高效焊接熔池

,高效焊接熔池形态及热过程数值分析的研究进展山东大学武传松2007-8-25,*高效、优质、低耗是当前制造业对焊接技术提出的迫切要求.*焊接作为一种重要的制造成形工艺，其效率的提高对企业总的生产率的提高有着举足轻重的影响.*现代制造业为了增强市场竞争能力，对焊接生产加工的效率提出了越来越高的要求.,提高焊接生产率的主要途径:采用高能密度焊接工艺技术（等离子弧焊接、激光焊、电子束焊）；对现有电弧焊工艺进行高效化改进（如Tandem焊接,T.I.M.E.焊接，DE-GMAW焊接等），充分利用电弧焊低成本和高适应性的特点；复合热源焊接技术（如激光+电弧复合焊接）。,对各类高效焊接过程的熔池形态与传热过程进行数值分析，可以得出不同工艺条件下焊接温度场和焊缝成形的基础数据，这对于深入了解工艺机理、优化焊接工艺参数、实现焊接过程自动控制，都具有重要的理论意义和工程实用价值。,一.等离子弧焊接热过程分析,等离子弧焊接,能量高度集中,形成穿透工件的小孔,焊缝深而窄.必须考虑热流沿工件厚度方向的分布,以及等离子流力对熔池的”挖掘”作用.,建立恰当的,适用的等离子弧焊接的体积热源作用模式:考虑:倒喇叭状焊缝断面的特点,热流沿工件厚度方向的分布,等离子流力对熔池的”挖掘”作用.(1)体积热源的作用区域,在工件上表面最大,在下表面最小;沿工件厚度方向,按某种规律衰减;(2)沿工件厚度方向,热流最大值恒定;在垂直z轴的任一平面内,热流按高斯分布;,根据以上两点,提出两个体积热源模式:1.三维锥体体积热源模式（TDC:Three-dimensionalconicalheatsource）,三维锥体热源模式（TDC）,2.改进型三维锥体体积热源模式（MTDC:Modifiedthree-dimensionalconicalheatsource）:,改进型三维锥体热源模式MTDC,计算结果与实验结果的比较可以看出:锥体TDC和改进型锥体MTDC热源模式,还不能充分反映小孔等离子弧焊接的特点,计算结果仍有较大误差,尤其是熔合线的走向.,3.小孔等离子弧准稳态热源模式（QPAW:Quasi-steadystatePAWheatsource）,准稳态PAW热源作用模式QPAW,基于QPAW计算出的焊缝横断面与实验结果（9.6mm厚不锈钢板,U31.2V，I240A，v02mm/s）,基于QPAW计算出的焊缝横断面与实验结果(9.6mm厚不锈钢板，U31.7V，I250A，v02mm/s）,（U31.7V，I250A，v02mm/s）,（U31.2V，I240A，v02mm/s）,计算出焊缝横断面与实验结果(9.6mm厚不锈钢板,基于QPAW),基于瞬态PAW热源模式（TPAW）计算出的结果（工件上表面）（w_XCrNi1810，U31.7V，I250A，v02mm/s）,基于瞬态PAW热源模式（TPAW）计算出的结果（工件纵截面）（w_XCrNi1810，U31.7V，I250A，v02mm/s）,基于瞬态PAW热源模式（TPAW）计算出的结果（工件横截面）（w_XCrNi1810，U31.7V，I250A，v02mm/s）,二.DE-GMAW高速电弧焊接,I=Ibm+Ibp.I:wirecurrent;Ibm:basemetalcurrent;Ibp:bypasscurrent,TorchesinDE-GMAW,TungstenelectrodeAngle:10kW):焊接过程主要呈现激光焊的特点，具有大的焊缝深宽比，电弧能够提高激光吸收率，但是投资成本大。,国外在制造业中应用激光+电弧复合热源焊接技术实例,德国Meyer船厂采用Hybrid方法进行平板对接和筋板角焊缝的自动化焊接,平板对接厚度达15mm,长度20m,角接的筋板厚度达12mm.,欧洲DockLaser项目,(12kWCO2激光+MAG),10mm+8mm,10kW光纤激光+MAG复合焊用于造船,车门焊缝总长4980mm,其中激光-MIG复合焊缝48条,长3570mm,激光焊缝11条,长1030mm,MIG焊缝7条,长380mm,激光-电弧复合焊接在汽车零件制造中的应用,哈尔滨焊接研究所在实际应用激光+电弧复合热源焊接技术的典型实例,不锈钢大型显示屏壳体激光-电弧复合焊接,但是,