对于数值模拟技术在电子束焊接中的应用现状

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1、学兔兔www.xuetutu.comr缛掳专题综述．．数值模拟技术在电子束焊接中的应用现状兰州空间技术物理研究所真空技术与物理重点实验室(730000)张永和何俊哈尔滨工业大学(威海)山东省特种焊接技术重点实验室(264209)李洪剑王廷摘要概括总结了近几年数值模拟技术在电子束焊接方面的应用，从应力场、温度场、磁场以及焊接过程等几个方面总结了数值模拟技术发挥的作用，并认为数值模拟技术在电子束焊接模拟方面可以发挥更大的作用。关键词：电子束焊接数值模拟温度场应力场磁场中图分类号：TG456．3获得深熔焊接效果。0前言电子束焊接属于深熔型焊接，由于电子束具有极电子束焊接(EBW)是以

2、高能密度电子束作为能量高的能量密度，瞬间产生了特殊的“匙孔”效应，而得到载体对材料和构件实现焊接和加工的新型特种加工工较大深宽比的“钉”形焊缝。考虑到这种特殊的能量分艺方法。它具有其它熔焊方法难以比拟的优势和特殊布方式，清华大学吴等采用了旋转高斯曲面体热功能：其焊接能量密度极高，容易实现金属材料的深熔源模型，得到了较为准确的结果。透焊接、焊缝窄、深宽比大、焊缝热影响区小、焊接残余重庆理工大学的罗怡等通过分析电子束深熔焊变形小、焊接工艺参数容易精确控制、重复性和稳定性的焊缝在热源作用下呈现钉状的特征，建立了峰值功好等。正是由于电子束焊接的上述优点，使该技术获率递增型旋转高斯体热源

3、如图1所示，即热源的作用得长足发展，已经成功地应用于各种工业领域，并广泛半径在焊缝深度方向呈高斯规律递减，热源功率密度应用在各种材料上¨J。特别是近年来，航空、航天、原在焊缝深度方向呈指数函数规律递增。其分别对该热子能等尖端工业的发展需求，不断提出了具有特殊性源模型进行了聚焦状态和散焦状态下特殊热效应的功能材料的焊接问题，如高强钢、超高强钢、特种耐热耐率密度分布的计算。通过计算，他得出通过对热源进腐蚀钢、高强不锈钢、特种合金及金属问化合物、复合行数值模拟得到的功率密度分布规律符合理想状态下材料、难熔金属及异种材料焊接问题。的电子束热源作用特征，同时数值模拟可用于研究不在进行电子

4、束焊接试验过程中，由于成本较高，流同聚焦状态下的真空电子束焊接的热效应。程较复杂，所以提前对电子束焊接的几个重要方面进清华大学王煜等在移动双椭球焊接热源模型的行模拟是很有必要的，这样避免了很多不必要的麻烦，基础上，通过分析推导得出了分段移动双椭球热源数同时使试验能够更有目的的进行。文中就针对电子束学模型，如图2所示，并且通过进行实体试验和数值模焊接的温度场、应力场、线圈电磁场以及焊接过程的数拟对模型进行了验证。该模型不仅解决了直接利用移值模拟研究进行了综述。动双椭球热源模型对电子束焊接过程进行数值模拟时计算量大、计算效率低的缺点，而且使对复杂焊件结构1电子束焊接温度场的数值模拟

5、焊接过程的数值模拟成为可能。电子束焊接温度场研究包括热源模型的建立和焊北京航空制造工程研究所王西昌等通过利用件的温度场。ANSYS和SYSWELD等软件，对高斯旋转体热源、锥形1．1热源模型的研究热源和复合式热源进行了数值模拟计算，并通过对实大量的研究结果表明，真空电子束焊接热源为热际的电子束焊接试验进行分析，最后得到锥形热源模流集中分布的体热源。电子束热源一方面产生匙孔效型在近似计算时有着很大的优势，校核非常方便；而对应，使电子束可以直接作用于匙孔底部的熔池壁面上，焊缝形貌要求较高，计算要求较精确时，薄板可采用改进的高斯旋转体热源模型，厚板可采用双椭球圆锥复收稿日期：2014

6、—12—19合式热源模型。62015年第3期学兔兔www.xuetutu.com学兔兔www.xuetutu.com俘慈专题综述。模拟计算，结果表明输入能量和焊接速度对焊接结构的区域存在着对结构强度有利的横向残余压应力，但的最终变形有很大的影响。是试件内部残余应力水平要高于表面的残余应力，尤P．Lacki等¨对材质为30HGSA钢的管道的电子其是在起始和收尾处约1／4厚的区域存在三向残余拉束焊接进行数值模拟，对焊接过程的热场进行分析，以应力，而且数值较高，应该引起重视。及对热影响区的残余应力进行分析。结果显示热源轴J．Guirao等介绍了船舶先进技术的纵肋电子束附近1mm的距离

7、内，由于焊接中脉冲的作用使得温度焊接有限元模拟，主要通过模拟9种焊接顺序，研究其变化趋于稳定。热应力的极大值出现在热源下方的样对焊接变形的影响，以及发生扭曲的机制，最后得到一本区域，热应力的大小取决于一定温度下焊接材料的种焊接顺序可以很好的控制焊接变形，模拟结果可以屈服应力。对比计算出的等温线和焊接结果，数值模比较好地与试验相吻合。型的结果与试验数据基本一致。3线圈电磁场数值模拟利用分析软件，输入不同的参数，可以对任意材料的焊件，在合理的焊接参数下的焊接温度场进行数值电子束是一种带负电荷的高