T型接头双激光束同步焊接热源模型(翻译)

第16卷第4期精密成形工程行为数值分析模型王艺瑾1，刘文1，胥国祥1*，朱杰1，胡庆贤1，杜宝帅2，龚祺龙1（1.江苏科技大学江苏省先进焊接技术重点实验室，江苏镇江 212000；2.国网山东省电力公司电力科学研究院，济南 250002）摘要：目的研究T型接头旋转光纤激光+GMAW复合焊熔池的温度场和流态特征，揭示气孔缺陷的产生及抑制机理。

方法依据光学、电磁学、传热学及流体动力学机理，建立T型接头旋转光纤激光+GMAW复合焊熔池数值分析模型。

使用Fluent软件对旋转频率分别为50 Hz和100 Hz的T型接头旋转激光+GMAW复合焊进行温度场以及流态特征的模拟，对比不同频率下T型接头横、纵截面，从工艺和焊缝成形角度出发，针对不同频率对熔池、小孔成形以及气孔抑制的影响进行讨论。

结果当旋转频率为50 Hz时，纵截面内小孔最大深度为5.4 mm，横截面熔池内小孔开口直径相对较大，旋转一周后，小孔远离气泡，气泡无法逸出，形成气孔；当旋转频率为100 Hz时，纵截面内小孔深度显著降低，熔池体积明显减小，横截面内小孔最大开口直径和深度均降低，熔池尺寸也有所减小，在时间为0.097 s时，小孔上方区域出现的顺时针涡流不仅能抑制气孔，还能改善熔池的下垂以及立板焊趾处的咬边。

结论随着旋转频率的增大，小孔的最大开口直径和深度均降低，还对熔池具有搅拌作用，使熔池体积变小。

关键词：T型接头旋转激光+GMAW焊；数值分析；旋转频率；小孔；气孔DOI：10.3969/j.issn.1674-6457.2024.04.018中图分类号：TG456.7 文献标志码：A 文章编号：1674-6457(2024)04-0147-08Numerical Analysis Model for Dynamic Behavior of Molten Pool inRotating Laser+GMAW Hybrid Welding of T JointsWANG Yijin1, LIU Wen1, XU Guoxiang1*, ZHU Jie1, HU Qingxian1, DU Baoshuai2, GONG Qilong1(1. Key Laboratory of Advanced Welding Technology, Jiangsu University of Science and Technology, Jiangsu Zhenjiang 212000,China; 2. State Grid Shandong Electric Power Research Institute, Jinan 250002, China)ABSTRACT: The work aims to study the temperature field and flow characteristics of molten pool in rotating laser+GMAW hybrid welding of T-joints, to reveal the generation and inhibition mechanisms of pore defects. According to the optics, electro-magnetic, heat transfer and fluid dynamics mechanisms, a numerical analysis model of molten pool in rotating laser+GMAW hybrid welding of T-joints was established. The temperature field and flow characteristics of the T-joint rotating laser+GMAW收稿日期：2023-12-28Received：2023-12-28基金项目：国家自然科学基金（51975263，52375340）Fund：The National Natural Science Foundation of China (51975263, 52375340)引文格式：王艺瑾, 刘文, 胥国祥, 等. T型接头旋转激光+GMAW复合焊熔池动态行为数值分析模型[J]. 精密成形工程, 2024, 16(4): 147-154.WANG Yijin, LIU Wen, XU Guoxiang, et al. Numerical Analysis Model for Dynamic Behavior of Molten Pool in Rotating La-ser+GMAW Hybrid Welding of T Joints[J]. Journal of Netshape Forming Engineering, 2024, 16(4): 147-154.*通信作者（Corresponding author）148精密成形工程 2024年4月hybrid welding at rotation frequencies of 50 Hz and 100 Hz were simulated by Fluent software. Then, the screenshots of cross and longitudinal sections of the joints were compared. From the perspective of process optimization and seam forming, the ef-fect of different rotation frequencies on the molten pool and keyholes and the inhibition mechanism of pore was discussed.When the rotation frequency was 50 Hz, the maximum depth of keyhole in the longitudinal section was 5.4 mm. The opening diameter of the keyhole in the cross section was relatively large. After rotation for a cycle, the keyhole was far away from the bubble and the bubble could not overflow, forming the pore. When the rotation frequency was 100 Hz, the depth of keyhole in the longitudinal section was significantly reduced just as the volume of the molten pool. In the cross section, the maximum opening diameter and the depth of keyhole were reduced respectively just as the size of the molten pool. When the time was0.097 s, the clockwise vortex in the area above the keyhole was conducive to reducing the sagging phenomenon in the moltenpool and the undercut phenomenon at the weld toe of the vertical plate, inhibiting the pore. With the increase of rotation fre-quency, the maximum opening diameter and depth of the keyhole decrease, which has a stirring effect on the molten pool, mak-ing the volume of molten pool smaller.KEY WORDS: laser+GMAW hybrid welding of T-joints; numerical analysis; rotation frequency; keyhole; pore激光电弧复合焊具有能实现优质、高效焊接的巨大潜力。

以下是《焊接工艺英文缩写》：AW——ARC WELDING——电弧焊AHW——atomic hydrogen welding——原子氢焊BMAW——bare metal arc welding——无保护金属丝电弧焊CAW——carbon arc welding——碳弧焊CAW-G——gas carbon arc welding——气保护碳弧焊CAW-S——shielded carbon arc welding——有保护碳弧焊CAW-T——twin carbon arc welding——双碳极间电弧焊EGW——electrogas welding——气电立焊FCAW——flux cored arc welding——药芯焊丝电弧焊FCW-G——gas-shielded flux cored arc welding——气保护药芯焊丝电弧焊FCW-S——self-shielded flux cored arc welding——自保护药芯焊丝电弧焊GMAW——gas metal arc welding——熔化极气体保护电弧焊GMAW-P——pulsed arc——熔化极气体保护脉冲电弧焊GMAW-S——short circuiting arc——熔化极气体保护短路过度电弧焊GTAW——gas tungsten arc welding——钨极气体保护电弧焊GTAW-P——pulsed arc——钨极气体保护脉冲电弧焊MIAW——magnetically impelled arc welding——磁推力电弧焊PAW——plasma arc welding——等离子弧焊SMAW——shielded metal arc welding——焊条电弧焊SW——stud arc welding——螺栓电弧焊SAW——submerged arc welding——埋弧焊SAW-S——series——横列双丝埋弧焊RW——RWSISTANCE WELDING——电阻焊FW——flash welding——闪光焊RW-PC——pressure controlled resistance welding——压力控制电阻焊PW——projection welding——凸焊RSEW——resistance seam welding——电阻缝焊RSEW-HF——high-frequency seam welding——高频电阻缝焊RSEW-I——induction seam welding——感应电阻缝焊RSEW-MS——mash seam welding——压平缝焊RSW——resistance spot welding——点焊UW——upset welding——电阻对焊UW-HF——high-frequency ——高频电阻对焊UW-I——induction——感应电阻对焊SSW——SOLID STATE WELDING——固态焊CEW——co-extrusion welding——CW——cold welding——冷压焊DFW——diffusion welding——扩散焊HIPW——hot isostatic pressure diffusion welding——热等静压扩散焊EXW——explosion welding——爆炸焊FOW——forge welding——锻焊FRW——friction welding——摩擦焊FRW-DD——direct drive friction welding——径向摩擦焊FSW——friction stir welding——搅拌摩擦焊FRW-I——inertia friction welding——惯性摩擦焊HPW——hot pressure welding——热压焊ROW——roll welding——热轧焊USW——ultrasonic welding——超声波焊S——SOLDERING——软钎焊DS——dip soldering——浸沾钎焊FS——furnace soldering——炉中钎焊IS——induction soldering——感应钎焊IRS——infrared soldering——红外钎焊INS——iron soldering——烙铁钎焊RS——resistance soldering——电阻钎焊TS——torch soldering——火焰钎焊UUS——ultrasonic soldering——超声波钎焊WS——wave soldering——波峰钎焊B——BRAZING——软钎焊BB——block brazing——块钎焊DFB——diffusion brazing——扩散焊DB——dip brazing——浸沾钎焊EXB——exothermic brazing——反应钎焊FB——furnace brazing——炉中钎焊IB——induction brazing——感应钎焊IRB——infrared brazing——红外钎焊RB——resistance brazing——电阻钎焊TB——torch brazing——火焰钎焊TCAB——twin carbon arc brazing——双碳弧钎焊OFW——OXYFUEL GAS WELDING——气焊AAW——air-acetylene welding——空气乙炔焊OAW——oxy-acetylene welding——氧乙炔焊OHW——oxy-hydrogen welding——氢氧焊PGW——pressure gas welding——气压焊OTHER WELDING AND JOINING——其他焊接与连接方法AB——adhesive bonding——粘接BW——braze welding——钎接焊ABW——arc braze welding——电弧钎焊CABW——carbon arc braze welding——碳弧钎焊EBBW——electron beam braze welding——电子束钎焊EXBW——exothermic braze welding——热反应钎焊FLB——flow brazing——波峰钎焊FLOW——flow welding——波峰焊LBBW——laser beam braze welding——激光钎焊EBW——electron beam welding——电子束焊EBW-HV——high vacuum——高真空电子束焊EBW-MV——medium vacuum——中真空电子束焊EBW-NV——non vacuum——非真空电子束焊ESW——electroslag welding——电渣焊ESW-CG——consumable guide eletroslag welding——熔嘴电渣焊IW——induction welding——感应焊LBW——laser beam welding——激光焊PEW——percussion welding——冲击电阻焊TW——thermit welding——热剂焊THSP——THERMAL SPRAYING——热喷涂ASP——arc spraying——电弧喷涂FLSP——flame spraying——火焰喷涂FLSP-W——wire flame spraying——丝材火焰喷涂HVOF——high velocity oxyfuel spraying——高速氧燃气喷涂PSP——plasma spraying——等离子喷涂VPSP-W——vacuum plasma spraying——真空等离子喷涂TC——THERMAL CUTTING——热切割OC——OXYGEN CUTTING——气割OC-F——flux cutting——熔剂切割OC-P——metal powder cutting——金属熔剂切割OFC——oxyfuel gas cutting——氧燃气切割CFC-A——oxyacetylene cutting——氧乙炔切割CFC-H——oxyhydrogen cutting——氢氧切割CFC-N——oxynatural gas cutting——氧天然气切割CFC-P——oxypropanne cutting——氧丙酮切割OAC——oxygen arc cutting——氧气电弧切割OG——oxygen gouging——气刨OLC——oxygen lance cutting——氧矛切割AC——ARC CUTTING——电弧切割CAC——carbon arc cutting——碳弧切割CAC-A——air carbon arc cutting——空气碳弧切割GMAC——gas metal arc cutting——熔化极气体保护电弧切割GTAC——gas tungsten arc cutting——钨极气体保护电弧切割PAC——plasma arc cutting——等离子弧切割SMAC——shielded metal arc cutting——焊条电弧切割HIGH ENERGY BEAM CUTTING——高能束切割EBC——electron beam cutting——电子束切割LBC——laser beam cutting——激光切割LBC-A——air——空气激光切割LBC-EV——evaporative——蒸气激光切割LBC-IG——inert gas——惰性气体激光切割LBC-O——oxygen——氧气激光切割(end)。

焊接热源模型摘要：根据目前焊接工作者的实践和共识,所谓的焊接热源模型,可以认为是对作用于焊件上的、在时间域和空间域上的热输入分布特点的一种数学表达。

到目前为止,用于焊接数值模拟中的所有焊接热源模型大都不随时间而发生变化,也就是认为在焊接进行过程中热源模型是不发生变化的,即静态焊接热源模型。

而动态焊接热源模型,其热输入是随着焊接的进行而发生变化的。

关键字：热源模型、高斯热源、双椭球热源、模型参数一、焊接热源模型种类及其参数在焊接尤其是熔化焊中,其热过程贯穿整个焊接过程的始终,一切熔化焊的物理化学过程都是在热过程中发生和发展的。

焊接温度场不仅决定焊接应力场和应变场,还与冶金、结晶及相变过程有着紧密的联系。

焊接温度场内包含着焊接接头质量及性能的充分信息, 始终是焊接发展中的最基本课题之一。

按照热源作用方式的不同，可以将焊接热源当作集中热源、平面分布热源、体积分布热源来处理。

当关心的工件部位离焊缝中心线比较远时，可以近似将焊接热源当作集中热源来处理。

对于一般的电弧焊，焊接电弧的热流是分布在焊件上一定的作用面积内，可以将其作为平面分布热源。

但对于高能束焊接，由于产生较大的焊缝深宽比，说明焊接热源的热流沿工件厚度方向施加很大的影响，必须按某种恰当的体积分布热源来处理。

1.1焊接模型特点1.焊接热源的特点：(1)能量密度高度集中;(2)快速实现焊接过程；(3)保证高质量的焊缝和最小的焊接热影响区。

2.焊接热源的种类：(1)电弧焊：气体介质中的电弧放电 (2)化学热：可燃气体 (3)电阻热：电阻焊、电渣焊 (4)高频感应热：磁性的金属高频感应产生二次电流作为热源 (5)摩擦热：机械高速摩擦 (6)电子束：高速运动的电子轰击 (7)等离子焰：电弧或高频放电—离子流 (8)激光束：激光聚焦3.热源的形式（从热传导的角度来考虑）：(1)点热源（三维）—厚大焊件焊接 (2)线热源（二维）—薄板焊接 (3)面热源（一维）—细棒摩擦焊4.焊接热源模型的概念：根据目前焊接工作者的实践和共识 ,所谓的焊接热源模型 ,可以认为是对作用于焊件上的、在时间域和空间域上的热输入分布特点的一种数学表达。

T型接头激光-MAG复合焊单面焊双面成形工艺李凯;何广忠;王春生;齐晗;谢元立【摘要】以转向架构架常用材料S355J2W作为试验材料,采用激光-MAG复合焊方法,针对无坡口的12 mm厚T型接头的单面焊双面成形工艺进行试验研究.阐述自动焊的工具中心点TCP(Tool Center Point)位置变化造成的两个方向的焦点位置偏移(离焦量偏移及沿T型接头立板表面偏移),通过焊缝外观及金相检测,论证上述两个方向位置偏移对焊接质量的影响,得出最大允许偏移范围:在离焦量为-2.5～-1.5 mm、立板表面偏移为1～2 mm,范围内能够实现稳定的单面焊双面成形效果.%Laser-MAG hybrid welding technology was used to weld the non-groove T-joint S355J2W bogie frame with 12 mm thickness in order to obtain the welding by one side with back formation joints.The focus location offset along the two directions due to Tool Center Point (TCP) change in automatic welding was described,which are defocus offset and the offset along vertical plate surface of T-joint.According to the test results of the appearance and metallographic examinations,the influence of offset along the above two directions on welding quality is discussed.The maximum allowable offset ranges were obtained,which are-2.5～-1.5 mm of defocus and 1～2 mm along vertical plate surface.In this range,a stable welding by one side with back formation can be achieved.【期刊名称】《电焊机》【年(卷),期】2018(048)003【总页数】5页(P181-185)【关键词】转向架构架;T型接头;激光-MAG复合焊【作者】李凯;何广忠;王春生;齐晗;谢元立【作者单位】中车长春轨道客车股份有限公司,吉林长春130062;中车长春轨道客车股份有限公司,吉林长春130062;中车长春轨道客车股份有限公司,吉林长春130062;一汽-大众汽车有限公司,吉林长春130001;中车长春轨道客车股份有限公司,吉林长春130062【正文语种】中文【中图分类】TG4090 前言轨道车辆转向架构架大多由中等厚度耐候钢板、钢管拼焊而成，对接、T型接头是常见的焊接接头形式。

在激光作用下核压力容器钢焊接接头的显微组织和力学性能摘要：设计间接热冲压工艺，利用有限元法对零件的几何尺寸和力学性能进行了预测.在间接热冲压过程的情况下，生产性能与适应车身部件,冷却路径造成扩散和扩散控制的相变。

通过人脸的相变引起的体积膨胀为面心立方（FCC）为体心立方（BCC）和体心四方（BCT）马氏体的形成导致相变诱导株的整体应力热冲压的车身部件的计算是很重要的。

计算的应力和应变状态正确，它是必要的模型的扩散和扩散控制的相变现象，考虑到间接热冲压过程的边界条件。

现有的材料模型进行分析和扩展以提高计算铁氧体、珍珠岩的数量和分布,其预测的准确性，整个退火过程中贝氏体和马氏体.工业用新方法在有限元程序LS-DYNA 971实现关键词：核钢稳压器压水反应堆反应堆压力容器结构完整性焊接韧性SA508钢通常用于民用核反应堆的关键部件,如反应堆压力容器。

核部件通常采用电弧焊接工艺，但与设计为未来的新建设项目超过60年的生活，新的焊接技术正在寻求.在这种探索性的研究,为第一时间，自体激光焊接6毫米厚的进行SA508 Cl。

3钢板使用16千瓦激光系统在4千瓦的功率运行。

这个显微组织和力学性能（包括显微硬度、抗拉强度、延伸率等夏比冲击韧性)的特点和结构进行了比较电弧焊接.基于移动体热的三维瞬态模型源模型也发展到模拟激光焊接热循环，以估计冷却速率的过程。

初步结果表明，激光焊接工艺可以无宏观缺陷的焊缝，激光焊接的强度和韧性在这项研究中的联合，得到的值,在焊接的母材条件。

反应堆压力容器的寿命和安全运行（RPV)，这是核电站中最关键的部件之一.取决于高温压力容器材料的耐久性，高压力和放射性环境.具有较高强度，韧性和抗辐照脆化的材料的需要是上升的，由于增加的发电容量和核电厂的设计寿命［1 ］，[ 2 ］，[ 3 ］，[ 4 ]，[ 5 ]，［7 ］，［8 ]和[ 6 ].SA508钢已经用于许多RPV？的压水反应堆制造因为他们提供的结合强度，延展性好，断裂韧性,相对于机械性能的均匀性，和他们的经济［9 ］、[ 10 ］、[ 11 ]和［12 ］.无人机是采用焊接厚环形锻件或SA508钢板在一起。