基于FLOW-3D的GMAW焊熔池行为数值分析模型 被引量：4

1

作者 胥国祥 钱红伟 +3 位作者 朱杰 胡庆贤 CHO Jungho SUN Jinbake 《江苏科技大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2021年第1期36-39,共4页

基于FLOW-3D软件,建立了GMAW焊传热和熔池流场的三维瞬态数值分析模型.电弧热输入和电弧压力均采用双椭圆分布模式描述,熔滴过渡过程则通过高温液态金属的质量和动量源项表征;同时,模型还考虑了电弧等离子体切应力、电磁力、重力、浮力... 基于FLOW-3D软件,建立了GMAW焊传热和熔池流场的三维瞬态数值分析模型.电弧热输入和电弧压力均采用双椭圆分布模式描述,熔滴过渡过程则通过高温液态金属的质量和动量源项表征;同时,模型还考虑了电弧等离子体切应力、电磁力、重力、浮力等作用于熔池的主要应力.利用该模型对碳钢温度场及熔池流体流动进行模拟计算.结果表明:受熔滴冲击影响,熔池始终处于周期性震荡过程中,无法真正达到准稳态;同时,该模型能够模拟飞溅等焊接成形缺陷,继而可以更为全面、合理地描述焊接物理过程,为深入理解焊接内部机制提供有力支撑. 展开更多

关键词 flow-3D软件 GMAW 熔池行为 数值模拟

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TIG焊熔池表面流动行为的研究 被引量：12

2

作者 黄健康 孙天亮 +1 位作者 樊丁 石玗 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第18期31-37,共7页

针对钨极惰性气体保护(Tungsten inert gas,TIG)焊熔池表面流动行为,在确定TIG焊熔池表面可采用粒子示踪的方法来进行其表面流动行为示踪的基础上,在以激光为试验背光光源,通过激光在TIG焊熔池表面镜面反射后,使得熔池及示踪粒子清晰成... 针对钨极惰性气体保护(Tungsten inert gas,TIG)焊熔池表面流动行为,在确定TIG焊熔池表面可采用粒子示踪的方法来进行其表面流动行为示踪的基础上,在以激光为试验背光光源,通过激光在TIG焊熔池表面镜面反射后,使得熔池及示踪粒子清晰成像于成像屏上。在此基础上,开展对304不锈钢和Q235普通碳钢的熔池表面流动行为的试验研究,对所获得这两种材料的TIG焊熔池试验数据进行处理与对比分析,探究熔池表面流动规律。研究结果表明:在TIG焊过程中,其焊接熔池存在两种运动模式,在304不锈钢焊接过程中熔池表面的液态金属由边缘向熔池中心流动;在Q235碳钢焊接过程中熔池表面的液态金属不定向、不规则地由熔池中心向熔池边缘流动,并测量304不锈钢TIG焊过程中熔池表面的液态金属流动速率为12 mm/s左右,Q235碳钢的熔池表面的流动速率为15 mm/s左右。 展开更多

关键词 TIG焊 表面示踪 熔池镜面反射 熔池流动行为

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熔焊热过程与熔池行为数值模拟的研究进展 被引量：19

3

作者 武传松 孟祥萌 +1 位作者 陈姬 秦国梁 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第2期1-15,共15页

熔焊是目前机械制造业中应用最为广泛的材料连接技术。熔焊过程中的传热与熔池流动行为对于焊缝成形、接头微观组织与服役性能等起着决定性作用。准确地分析和计算熔焊热过程与熔池形态,对于焊接冶金分析、应力变形分析、过程控制及工... 熔焊是目前机械制造业中应用最为广泛的材料连接技术。熔焊过程中的传热与熔池流动行为对于焊缝成形、接头微观组织与服役性能等起着决定性作用。准确地分析和计算熔焊热过程与熔池形态,对于焊接冶金分析、应力变形分析、过程控制及工艺优化等都具有十分重要的意义,也是使焊接工艺从'定性'走向'定量'分析、从'经验'走向'科学'的重要途径。对焊接电弧物理、熔滴过渡、熔池形态、高速焊接熔池传热与流动、等离子弧焊和激光焊接的小孔与熔池动态行为、激光-电弧复合热源焊接热过程的数值模拟研究现状与存在问题进行了评述,讨论了上述前沿领域的研究方向与发展趋势,旨在为实现熔焊工艺优化和过程控制提供理论依据。 展开更多

关键词 熔化焊 熔池行为 传热与流动 数值模拟 研究进展

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不锈钢/碳钢TIG焊熔池表面流动行为 被引量：10

4

作者 黄健康 潘伟 +2 位作者 孙天亮 余淑荣 樊丁 《焊接学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第8期18-25,I0001,I0002,共10页

为研究异种钢在钨极惰性气体保护焊过程中的熔池表面流动行为,以粒子示踪法为基础,通过激光熔池表面反射的方法,对304不锈钢/Q235碳钢、316L不锈钢/Q235碳钢焊接过程中熔池表面液态金属的流动行为进行了研究,分析了熔池表面示踪粒子的... 为研究异种钢在钨极惰性气体保护焊过程中的熔池表面流动行为,以粒子示踪法为基础,通过激光熔池表面反射的方法,对304不锈钢/Q235碳钢、316L不锈钢/Q235碳钢焊接过程中熔池表面液态金属的流动行为进行了研究,分析了熔池表面示踪粒子的运动趋势,并以此为依据计算了熔池表面液态金属的流动速度.结果表明,在不锈钢/碳钢的TIG焊过程中,熔池表面的液态金属存在从不锈钢侧流向碳钢侧的流动行为.其中,示踪粒子在304不锈钢/Q235碳钢的焊接熔池表面平均流动速度约为25.3 mm/s,在316L不锈钢/Q235碳钢的焊接熔池表面平均流动速度约为21.6 mm/s. 展开更多

关键词 异种钢焊接 粒子示踪 熔池表面流动行为 表面流速

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粉煤灰A-TIG熔池流动行为及焊缝性能分析 被引量：6

5

作者 马壮 于秀秀 +2 位作者 时海芳 张勇 董世知 《焊接学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第9期65-69,共5页

采用粉煤灰作为活性剂对Q235钢进行钨极氩弧焊,研究其对熔池流动及焊缝的组织和性能的影响.对Q235钢焊接后在基体上的铺展面积进行了测试;采用点扫描的方法确定了熔池内部不同位置钨粒子的含量;对焊缝的截面形貌、显微组织和性能进行了... 采用粉煤灰作为活性剂对Q235钢进行钨极氩弧焊,研究其对熔池流动及焊缝的组织和性能的影响.对Q235钢焊接后在基体上的铺展面积进行了测试;采用点扫描的方法确定了熔池内部不同位置钨粒子的含量;对焊缝的截面形貌、显微组织和性能进行了观察和测试.结果表明,焊缝的深宽比增大,显微组织出现细化;熔池的流动方向发生了改变,即熔池流动方向为从边缘向中心流动;焊缝的显微硬度较无活性剂时有所提高,耐磨性及耐蚀性也得到了一定的提高,冲击吸收功增加. 展开更多

关键词 低碳钢 活性焊 粉煤灰 熔池流动 焊缝性能

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不锈钢超高频直流脉冲GTAW焊缝成形行为 被引量：2

6

作者 杨明轩 齐铂金 +2 位作者 从保强 李伟 杨舟 《焊接学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第11期31-34,114,共4页

基于超高频直流脉冲钨极氩弧焊技术(UHF-GTAW,ultrahigh frequency pulse-gas tungsten arc welding),完成了0Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢焊缝熔透特性试验,研究分析了超高频脉冲方波电流对焊缝成形及熔池金属流动的影响规律.结果表明,在高... 基于超高频直流脉冲钨极氩弧焊技术(UHF-GTAW,ultrahigh frequency pulse-gas tungsten arc welding),完成了0Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢焊缝熔透特性试验,研究分析了超高频脉冲方波电流对焊缝成形及熔池金属流动的影响规律.结果表明,在高频脉冲电流作用下,熔透率随频率增加而增大,在同等平均电流条件下,当脉冲频率达到80 kHz时,熔宽减小,熔深最大增加了88.7%,熔透率显著提升,至少增大了24.6%以上.结合试验数据对熔池流动行为进行了理论分析,讨论了熔池内部电磁力对焊缝成形的作用及对流体的驱动效果. 展开更多

关键词 超高频直流脉冲GTAW 焊缝成形 熔池流动行为

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基于定量分析方法的焊接位置对激光焊接熔池流动行为影响规律的研究 被引量：2

7

作者 沈显峰 赵曙明 +1 位作者 滕文华 何文佩 《应用激光》 CSCD 北大核心 2017年第1期92-97,共6页

激光熔池流动模式和熔池流动特征决定了焊缝成形和焊接缺陷的分布,因此研究不同焊接位置对激光焊接流动行为的影响对优化焊接位置和焊接参数具有重要意义。采用1.5kW板条型CO_2气体激光进行了平焊和立焊向上、立焊向下等不同焊接位置下... 激光熔池流动模式和熔池流动特征决定了焊缝成形和焊接缺陷的分布,因此研究不同焊接位置对激光焊接流动行为的影响对优化焊接位置和焊接参数具有重要意义。采用1.5kW板条型CO_2气体激光进行了平焊和立焊向上、立焊向下等不同焊接位置下的焊接试验,并采用高速摄像对其熔池小孔特征进行了监测,再采用粒子图像测速(PIV)方法对熔池流动特征进行了定量表征和分析。明确了激光焊接时的熔池流动模式,在熔池区域存在着两个大的涡流区域,分别在熔池周围和在熔池的尾部。与立向上焊相比,激光立向下焊的熔池形状呈扁圆形,宽度增加而长度减少,小孔的面积增加,其熔池流动的脉冲特征减弱,熔池流动的稳定性增加。这与立向下焊时熔池上方液态金属受重力影响向下流动,与下方液态金属受蒸汽反冲压等驱动向上流动,两者相遇产生的强烈搅拌作用有关。这为理解不同焊接位置不同的焊缝成形和气孔率差异提供了依据。 展开更多

关键词 激光焊接 焊接位置 熔池流动 定量分析 PIV分析方法

原文传递

基于三维重构技术的K-TIG熔池流动表征 被引量：4

8

作者 罗震 解龑 崔霜林 《天津大学学报（自然科学与工程技术版）》 EI CSCD 北大核心 2018年第5期517-521,共5页

采用钛元素示踪方法表征K-TIG焊接430不锈钢熔池流动行为,在完全熔透焊缝中观察到熔池沿板厚方向分为3个区域,包括马兰格尼对流圈、洛伦兹力推动的对流圈及中间过渡区域;未熔透时熔池中只有马兰格尼对流圈及对流圈与熔池边缘之间的区域... 采用钛元素示踪方法表征K-TIG焊接430不锈钢熔池流动行为,在完全熔透焊缝中观察到熔池沿板厚方向分为3个区域,包括马兰格尼对流圈、洛伦兹力推动的对流圈及中间过渡区域;未熔透时熔池中只有马兰格尼对流圈及对流圈与熔池边缘之间的区域.基于连续金相切片的三维重构技术建立了熔池小孔附近流动未稳定区的三维模型与未熔透情况下气孔处焊缝的三维模型.观察了K-TIG熔池流动由未稳定过渡至稳定的过程,小孔前壁只有很薄的一层液态金属流动层,液态金属沿小孔侧壁流动至后方熔池中,熔池在小孔后部开始形成马兰格尼对流圈,在小孔形成后一段距离之后,开始形成洛伦兹力推动的对流圈.未熔透时熔池流动行为明显弱于熔透时熔池流动行为,对流流动减弱易于造成气孔的产生. 展开更多

关键词 K-TIG焊接 三维重构 元素示踪 熔池流动行为 430不锈钢

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核电异种金属焊接材料及方法研究现状 被引量：11

9

作者 冯杰才 刘树磊 +3 位作者 骆传万 魏连峰 姜梦 田应仲 《焊接》 北大核心 2022年第3期52-57,共6页

异种金属焊接接头开裂是导致核电事故的主要原因,急需开发新材料新技术,提高焊缝质量。传统电弧焊方法存在效率低、热输入大和变形严重等问题。窄间隙电弧焊的热输入、填充量、变形量等都比传统电弧焊低。与窄间隙电弧焊相比,窄间隙激... 异种金属焊接接头开裂是导致核电事故的主要原因,急需开发新材料新技术,提高焊缝质量。传统电弧焊方法存在效率低、热输入大和变形严重等问题。窄间隙电弧焊的热输入、填充量、变形量等都比传统电弧焊低。与窄间隙电弧焊相比,窄间隙激光填丝焊坡口更窄、热输入更低、变形更小、精度更高。研究表明,窄间隙激光填丝焊可获得满足核电压力容器制造要求的焊缝,有望成为异种金属连接新方法。然而,现有窄间隙激光填丝焊采用常规激光及单焊丝填充,仍存在3个主要问题:一是界面容易产生未熔合问题;二是熔融金属粘度大,熔池流动性差,合金元素分布不均匀;三是低熔点共晶相沿晶界析出过多,无法兼顾焊缝抗液化裂纹、应力腐蚀裂纹和高温失塑裂纹能力。研究表明,焊接热源和焊材是解决上述问题的2个关键因素。 展开更多

关键词 核电异种金属 窄间隙激光填丝焊 熔池流动行为 焊接冶金

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不锈钢激光深熔焊熔池动态行为数值模拟 被引量：3

10

作者 何林基 张天雷 +1 位作者 徐刚 马春伟 《智能计算机与应用》 2021年第3期124-129,133,共7页

考虑激光深熔焊过程中存在对流、辐射、热传导等传热过程以及蒸汽反冲作用力,表面张力,热浮力等力学过程,采用移动旋转高斯体热源来简化焊接的热过程,使用VOF方法跟踪自由界面,通过焓孔隙法实现焊接过程的凝固熔化,同时采用连续表面张... 考虑激光深熔焊过程中存在对流、辐射、热传导等传热过程以及蒸汽反冲作用力,表面张力,热浮力等力学过程,采用移动旋转高斯体热源来简化焊接的热过程,使用VOF方法跟踪自由界面,通过焓孔隙法实现焊接过程的凝固熔化,同时采用连续表面张力模型将蒸汽反冲作用力转化为在一定厚度上连续的作用力。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。结果表明小孔存在周期性的震荡,小孔壁面在蒸汽反冲作用力、表面张力、流体静压力下形成凸台。凸台再随着小孔周期性的震荡则会形成气孔,产生缺陷。焊接试验的焊缝横截面熔合线同模型计算结果相吻合,验证了模型的可靠性。 展开更多

关键词 激光深熔焊 熔池流场 小孔行为 熔池震荡

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5083铝合金振荡激光填丝焊接熔池流体的流动行为

11

作者 石铭霄 肖艳 +3 位作者 孙贺昱 王伟华 陈九公 杨晓杰 《中国激光》 北大核心 2025年第12期43-52,共10页

焊接熔池流体的流动行为与接头的力学性能密切相关,因此对焊接温度场和流场进行研究具有重要的理论和实际意义。采用数值模拟技术对焊接温度场和流场进行计算,结果表明:振荡激光束产生的熔池搅拌作用有助于促进传热,从而降低了焊接熔池... 焊接熔池流体的流动行为与接头的力学性能密切相关,因此对焊接温度场和流场进行研究具有重要的理论和实际意义。采用数值模拟技术对焊接温度场和流场进行计算,结果表明:振荡激光束产生的熔池搅拌作用有助于促进传热,从而降低了焊接熔池的温度梯度;振荡激光束搅拌熔池可以驱动流体沿同一方向流动并形成涡流,从而增加了焊接熔池的稳定性;当振荡频率为100 Hz时,可以形成一个流速高达0.7 m/s的涡流,该涡流可以显著提高熔池的稳定性;采用振荡激光束对熔池进行搅拌可以起到熔池除气、细化焊缝晶粒、促进焊缝中β相析出等作用;随着振荡频率由0 Hz增加到100 Hz,焊缝中β相的面积分数由3.37%增加到12.3%,焊缝气孔率由5.02%降低到0.2%。 展开更多

关键词 铝合金 振荡激光焊接 熔池流体的流动行为 焊接温度场 流场

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光丝距对激光-电弧复合焊接熔池表面流动的影响 被引量：6

12

作者 刘佳 李忠 +2 位作者 石岩 白陈明 张宏 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第10期83-91,共9页

在焊接过程中,熔池的流动特征与气孔、咬边等缺陷密切相关,对熔池的结晶过程以及焊缝成形也有重要影响。以低合金高强钢为研究对象,通过钻孔填埋ZrO_2颗粒作为示踪粒子,利用高速相机记录匙孔位置、电弧形态及熔池的流动特征,研究了不同... 在焊接过程中,熔池的流动特征与气孔、咬边等缺陷密切相关,对熔池的结晶过程以及焊缝成形也有重要影响。以低合金高强钢为研究对象,通过钻孔填埋ZrO_2颗粒作为示踪粒子,利用高速相机记录匙孔位置、电弧形态及熔池的流动特征,研究了不同光丝距下激光-电弧复合焊接熔池表面的流动规律。结果表明:当光丝距为1 mm时,匙孔位置不稳定,发生了漂移现象,示踪粒子绕过电弧作用区后沿中轴线流向后方;当光丝距增加至3 mm时,匙孔位置相对稳定,但示踪粒子在流动过程中出现了典型的卡门涡街现象;随着光丝距进一步增加至5 mm时,匙孔位置稳定,但示踪粒子在流经激光与电弧中间区域时出现了停滞现象,此条件下示踪粒子的运动距离最大。通过对比三种光丝距下的焊缝截面形貌可以发现:当光丝距为1 mm时,焊缝底部存在气孔缺陷,这是光丝距过小导致匙孔不稳定而造成的工艺性气孔;当光丝距为5 mm时,两热源间距过大,导致两热源的耦合效率下降,熔深显著减小;当光丝距为3 mm时,焊缝无缺陷,且熔深最大。 展开更多

关键词 激光技术 复合焊接 熔池流动行为 高强钢 光丝距

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高氮钢激光-电弧复合焊接熔池表面流动行为 被引量：5

13

作者 刘佳 白陈明 +2 位作者 石岩 李忠 张宏 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第22期55-62,共8页

焊接熔池流动行为是影响焊缝成形和接头质量的关键因素之一,其特征难以直接获取。试验采用ZrO_2颗粒作为示踪粒子,利用高速相机观察示踪粒子运动轨迹,开展高氮钢激光-电弧复合热源焊接熔池表面流动行为的研究。研究结果表明:单独激光焊... 焊接熔池流动行为是影响焊缝成形和接头质量的关键因素之一,其特征难以直接获取。试验采用ZrO_2颗粒作为示踪粒子,利用高速相机观察示踪粒子运动轨迹,开展高氮钢激光-电弧复合热源焊接熔池表面流动行为的研究。研究结果表明:单独激光焊接时,其熔池的流动主要受匙孔尺寸变化的影响;单独电弧焊接时,其熔池的流动则主要受电弧压力和熔滴进入熔池时所产生的冲击力的影响;而激光-电弧复合焊接时,其熔池的流动既受电弧压力和熔滴进入熔池时所产生的冲击力的影响,同时,匙孔的存在也会影响其熔池的流动。在激光-电弧复合焊接过程中,示踪粒子的直线移动距离随着焊接电流和电弧电压的增加而增加;而激光功率的改变对其直线移动距离的影响并不显著。研究结果揭示了不同焊接工艺及其参数对高氮钢焊接熔池表面流动行为的影响规律,为高氮钢焊接工艺的选择提供了理论依据。 展开更多

关键词 高氮钢 激光-电弧复合焊接 熔池流动行为 示踪粒子

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