CMT焊接温度场及熔池流场分析
CMT焊接温度场及熔池流场分析
CMT焊接熔池流场数值模拟分析
正确的手工焊接温度控制
对于任何手工焊接过程，正确的焊接温度对于形成良好的焊点都是至关重要的。 焊接温度/时间与焊点可靠性的关系 通过检查焊点IMC的厚度与内部金相结构，可以清楚地分析出焊接中传递给被焊物的热量是否正确，而焊点表面可以反映出在电路板焊盘上形成的焊点是否良好。 控制IMC的厚度对于形成可靠的连接是很重要的，焊点内部IMC形成速率与焊接温度和时间有关。烙铁提供的热量过大会增大焊点IMC的厚度，导致焊点变脆；提供的热量过小会使焊料不能完全熔化，形成冷焊（见图1）。 图2所示焊脚处的焊点形状与外观可以反映出焊点的质量，不幸的是，无铅焊接与有铅焊接的焊脚外观很不一样。无铅焊接的焊脚外观颜色暗（图2左图），且有比较大的湿润角度；图2右图为锡铅焊接焊脚外观，颜色发亮。 选择合适的助焊剂 烙铁传输的热量正确与否也影响到助焊剂的使用。酒精与部分酸的沸点低于普通的手工焊接温度，因此，为了避免助焊剂过早地挥发，使助焊剂有充分的时间起作用，保证焊接时烙铁不提供过多的热量从而使焊接面的温度过高是很重要的。 助焊剂的选择对于形成良好的焊点也是很重要的。随着焊接温度的提高，氧化的速度也会相应地加快，由于无铅焊接具有较弱的润湿力，需要助焊剂有较“强”的活性，所以焊锡丝中的助焊剂含量应该从锡铅焊锡丝的1%提高到2%。 使用较强活性的助焊剂，需要更多地对PCB上的残留物进行清洗，由于很多企业已经采用免清洗焊锡膏，残留物的清洗势必增加相应的工序和成本。
焊接温度曲线 为了形成良好的焊点，在熔点温度以上40℃的时间必须保持2-5秒，因此我们需要烙铁提供相当的热量。大部分企业在进行无铅焊接时选用的焊锡丝是 SAC387合金，它的熔点为217℃, 焊接温度相应为257℃（选择SAC305合金为260℃）。由此我们可以得到以下的理论温度曲线： 当烙铁头与焊锡丝/被焊物接触时，我们从上图可以看到温度迅速上升，在这段时间助焊剂挥发并起作用。当温度升到熔点以上时，焊料开始熔化，之后维持大约4秒时间，烙铁移开，焊点凝固。 注意上面的曲线，从液相变为固相时，曲线有一个凹段。但是，在实际操作中，操作者很少能够将烙铁停留在焊点2秒以上，所以实际的曲线如图5所示，在短时间内，加热有一个峰值区，很多的热量在此传递给焊点。 比较上面两条曲线可以看出，焊点实际达到的温度比推荐的熔点以上40℃要高，但时间要短。然而，如果考虑到烙铁传递的热量为温度与时间的函数，两者的热量应该做到差不多才对。 从图6可以看出，两条曲线在熔点217℃以上的面积是相等的
基于生死单元的激光熔覆温度场数值模拟_赵洪运
第31卷第5期 2010年5月焊 接 学 报T R A N S A C T I O N S O F T H EC H I N AW E L D I N GI N S T I T U T I O N V o l .31 N o .5M a y 2010 收稿日期:2009-09-28基金项目:哈尔滨工业大学(威海)研究基金资助项目(H I T (WH ) 200711) 基于生死单元的激光熔覆温度场数值模拟 赵洪运, 舒凤远, 张洪涛, 杨贤群 (哈尔滨工业大学(威海)材料科学与工程学院,山东威海 264209) 摘 要:计算了不同激光功率条件下粉末粒子到达基体前的温升情况,并将粉末粒子 到达基体前的温度作为初始条件,采用生死单元法对单道和多道激光熔覆温度场进行 了研究.利用熔池尺寸和形貌,验证了模型的可靠性.结果表明,粉末粒子温升和激光 功率呈线性关系,单道熔覆层的温度变化呈一个锯齿状,升温过程近似呈直线上升,降 温曲线近似呈双曲线的一支,而多道熔覆过程中,温度场呈后拖的偏椭圆状.节点上的 热循环经过逐渐增大的峰值,峰值温度最终趋于稳态. 关键词:激光熔覆;生死单元;温度场;初始条件 中图分类号:T G 115.28 文献标识码:A 文章编号:0253-360X (2010)05-0081-04赵洪运 0 序 言 激光熔覆按送粉工艺的不同可分为两类.即粉 末预置法和同步送粉法.同步送粉法具有易实现自 动化控制,激光能量吸收率高,无内部气孔,尤其熔 覆金属陶瓷,可以显著提高熔覆层的抗开裂性能,使 硬质陶瓷相可以在熔覆层内均匀分布等优点,具有 广阔的应用空间. 国内学者运用A N S Y S 对激光熔覆过程的温度 场和应力场已经做了大量的研究工作[1-4].目前通 过A N S Y S 模拟激光熔覆温度场的研究并没有考虑 激光束与粉末的交互作用,实际上激光束最先和粉 末作用,激光束除了损失的能量以外,一部分被熔覆 粉末吸收,另一部分则透过粉末被基体吸收.基体 除了直接吸收激光束能量以外,还吸收粉末传递给 基体的能量.因此很有必要在模拟之前搞清楚激光 能量的分配情况,这样建立起来的模型与实际才更 接近,模拟结果更有说服力.文中将粉末到达基体 前吸收能量后的温升作为初始温度场加载给基体, 同时采用A N S Y S 中生死单元技术模拟熔覆单元的 生长过程,基体吸收的能量通过高斯体热源加载,模 拟送粉激光熔覆的温度场分布情况.在此基础之 上,模拟了多道次激光熔覆温度场,对多道激光熔覆 温度场进行了研究.1 粉末到达基体前的温度粉末在遮挡激光的同时,也吸收了部分激光能量,从而使自身的温度升高.实际上,在不考虑等离子体影响(能量密度低于105W/c m 2)情况下,粒子直接吸收激光辐射能,并放出辐射能.在空气中粉末颗粒也会由于空气对流散失能量,粒子之间也会相互加热这些能量在总能量中的比例很小,目前关于粉末颗粒温升的模型并不多见,而且在模型中需要建立假设条件[5].为了计算方便,在模型中假设:(1)粉末颗粒在气—粉射流中的体积分数很低,可以忽略激光的反射、折射、颗粒离子之间的相互加热和光束遮蔽等影响.(2)粉末颗粒是半径为r P 的球体.由于粉末颗粒足够小,在能量计算时将其看成一个点,粒子的热导率为无限大,即认为粉末颗粒的温度是均匀一致的,在迎光面和背光面没有差异.(3)粉末颗粒只在迎光面吸收能量,但对外辐射则在整个球体表面发生.(4)粉末不吸收来自基体的反光.由以上假设,根据粒子的能量方程可以求出粉末粒子的温升.方程是非线性方程,使用M a t l a b 软件采用迭代法求解.当激光功率P=2k W 时,在1500～1600K 范围内方程有解,于是初始值设为T =1500K ,通过迭代求出方程的一实根为T =1570K . 改变激光功率,得到不同激光功率下粉末离子 到达基体时的温度,如图1所示,随着激光功率的增 大,粉末粒子达到基体前的温升逐渐增高,且成近似 线性关系增长.当激光功率P=1500W 时,计算出
焊接温度场及残余应力测量方法总结
焊接温度场及残余应力测量方法总结 一、焊接温度场测量方法 多年来，基于物体的某些物理化学性质（例如，物体的几何尺寸、颜色、电导率、热电势和辐射强度等）与温度的关系，开发了形式多样的温度测量方法和装置，综合温度测量的现状，按测量方式可分为接触式和非接触式两大类。 1、接触式测温方法 接触式测温方法的感温原件直接置于被测温度场或介质中，不受到黑度、热物理性参数等性质的影响，具有测温精度高、使用方便等优点。但是对于瞬态脉动特性的对象，接触式测温方法难以作为真正的温度场测量手段。主要是由于接触法得到的是某个局部位置的信号，如果要得到整个温度场的信号，必须在温度空间内进行合理的布点，才可以根据相应的方法（如插值法等）获得对温度场的近似。 常用的接触式测温方法有，电偶测温法。热电偶是用两种不同的导体（或者半导体）组成的闭合回路，两端接点分别处于不同温度环境中，与当地达成热平衡时会产生热电势，标定后可用来测量温度。理想的热电偶测温方法,是将参比端 E,再查分度表反置于0℃的恒温槽中,通过测量2个不同导体A和B的热电动势ab 求出被测温度t。由于让参比端保持0℃有时比较困难,实际应用中常常需要参比端恒温处理或温度补偿。热电偶测温法有几个优点:精度比较高,因为热电偶直接与被测对象接触,不受中间介质的影响；测量范围大,通常可在-50~1600℃范围内连续测量；结构简单,使用方便。但是,热电偶测温法也有一定的缺点:每次测量的点数有限(最多几个点),难以反映整个焊接温度场的情况;此外,金属的电阻和熔池中液体的流动会阻碍热传导,从而给热电偶的测量带来一定的误差。 2、非接触式测温法 非接触测温法分为两大类：一类是通过测量介质的热力学性质参数，求解温度场（如声学法);另一类是通过高温介质的辐射特性，通过光学法来测量温度场。非接触式测温方法由于测温元件不与被测介质接触，不会破坏被测介质的温度场和流场；同时，感温元件传热惯性很小，因此可用于测量不稳定热力过程的温度。其测量上限不受材料性质的影响，可在焊接等高温场合应用。目前常用的测试方法主要有以下几种: 2.1、红外热像法 随着红外技术和计算技术的发展,红外热象法测定焊接温度场成为近代一种新技术。红外热成像测温技术为非接触式测温,响应快,不破坏被测物体的温度场,可以检测某些不能接触或禁止接触的目标,红外热像技术显示出其在测试物体温度场方面的优势。在实际的测量过程中，一般先采用热电偶标定被测物体的发射率，然后再用红外热像仪测定物体的温度场。
焊接过程控制程序
焊接过程控制程序 1目的和使用范围 为了保证焊接施工处于受控状态，确保工程焊接质量，特制定本程序。 本程序适用于公司建筑安装和压力容器、锅炉、压力管道的焊接施工。 Q/ZS21003-2009 文件控制程序 记录控制程序 人力资源管理程序 施工生产过程控制程序 2职责 焊接技术中心是负责焊接控制的归口管理部门，各单位技术部门负责实施。 3工作程序 焊接工艺流程控制见图 1。 4焊工 4.1凡在公司各工程（车间）施焊的焊工应服从公司的统一管理，焊工合格证“聘用情况” 的“聘用 单位”栏应该公司公章， “法人代表”栏应有法人代表签字或盖章。 4.2焊工上岗前应取得与所焊项目相应的资格。 4.3参加国外引进项目施工的焊工， 还应根据有关文件指定的标准进行考核， 考核合格后上 岗。 4.4各单位焊工管理人员应建立焊工台账，并按时向公司焊接技术中心申请焊工资格考试。 4.5公司焊接技术中心按照有关标准规定进行焊工资格培训考试工作， 并负责按标准规定办 理焊工资格证件。 4.6焊工考试资料由公司档案科归档。 4.7焊工资格失效前1 — 3个月焊工应重新考试。 4.8首次参加考试或参加公司首次选用的焊接方法、钢材、焊接材料考试的焊工，应先参加 培训在进 行考试。 4.9考试合格的焊工只能担任合格项目的范围内的焊接工作。 有技术人员负责安排、 焊接检 验员监督检查。 4.10焊接技术中心负责建立公司焊工资格台账。 5焊接材料 5.1焊接材料应放在干燥通风良好的仓库内贮存保管。焊材库内控制温度在 5摄氏度以上， Q/ZS21004-2009 Q/ZS20901-2009 Q/ZS20401-2009 Q/ZS20701-2009 施工机具装备管理程序 焊接施工前准备
第三讲 焊接温度场
第三讲焊接温度场 教学目的：理解温度场的概念及表达方式；等温线的概念及特征。了解温度梯度的概念。掌握影响温度场的因素。教学重点：温度场、等温线 教学难点：温度场、等温线 教学方法：讲述法 课时分配：4课时 教学内容： 热量的传递有传导、对流、辐射三种基本方式。在熔焊过程中，三种方式都存在。其中热量传递到焊件主要是通过对流与辐射；母材与焊丝获得热量后其内部的传导则以传导为主。 一、温度场的概念及表达方式 1、焊接温度场：指某一瞬时焊件上各点的温度分布。具体说就是焊件上各点温度分布情况。 焊接温度场是某一瞬时的温度场。因为焊件上的温度不仅不均匀，而且因热源的运动还将使各点的温度随时间而变化。 在焊接进行过程中，焊件上温度分布的规律：热源中心处温度最高，向焊件边缘温度逐渐下降。 2、等温线（面）：温度场中相同温度的各点所连成的线（或面）。 性质：不同等温线（面）绝对不会相交。
等温线的意义和应用： （1）固定加热厚大工件等温线的情况（如图4-2） 工件上各点的温度仅仅与其到热源的距离有关。等温线的现状是以热源中心为圆心的半球面。 在xoy 平面的等温线则为同心圆， 温度越低，半径越大。 （2）热源运动时等温线的情况 焊接时，由于热源要沿着一定的 方向运动，热源前后温度分布不再对 称，等温线的形状将发生变化。 原因：热源前面是未经加热的冷金属，温度下降很快，而热源后面则是刚焊完的焊缝，温差较小。 结果：热源前面的等温线之间距离缩短，后面等温线之间的距离加长，而在热源的两侧分布仍然是对称的。 讲述图4-3 （教材107页） 3、温度梯度 等温线可以表示温度在空间的变化率， 这个变化率与温差成正比，与等温线之间 的距离成反比，其比值叫做温度梯度。 如图; G =T1-T2/Δs 当T1＞T2，即温度上升时，温度梯度为正；反之为负。
基于生死单元的激光熔覆温度场数值模拟
基于生死单元的激光熔覆温度场数值模拟 基于生死单元的激光熔覆温度场数值模拟 摘要:计算了不同激光功率条件下粉末颗粒到达基底前的温升，并以粉末颗粒到达基底前的温度为初始条件。用生死单元法研究了单通道和多通道激光熔覆温度场。利用熔池的大小和形态，验证了模型的可靠性。结果表明，粉末颗粒的温升与激光功率呈线性关系。单个包层的温度变化是锯齿状的。温升过程近似为直线，温降曲线近似为双曲线。在多通道熔覆过程中，温度场呈微椭圆形。节点上的热循环经过一个逐渐增加的峰值。峰值温度最终趋于稳定。0系列 激光熔覆根据送粉工艺不同可分为两种类型，即粉末预置法和同步送粉法。本发明具有易于自动控制、激光能量吸收率高、无内部气孔的优点。特别是对于覆层金属陶瓷，覆层的抗裂性可以显著提高，并且硬质陶瓷相可以均匀地分布在覆层中。有广阔的应用空间。国内学者利用ANSYS [1-4对激光熔覆过程的温度场和应力场进行了大量的研究工作。目前，利用ANSYS模拟激光熔覆温度场的研究没有考虑激光束与粉末的相互作用。事实上，激光束首先作用于粉末。除了损失的能量，部分激光束被包覆粉末吸收。另一部分通过粉末被基质吸收。除了直接吸收激光束能量，基质还吸收从粉末转移到基质的能量。因此，有必要在仿真前弄清激光能量的分布，使所建立的模型更接近实际，仿真结果更有说服力。本文将粉末在到达基体前吸收能量后的温升作为初始温度场加载到基体上。同时，利用有限元分析软件
ANSYS中的生死单元技术模拟了熔覆单元的生长过程。高斯体热源加载基体吸收的能量，模拟送粉激光熔覆的温度场分布。在此基础上，模拟了多道次激光熔覆的温度场，研究了多道次激光熔覆的温度场。当屏蔽激光时， 1粉末到达基体前的温度为 粉末。它还吸收部分激光能量，从而提高其温度。事实上，粒子直接吸收激光辐射能量并发射辐射能量，而不考虑等离子体的影响(能量密度低于105W /cm2)。在空气中，粉末颗粒也因空气对流而耗散能量，并且颗粒也相互加热。这些能量在总能量中的比例非常小。目前，关于粉体颗粒温升的模型很少。此外，有必要在模型[5]中建立假设条件。为了便于计算，模型中假设: (1)气体-粉末射流中粉末颗粒的体积分数很低，并且受到激光反射、折射、颗粒离子间相互加热和束屏蔽等的影响。可以忽略。(2)粉末颗粒是半径为rP的球体。由于粉末颗粒足够小，它们被认为是能量计算中的一个点。颗粒的导热性是无限的，即粉末颗粒的温度被认为是均匀的，并且在光接收表面和背光表面之间没有差异。(3)粉末颗粒仅吸收光接收表面上的能量，但是外部辐射发生在整个球体的表面上。(4)粉末不吸收来自基质的光反射。基于上述假设，粉末颗粒的温升可以根据颗粒的能量方程来计算。这个方程是一个非线性方程。利用Matlab软件，采用迭代法求解方程。当激光功率P=2 kW时，方程的解在1500 ~ 1600k范围内，因此初始值被设置为t = 1500k，并且通过迭代发现方程的一个实根是t = 1570k。改变激光功率，获得了当
平板对接温度场及应力-应变场模拟
-1- 平板对接温度场及应力-应变场模拟 王龙 北京工业大学机械工程专业，北京（100022） E-mail: xiaobei123@https://www.360docs.net/doc/e518956578.html, 摘要：本文是通过使用计算机模拟技术，用ANSYS 软件模拟平板对接焊接工艺的温度场， 并用间接求解的方法计算出焊接残余应力场。作者对比了面部加载高斯热源和内部热生成这 两种方法，总结两种热源的优缺点，并将两者结合起来作为一种复合热源。复合热源的计算 结果与传统的分析结果和理论相吻合。 关键词：计算机模拟；温度场；残余应力场；复合热源 1 引言 焊接是一个涉及到电弧物理、传热、冶金和力学的复杂过程，由于高度集中的瞬时热输入，在焊接过程中和焊后将产生相当大的残余应力(焊接残余应力)和变形(焊接残余变形、焊接收缩、焊接翘曲)，而这是影响焊接结构质量和生产率的主要问题之一，焊接变形的存在不仅影响焊接结构的制造过程，而且还影响焊接结构的使用性能。焊接应力和变形不但可能引起热裂纹、冷裂纹、脆性断裂等工艺缺陷，而且在一定条件下将影响结构的承载能力，如强度，刚度和受压稳定性。除此以外还将影响到结构的加工精度和尺寸稳定性。因此，在设计和施工时充分考虑焊接应力和变形这一特点是十分重要的[1][2]。随着大规模工业生产和高新技术的发展，焊接结构正朝着大型化、复杂化、高容量、高参数方向发展，其复杂程度越大，工作条件越苛刻，造成焊接事故也越频繁，危害性也越大，所以提高和保证焊接质量已经成为当前焊接中的关键问题。 焊接过程中局部集中的热输入，使焊件形成非常不均匀、不稳定温度场。温度场不仅直 接通过热应变，而且还间接通过显微组织变化引起相变应变决定焊接残余应力。因此，温度场的分析是焊接应力和变形分析前提[3]。本文就是利用大型通用的有限元软件ANSYS 对焊接温度场、应力场和变形进行了计算机的三维实时动态数值模拟，通过先计算焊接温度场，再把温度场结果作为应力和变形计算时的载荷，从而得到任何时刻、任何点的焊接应力、变形的具体计算数值，这无论是对焊接设计还是工艺都很有价值。 2 平板对接温度场模拟 2.1 材料物理性能参数以及单元类型的选择 由于是探讨性的模拟，所以模型假设为100mm×50mm×6mm，电弧中心沿Z 方向移动。 并用以下命令流依次定义导热系数，比热容以及密度用于进行温度场模拟。 mp,kxx,1,66.6 mp,c,1,460 mp,dens,1,7800 单元类型的选择原则为 1.必须具备单元生死功能 2.具有耦合功能，可以进行热-应力耦 合分析3.必须为三维单元4.焊缝处单元可以进行规则划分。根据以上原则，选用ANSYS 单元库中的热分析单元，二维模型用四节点四边形单元PLANE55，三维模型用八节点六面
浅谈焊接技术与温度控制
浅谈焊接技术与温度控制 发表时间：2019-08-05T11:28:24.593Z 来源：《防护工程》2019年9期作者：栾福伦毕晓龙王明 [导读] 本文主要对焊接技术与温度控制进行了有效的分析。 中车青岛四方机车车辆股份有限公司山东青岛 266000 摘要：在现代设备生产制造过程中，焊接已经成为一项重要的连接手段。焊接是一种方法，其中通过增加局部温度使两个试样彼此相互接合以引起原子之间的迁移。焊接是一个温度升高的过程，在这个过程之中，材料内部会发生再结晶现象，而这种温度的升高被限定在一定的区域内，因此被焊接的整个材料中各个部位的受热不均匀，因此材料整体温度也不均匀，这种温度的不均匀使得焊接结束后存在残余应力。基于此，本文主要对焊接技术与温度控制进行了有效的分析。 关键词：谈焊接技术；温度控制；方法研究 引言 焊接工艺是影响焊接刀具使用寿命的重要因素，焊接过程中的升温温度、焊接温度及焊接时间是焊接温控工艺中的关键参数。 1焊接技术的现状 1.1焊接技术的高效率化 焊接技术，作为制造业中重要的一环，它与其他制造业的特性是一样的，要求都是高速高效。目前在焊接技术高速高效的发展中，有许多技术得到了巨大的发展，在国内和国外众多研究团队以及工作人员的努力下，研究出了活性化焊接工艺、多元气体保护焊接工艺等，这些技术在焊接技术的高质量化上做出了巨大的贡献，而焊接速度的研究也有了长足的进步，现今已经可以达到1.8m/min，大大提升了产品焊接的效率。而国外的相关技术的发展比我国快，技术含量更高所以应当引进其他国家的相关先进技术，并加以改进和推广。 1.2焊接技术自动化智能化 随着机器人技术的不断发展，在各个行业的应用也越来越广，而在焊接技术的发展中，焊接机器人成为了其中自动化和智能化的带动技术。其运用原理是在电脑上对相关操作进行编程，在焊接机器人的机械臂上安装上焊接机具，并按照电脑编程进行重复动作，从而达到自动化和智能化焊接，使焊接效率得到了整体提高，还有效避免了焊接时产生的有毒有害物质对焊接工人身体造成损伤等。而目前情况下，有几种焊接技术智能化的代表，例如焊接跟踪、熔滴过渡控制、焊接成型控制等方面，在国内外都有许多技术通过智能化自动化等进行控制与代替。不仅如此，还将数字化概念带到焊接过程中，国外在数字化迅速发展的情况下，比中国提早一步将数字化与焊接技术相结合，发现这种结合可以达到控制精准度高、稳定性好、操作方便等优点和好处。 2焊接技温度控制策略 2.1控制设备 用于焊接残余应力的温度梯度测量控制装置由基础滑动固定板，硅碳棒固定板，硅碳棒下固定板，热电偶，应变花，圆柱销，螺母，螺杆，张力块和控制系统组成。其中，滑动固定板可以在基座上滑动。 圆柱销与下部固定板和硅碳棒的滑动固定板连接，固定板在硅碳棒下方延伸一段距离，用于固定试件。将硅碳棒上的固定板和硅碳棒的下固定板压在试件上，并通过安装在固定板上的硅碳棒加热试件。应变花形检测焊接过程中的材料应力变化，并在内应力导致试件变形时准确收集数据，便于后续数据处理。 硅碳棒是非金属电加热元件，电阻率随温度的升高而缓慢增加。电阻率越高，温度越高。硅碳棒的电阻测量是通过特殊的电气测试设备测量的，不在室温下测量。如果用万用表测量仪器，则误差非常大，因此碳化硅棒在低温（20摄氏度）下具有不确定的电阻率。热电偶广泛应用于具有加热和温控功能的加热设备中，是一种非常重要的温度控制元件。热电偶可以完成温度信号向电信号的转换，以使设备获得实时的温度信息。由于需要，各种热电偶的形状往往差别很大，但它们的基本结构大致相同，通常由热电极，绝缘套管保护管和接线盒等组成，通常带显示仪表，记录仪表和电子调节设备一起使用。 2.2测量 ①首先要对试样进行材料加工以使材料具有一定的大小，还要对试样进行表面处理，使其表面光滑，判断标准是可以看到试样表面光亮。②第二步是选择应变花的黏贴位置，为了确定应变花的位置需要画线。③而后将要进行残余应力测量的材料放于基座上，找到合适的部位以使基座和材料进行对接时匹配良好，通过操作夹紧块使得需要焊接的两块材料稳固贴合，使材料被拉紧以保证焊接过程中两块材料不发生错位，正式焊接之前需要对两块材料进行预焊，长度控制在5毫米左右，当5毫米的预焊缝形成之后即可以移走偏心夹，通过焊缝的约束力足以使两块材料不发生相对移动。④根据上述步骤中确定的画线位置，对应力片进行粘贴固定操作，一块材料上粘贴4片应变花。而后将应变仪进行归零操作，继而对两块材料进行焊接。⑤焊接基础数据的获得是由两部分组成的，一部分是焊接过程中的应力-应变曲线，另一部分是温度曲线。第一个部分可以借助于应变片来完成，第二个部分可以借助热电偶来完成。⑥残余应力基础数据的获得是通过在应变片周围5毫米处打孔测量来实现，孔德通径控制为5毫米。⑦重复前4个步骤，随后对焊接材料进行加热操作，加热源是硅碳棒，温度控制在100℃。重复⑤-⑥步骤，分别在100、200、300、400和500℃的温度下重复。⑧根据温度梯度预测该焊接材料的焊接结构的焊接残余应力。⑨根据上述分析通过对温度梯度预测即可对相同材料焊接结构的焊接残余应力的预测。 2.3避免因热处理时间不足造成焊评不能覆盖 低于下转变温度的焊后热处理，就是温度低于A1线的热处理，即常说的焊后消除焊接应力热处理（SR）。试件的热处理时间一般按规范中要求的根据材料厚度进行确定。当焊件厚度较厚或焊件焊缝经多次返修并进行低于下转变温度的焊后热处理时，使得焊件热处理时间要比试件的热处理时间长得多，就会出现试件的保温时间少于焊件在制造过程中累计保温时间的80%”，此时试件的焊评不再适用于此焊件，需进行试件热处理保温时间较长的焊评。例如压力容器上的小接管壁厚小于12mm时，可使用6mm试件合格的焊评来支持，但一般6mm 厚试件焊评中热处理时间不会太长，当该压力容器进行焊后整体消除应力热处理（SR）时，接管上的焊缝就要与较厚的筒体焊缝一样经过保温时间较长的下转变温度热处理，这时可能造成试焊评中件的热处理时间达不到容器接管的热处理时间的80%，则容器接管焊缝的焊接工艺不能再使用此试件的焊评，而需另做一个保温时间更长的试件焊评。为避免此现象的发生，拟定焊接工艺规程时，对于壁厚小于或等
激光增材制造金属零件过程中的热力学分析及热变形研究
激光增材制造金属零件过程中的热力学分析及热变形研究 激光增材制造技术是一种先进的制造技术,该技术整合了激光熔覆与快速原型的优点,不需要任何毛坯件预加工的前提下,能够实现复杂零件直接近净成形制造,并提供良好的加工质量,在高端装备研制与生产中具有广阔的应用前景。因此,本研究以激光增材制造及修复金属零件为背景,通过大量的成形实验及相应的数值模拟,仔细观察激光增材制造过程中产生的现象,深入研究其中的成形机理与影响规律,系统分析激光增材制造过程中温度场与应力场对成形件质量与微观组织的影响,主要研究内容如下:(1)对激光熔覆成形过程中热传导、激光能量传导和金属热变形等理论进行论述,分析激光熔覆成形原理。基于有限元理论与单元生死技术,通过选择合理的热源模型、粉末对激光吸收率与金属材料物理性能,设定热交换边界条件,建立同轴送粉激光熔覆过程有限元模型。(2)针对激光熔覆成形特定金属零件时需要采用不同金属粉末进行熔覆,分析不同材料进行激光熔覆时温度场与应力场的影响。通过ANSYS生死单元技术模拟不同材料激光熔覆过程温度场与应力场的分布与演化规律,分析不同材料对激光熔覆过程温度场与应力场的影响规律,规划合理的加工方案。(3)针对激光熔覆过程中出现的裂纹、重熔、毛边、塌陷等缺陷,提出通过改变加工方式的方法,减小熔覆过程中热应力对成形试样的影响。通过使用变功率加工与改变扫描路径的办法,减少激光熔覆过程热累积效应,降低成形试样温度梯度,进而减少加工过程中弹性热压缩变形与热收缩应力,提高成形试样质量。(4)针对激光熔覆模拟结果,进行实
体成形实验验证模拟结果的准确性。通过使用非接触式红外热像仪与X-射线衍射应力测试仪测量激光熔覆过程中熔池温度与成形后试样表面残余应力,验证模拟结果的准确性,并对成形件进行尺寸精度、表面平整度和基板翘曲度的测量,得出最优加工参数。通过腐蚀成形件观察试样内部组织与晶体结构,总结不同加工方式对成形试样微观结构的影响。
1227钢结构件焊前预热温度与层间温度的控制1
Q/DZQ 1227-2006 前言 本标准由大连重工?起重集团有限公司标准化委员会提出。 本标准由大连重工?起重集团有限公司标准化办公室归口。 本标准附录A为资料性附录。 本标准起草单位：焊接技术研究所。 本标准起草人：王晓东。 本标准首次发布。 I
Q/DZQ 1227-2006 钢结构件焊前预热温度与层间温度的控制 1 范围 本标准规定了钢结构件焊前预热温度与层间温度的控制要求。 本标准适用于碳素结构钢、低合金结构钢组成的钢结构件的焊接。 2 规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。 GB/T 3375-1994 焊接术语 3 术语和定义 3.1 预热 焊接开始前，对焊件的全部（或局部）进行加热的工艺措施。 3.2 预热温度 按照焊接工艺的规定，预热需要达到的温度。 3.3 层间温度 多层多道焊时，在施焊后继焊道之前，其相邻焊道应保持的温度。 3.4 拘束度 衡量焊接接头刚性大小的一个定量指标。拘束度有拉伸和弯曲两类：拉伸拘束度是焊接接头根部间隙产生单位长度弹性位移时，焊缝每单位长度上受力的大小；弯曲拘束度是焊接接头产生单位弹性弯曲角变形时，焊缝每单位长度上所受弯距的大小。 3.5 焊后热处理 焊后，为改善焊接接头的组织和性能或消除残余应力而进行的热处理。 3.6 后热 焊接后立即对焊件的全部(或局部)进行加热或保温，使其缓冷的工艺措施。它不等于焊后热处理。 1
激光熔覆优势和关键技术问题解析
高速激光熔覆优势和关键技术问题解析激光熔覆技术是利用激光的高能量密度熔化添加的金属合金粉末，并与微熔的基体表 面形成界面为冶金结合的涂层，从而显著提高零件的表面耐磨性、耐蚀性能和使用寿命的 增材制造技术。 高速激光熔覆技术是在激光熔覆基础上发展起来的一项新技术，是增材制造领域革命 性的突破，高速激光熔覆在我国刚刚起步，并得到了国家的高度重视，已经被列为我国“中 国制造2025”的重大战略规划发展方向之一。 高速激光熔覆的由来 高速激光熔覆由德国Fraunhofer激光研究所的Thomas Schopphoven等人在 JOURNAL OF LASER APPLICATIONS期刊上发表了题为“Investigations on ultra-high-speed laser material deposition as alternative for hard chrome plating and thermal spraying”的论文，旨在通过高速激光熔覆替代传统镀硬铬和热喷涂工艺。 该技术在德国弗劳恩霍夫应用促进协会年度科学技术奖励大会中，荣获Fraunhofer科技 创新奖。 高速激光熔覆的优势 高速激光熔覆通过超高的激光扫描速度，获得比传统激光熔覆层更均匀的涂层厚度、 更平整表面质量、更低的稀释率、更高的沉积效率、更小的工件形变量，已经成为国内外 研究机构和企业重点关注的激光应用新领域。 久恒光电对下表列出了高速激光熔覆与传统激光熔覆的主要数据对比研究。
送粉器： 送粉器送粉速率的稳定性直接决定了高速激光熔覆层表面的平整度，目前国内所采用的刮板式送粉器，其精度有待改善。 2.粉末材料及激光与材料作用机理方面 国内外还缺乏对超高速激光熔覆专用粉末的系统研究，尤其是新型非晶和高熵合金粉末研制。诸多基础技术问题缺乏系统研究和深入探讨，如激光高速熔覆中专用材料的特性、激光能量分布特征、粉末束——激光束——基材间交互作用的基本规律、熔覆层宏观和微观质量控制技术、熔覆层温度场和质场分布机理等，导致熔覆层粉末利用率低、熔覆层的微观和宏观质量可控性差、熔覆层的性能无法满足复杂工况下的需求等致命问题，这在很大程度上限制了该新技术的应用效果。
材料成形加工技术科技前沿概览
材料成形加工技术科技前沿概览 材料成形与加工技术前沿综述 XXXX近年来材料科学技术领域最活跃的方向之一大量先进技术和工艺不断发展和完善，并在实践中逐步应用，如快速凝固、定向凝固、连铸连轧、连铸连轧、精密铸造、半固态加工、粉末注射成型、陶瓷胶态成型、热等静压成型、无模成型、微波烧结、离子束制备、激光快速成型、激光焊接、表面改性等。，促进了传统材料的升级换代，加快了新材料的研发、生产和应用，解决了高技术领域发展对高性能特种材料的制备、加工和微观结构进行精确控制的迫切需求。 2，历史演变: 从人类社会发展和历史进程的宏观角度来看，物质是人类赖以生存和发展的物质基础，也是社会现代化的物质基础和先导。然而，材料和材料技术的进步和发展应归功于金属材料制备和成型技术的发展。人类从漫长的石器时代发展到青铜时代(有些学者称之为“第一次物质技术革命”)，首先得益于铜冶炼和铸造技术的进步和发展，从青铜时代发展到铁器时代，得益于铁鳞冶炼技术和锻造技术的进步和发展(所谓的“第二次物质技术革命”)直到16世纪中叶，冶金学(金属材料的制备和成型)才逐渐从“工艺”发展到“冶金学”。人类开始重视从“科学”的角度研究金属材料的成分、制备、加工工艺和性能之间的关系，迎来了所谓的“第三次材料技术革命”——人类从相对单一的青铜和
铸铁时代进入合金化时代，这催生了人类历史上第一次工业革命，推动了现代工业的快速发展。自 进入XXXX时代后期以来，先后实施了“超级金属”和“超级钢”计划，重点发展先进的制备和加工技术，精确控制组织，大幅度提高材料性能，实现降低材料消耗、节约资源和能源的目标。 新材料的研究、开发和应用全面反映了一个国家的科技和产业化水平，而先进制备和成型技术的发展对新材料的开发、应用和产业化起着决定性的作用。先进制备和成型技术的出现和应用，加上新材料的研发、生产和应用，促成了微电子和生物医用材料等新兴产业的形成，推动了现代航空航天、交通运输、能源和环境保护等高科技产业的发展。 传统结构材料正在向高性能化、复合化、结构与功能一体化方向发展。尤其需要先进的制备和成型加工技术和设备，使材料的生产过程更加高效、节能和清洁，从而提高传统材料产业的国际竞争力。 另一方面，开展这一科学领域的前沿和基础研究，综合利用相关学科的基础理论和科技发展成果，为制备新材料提供新的原理和方法，也是材料科学和工程学科自身发展的需要。 因此，发展先进的材料制备和成型技术对提高国家综合实力，突破先进工业国家的技术壁垒和封锁，保障国家安全，提高人民生活质量，促进材料科学技术本身的进步和发展具有十分重要的作用。这也是国民经济和社会可持续发展的重大要求。 3。研究现状
焊接温度场与应力场的研究历史与发展
科技信息２００８年第３期 ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ科焊接温度场的准确计算或测量，是焊接冶金分析和焊接应力、应 变热弹塑性动态分析的前提。关于焊接热过程的分析，苏联科学院的 助Ｒｙｋａｌｉｎ院士对焊接过程传热问题进行了系统的研究，建立了焊接 传热学的理论基础。为了求热传导微分方程的解，他把焊接热源简化 为点、线、面三种形式的理想热源，且不考虑材料热物理性质随温度的 变化以及有限尺寸对解的影响。实际上焊接过程中除了包含由于温度 变化和高温引起的材料热物理性能和变化而导致传热过程严重的非 线性外，还涉及到金属的熔化、 凝固以及液固相传热等复杂现象，因此是非常复杂的。由于这些假定不符合焊接的实际情况，因此所得到的 解与实际测定有一定的偏差，尤其是在焊接熔池附近的区域，误差很 大，而这里又恰恰是研究者最为关心的部位。 Ａｄａｍｅｓ、 木原博和稻埂道夫等人根据热传导微分方程，以大量的实验为基础，积累了不同材料、不同厚度、不同焊接线能量以及不同预 热温度等测量数据，然后从传热理论的有关规律出发，经过整理、 归纳和验证，最后建立了不同情况下的焊接传热公式。这种方法比前者采 用数学解析法要准确，但实验的工作量很大，有确定的应用条件和范 围，且可靠性取决于测试手段的精度。 １９６６年Ｗｉｌｓｏｎ和Ｎｉｃｋｅｌｌ首次把有限元法用于固体热传导的分 析计算中。７０年代，有限元法才逐渐在焊接温度场的分析计算中使 用。１９７５年，加拿大的Ｐｏｌｅｙ和Ｈｉｂｂｅｒｔ在发表的文章中，介绍了利用 有限元法研究焊接温度场的工作，编制了可以分析非矩形截面以及常 见的单层、双层Ｕ，Ｖ型坡口的焊接温度场计算程序，证实了有限元法 研究焊接温度场的可行性。之后国内外众多学者进行了这方面的研究 工作。Ｋｒｕｔｚ在１９７６年的博士论文中专门研究了利用焊接温度场预测 接头强度问题，其中分析了非线性温度场，在二维分析模型中，假定电 弧运动速度比材料热扩散率高，因此传到电弧前面的热量输出量相对 比较小，从而忽略了在电弧运动方向的传热，这实际上与Ｒｙｋａｌｉｎ高速 移动热源公式的处理方法是一致的。 西安交通大学唐慕尧等人于１９８１年编制了有限元热传导分析程 序，进行了薄板焊接准稳态温度场的线性计算，其结果与实验值吻合。 随后上海交通大学的陈楚等人对非线性的热传导问题进行了有限元 分析，建立了焊接温度场的计算模型，编制了相应的程序，程序中考虑 了材料热物理性能参数随温度的变化以及表面散热的情况，能进行固 定热源或移动热源、薄板或厚板、准稳态或非准稳态二维温度场的有 限元分析。并在脉冲ＴＩＧ焊接温度场以及局部干法水下焊接温度场等 方面进行了实例分析。对于三维问题，国内外也是近十年来才刚开始 研究。其原因是焊接过程温度梯度很大，在空间域内，大的温度梯度导 致严重材料非线性，产生求解过程的收敛困难的和解的不稳定性；在 时间域内，大的温度梯度决定了必须在瞬态分析时在时间域内的离散 度加大，导致求解时间步的增加。国内上海交通大学汪建华等人和日 本大阪大学合作对三维焊接温度场问题进行了一系列的有限元研究， 探究了焊接温度场的特点和提高精度的若千途径，并对几个实际焊接 问题进行了三维焊接热传导的有限元分析。蔡洪能等人建立了运动电 弧作用下的表面双椭圆分布模型基础上研制了三维瞬态非线性热传 导问题的有限元程序，程序中利用分析节点热烩的方法对低碳钢（Ａ３ 钢）板的焊接温度场进行了计算，计算结果和实验值吻合得很好。 焊接过程中应力应变的研究工作始于二十世纪三十年代，但是研 究工作只能是定性的和实测性的。五十年代，前苏联学者奥凯尔布洛 母等人在考虑材料机械性能与温度之间的相互依赖关系的情况下，用 图解的形式分析了焊接过程的热弹塑性性质及其动态过程，并分析了 一维条件下对焊接应力应变的影响。六十年代，由于计算机的推广应用，对焊接应力和变形的数值模拟才发展起来。１９６１年，Ｔａｌｌ等人首先利用计算机对焊接热应力进行计算，编制了一套沿板条中线进行堆焊的热应力一维分析程序。１９７１年，Ｉｗａｋｉ编制了可用于分析板平面堆焊热应力的二维有限元程序，后来Ｍｕｒａｋｉ对它作了重大改进，扩大了这个二维程序的功能，使之可用于对接焊和平板堆焊过程的热应力分析。日本的上田幸雄等人以有限元为基础，应用材料性能与温度相关的热弹塑性理论，导出了分析焊接热应力所需的各表达式。此后美国的Ｈ．Ｄ．Ｈｉｂｂｅｒｔ，Ｅ．Ｆ．Ｒｙｂｌｉｃｋｉ，Ｙ．Ｉｗａｍｕｋ以及美国ＭＩＴ的Ｍａｓｕｂｕｃｈｉ等在焊接残余应力和变形的预测和控制等方面进行了许多研究工作。Ａｎｄｅｒｓｏｎ分析了平板埋弧焊时的热应力，并考虑了相变的影响。进入二十世纪八十年代，有限元技术日益成熟，人们对焊接应力和变形过程及残余应力的分布规律的认识不断深入。１９８５年Ｊｏｓｅｆｓｏｎ等人通过大量的数值计算，进一步提高了预测焊缝周围残余应力分布的精度，同时考虑定位焊对残余应力分布的影响。Ｊｏｓｅｆｓｏｎ对薄壁管件焊接残余应力以及回火去应力过程的应力分布情况进行了研究，并探讨了一些调整焊接残余应力的措施。进入九十年代，随着计算机性能的进一步提高，对焊接应力和变形的研究更加深入。１９９１年Ｍａｈｉｎ等人在研究中考虑了耦合的热应力问题，其中热源分布采用实验矫正的方法进行处理，同时考虑了熔池对流、辐射及传热对温度分布的影响，其残余应力的计算结果与采用中子衍射测得的结果吻合很好。Ｔ．Ｉｎｏｕｅ等研究了伴有相变的温度变化过程中，温度、相变、热应力三者之间的耦合效应，并提出了在考虑耦合效应的条件下本构方程的一般形式。１９９２年加拿大的Ｃｈｅｎ等人对厚板表面重熔时的应力和变形进行了有限元计算，其中考虑了熔化潜热及凝固过程中固液相转变过渡区应力的变化，其残余应力计算值和实验值相当吻合。美国的Ｓｈｉｍ等人利用平板应变热弹塑性有限元计算了厚板多层焊的残余应力，并对不同坡口形状的焊接残余应力进行了比较，揭示了厚板残余应力分布的规律。１９９３年，加拿大的Ｃｈｉｄｉａｃ等人研究了厚板焊接过程的应力和变形以及残余应力的分布，其中涉及了三维加热模型，并考虑了显微组织的变化和晶体生长等情况。另外，与焊接温度场的有限元分析类似，焊接热弹塑性有限元分析过去大都局限于二维、三维问题的研究是二十世纪九十年代才开始的。国内对焊接残余应力和变形的数值分析起步于二十世纪七十年代，首先是西安交通大学的楼志文等人把数值分析应用到焊接温度和热弹塑性应力场的分析中，编制了热弹塑性有限元分析程序，并对两个较简单的焊接问题进行了分析。到二十世纪八十年代，上海交通大学焊接教研室在焊接热传导的数值分析方面做了许多工作，特别是对非线性瞬态温度场进行了有限元分析，提出了求解非线性热传导方程的变步长外推法，并编制了二维热弹塑性有限元分析程序，计算了平板对接焊时应力和变形的发展过程以及残余应力分布。关桥等人编制了用于进行平板轴对称焊接应力和变形分析的有限差分和有限元程序，对薄板氢弧点状热源的应力和变形进行了计算，该分析仅限于点状热源。孟繁森等人利用迭代解法研制了计算焊接过程应力应变程序和图形显示程序，分析了板条边沿堆焊时的应力和变形的发展过程。陈楚等人利用平截面的假设分析了厚板焊接时的瞬态拉应力以及厚板补焊时的残余应力。刘敏等人研制了三角差分温度场和轴对称热弹塑性有限元程序，计算了１Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ和２０号钢圆管对接多层焊接时的应力和变形。汪建华把三维问题转化为二维问题利用平面变形热弹塑性有限元法对厚板的应力问题进行了分析。［责任编辑：张艳芳］ 焊接温度场与应力场的研究历史与发展 栾尚清左玉营丁国峰 （济南技术学院山东济南２５００００） 【 摘要】本文主要讲述了有关焊接温度场与应力场的研究历史与发展。【 关键词】焊接温度场；应力场；历史；发展ｔｈｅｈｉｓｔｏｒｙａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄａｎｄｒｅｓｉｄｕａｌｓｔｒｅｓｓｆｉｅｌｄ Ｌｕａｎｓｈａｎｇｑｉｎｇ，Ｚｕｏｙｕｙｉｎｇ，Ｄｉｎｇｇｕｏｆｅｎｇ （ＪｉｎａｎＴｔｅｃｈｎｉｃａｌＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，２５００００） 【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｄｅｓｃｒｉｂｅｓｔｈｅｈｉｓｔｏｒｙａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄａｎｄｒｅｓｉｄｕａｌｓｔｒｅｓｓｆｉｅｌｄ． 【Ｋｅｙｗｏｒｄｓ】ｗｅｌｄｉｎｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄ，ｗｅｌｄｉｎｇｒｅｓｉｄｕａｌｓｔｒｅｓｓ，ｈｉｓｔｏｒｙ，ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ○职校论坛○２０６
焊接过程控制程序
焊接过程控制程序 1 目的和使用范围 为了保证焊接施工处于受控状态，确保工程焊接质量，特制定本程序。 本程序适用于公司建筑安装和压力容器、锅炉、压力管道的焊接施工。 Q/ZS21003-2009 文件控制程序 Q/ZS21004-2009 记录控制程序 Q/ZS20901-2009 人力资源管理程序 Q/ZS20401-2009 施工生产过程控制程序 Q/ZS20701-2009 施工机具装备管理程序 2职责 焊接技术中心是负责焊接控制的归口管理部门，各单位技术部门负责实施。 3工作程序 焊接工艺流程控制见图1。 4焊工 4.1凡在公司各工程（车间）施焊的焊工应服从公司的统一管理，焊工合格证“聘用情况” 的“聘用单位”栏应该公司公章，“法人代表”栏应有法人代表签字或盖章。 4.2焊工上岗前应取得与所焊项目相应的资格。 4.3参加国外引进项目施工的焊工，还应根据有关文件指定的标准进行考核，考核合格后上 岗。 4.4各单位焊工管理人员应建立焊工台账，并按时向公司焊接技术中心申请焊工资格考试。 4.5公司焊接技术中心按照有关标准规定进行焊工资格培训考试工作，并负责按标准规定办 理焊工资格证件。 4.6焊工考试资料由公司档案科归档。 4.7焊工资格失效前1—3个月焊工应重新考试。 4.8首次参加考试或参加公司首次选用的焊接方法、钢材、焊接材料考试的焊工，应先参加 培训在进行考试。 4.9考试合格的焊工只能担任合格项目的范围内的焊接工作。有技术人员负责安排、焊接检 验员监督检查。 4.10焊接技术中心负责建立公司焊工资格台账。 5焊接材料 5.1焊接材料应放在干燥通风良好的仓库内贮存保管。焊材库内控制温度在5摄氏度以上，