的实际焊接温度场以及焊接接头应力场的变化和残余应力的分布.主要研究了焊后电子束局部热处理工艺对焊接接头残余应力的影响规律.结果表明,焊后电子束局部热处理可以降低焊缝及近缝区的残余应力峰值,并可使应力重新分布,即应力峰值点向母材扩展.     

焊缝跟踪装置冷却系统设计

摘要：为了提高焊接质量和焊接效率，需设计相关的焊缝辨识与跟踪装置，从而实现自动化焊接。而焊接时产生的高温环境对该类装置的正 常工作构成威胁，因而其附属冷却系统的设计尤为重要。通过建立该类焊缝跟踪装置的三维全尺寸仿真模型，设置相关的边界条件，采用标准的k e模型进 行仿真，获得其内部完整的流场和温度场，并分析和完善其冷却效果。结果表明，经气体强迫对流换热后，该类装置的温度明显下降且分布较为均匀，冷却系统 符合相关需求。