金属学报  2011, Vol. 47 Issue (11): 1450-1458    DOI: 10.3724/SP.J.1037.2011.00319

论文 本期目录 | 过刊浏览 |

基于小孔形状的TCS不锈钢激光+GMAW-P复合焊热场模型

张转转, 胥国祥, 武传松

1) 山东大学材料液固结构演变与加工教育部重点实验室, 济南 250061 2) 江苏科技大学材料科学与工程学院, 镇江 212003

THERMAL FIELD MODEL FOR LASER+GMAW-PHYBRID WELDING OF TCS STAINLESS STEEL BASED ON THE PREDICTED KEYHOLE SHAPE

ZHANG Zhuanzhuan, XU Guoxiang, WU Chuansong

1) Key Lab for Liquid--Solid Structure Evolution and Materials Processing (Ministry of Education), Shandong University, Jinan 250061 2) School of Materials Science and Engineering, Jiangsu University of Science and Technology, Zhenjiang 212003

张转转 胥国祥 武传松. 基于小孔形状的TCS不锈钢激光+GMAW-P复合焊热场模型[J]. 金属学报, 2011, 47(11): 1450-1458.
, , . THERMAL FIELD MODEL FOR LASER+GMAW-PHYBRID WELDING OF TCS STAINLESS STEEL BASED ON THE PREDICTED KEYHOLE SHAPE[J]. Acta Metall Sin, 2011, 47(11): 1450-1458.

摘要 参考文献 相关文章 Metrics 全文: PDF(2329 KB)   摘要: 为合理描述激光能量在小孔内的分布特征, 采用光线追踪法处理光线在小孔内的多次反射和孔壁的Fresnel吸收, 对线热源小孔模型做出了改进. 根据小孔形状尺寸的计算结果, 确定激光焊体积热源的分布参数. 将标定后的激光焊体积热源分布参数应用于激光+熔化极脉冲电弧(激光+GMAW-P)复合焊的组合式体积热源模型, 对TCS不锈钢复合焊准稳态温度场进行了数值分析. 开展了TCS不锈钢复合焊工艺实验, 将复合焊焊缝形状尺寸的模拟结果与实测结果进行了对比, 验证了所建立的复合焊热场模型. 基于小孔形状的复合焊热场模型能较好地模拟TCS不锈钢复合焊温度分布与焊缝成形. 利用该模型计算了不同工艺条件下TCS不锈钢焊接HAZ形状尺寸以及HAZ内不同位置处的热循环曲线, 分析了TCS不锈钢复合焊的热循环特征, 为接头组织与性能的预测分析奠定了基础. 关键词 ： 小孔形状,  复合焊,  TCS不锈钢,  热场模型,  热循环     Abstract：In order to describe the distribution characteristics of laser energy inside the keyhole reasonably, the ray tracing method is used to deal with the multiple reflections of laser beam in the keyhole and Fresnel absorption on the keyhole wall. The line-source based keyhole model is modified. The predicted shape and size of the keyhole are employed to determine the distribution parameters of the volumetric heat source for laser beam welding, which are applied to the combined heat source model for hybrid laser+ pulsed gas metal arc welding (laser+GMAW-P) process. Based on such an adaptive heat source model, the numerical analysis of quasi-steady state temperature field in hybrid welding of TCS stainless steel is conducted. The hybrid welding experiments of TCS stainless steel are carried out, and the predicted weld shape and size are compared with the measured results to validate the established thermal model for hybrid welding. It is found that the thermal model for hybrid welding of TCS stainless steel based on the predicted keyhole shape can well simulate the temperature profiles and weld formation. Besides, the thermal model is used to calculate the shape and dimension of heat-affected zone (HAZ) and thermal cycles at different positions in HAZ under different process conditions, and the characteristics of thermal cycles of TCS stainless steel in hybrid welding are analyzed, which lay the foundation for the prediction of microstructure and properties of TCS stainless steel weld joints. Key words： keyhole shape    hybrid welding    TCS stainless steel    thermal model    thermal cycle 收稿日期: 2011-05-20      基金资助: 国家自然科学基金资助项目51074098 作者简介: 张转转, 女, 1987年生, 博士生 服务 把本文推荐给朋友 加入引用管理器 E-mail Alert RSS 作者相关文章 张转转 胥国祥 武传松,WuChuan-Song 44.8K 链接本文: https://www.ams.org.cn/CN/10.3724/SP.J.1037.2011.00319      或      https://www.ams.org.cn/CN/Y2011/V47/I11/1450 [1] Wang B S, Ma L, Tian J S, Mao H G. Welding, 2008; (5): 54 (王宝森, 马立, 田劲松, 毛惠刚. 焊接, 2008; (5): 54) [2] Wang L X, Song C J. Iron Steel, 2008; 43: 71 (王立新, 宋长江. 钢铁, 2008; 43: 71) [3] Wu Y L, Li J L, Li J Q, Zhang M H. Welding, 2007; (12): 37 (武永亮, 李加良, 李践桥, 张明华. 焊接, 2007; (12): 37) [4] Defalco J. Welding J, 2007; 86: 47 [5] Mahrle A, Beyer E. J Laser Appl, 2006; 18: 169 [6] Bagger C, Olsen F O. J Laser Appl, 2005; 17: 2 [7] Guen E L, Carin M, Fabbro R, Coste F, Masson P L. Int J Heat Mass Tran, 2011; 54: 1313 [8] Xu G X, Wu C S, Qin G L, Wang X Y, Lin S Y. Acta Metall Sin, 2008; 44: 478 (胥国祥, 武传松, 秦国梁, 王旭友, 林尚扬. 金属学报, 2008; 44: 478) [9] Xu G X, Wu C S, Qin G L, Wang X Y, Lin S Y. Acta Metall Sin, 2008; 44: 641 (胥国祥, 武传松, 秦国梁, 王旭友, 林尚扬. 金属学报, 2008; 44: 641) [10] Xu G X, Wu C S, Qin G L, Wang X Y, Lin S Y. Acta Metall Sin, 2009; 45: 107 (胥国祥, 武传松, 秦国梁, 王旭友, 林尚扬. 金属学报, 2009; 45: 107) [11] Kaplan A. J Phys, 1994; 27D: 1805 [12] Cho J H, Na S J. J Phy, 2006; 39D: 5372 [1] 宋哲, 吴圣川, 胡雅楠, 康国政, 付亚楠, 肖体乔. 冶金型气孔对熔化焊接7020铝合金疲劳行为的影响[J]. 金属学报, 2018, 54(8): 1131-1140. [2] 邵盈恺, 王玉玺, 杨志斌, 史春元. 基于焊缝熔深优化的7075铝合金等离子-MIG复合焊接热裂纹敏感性[J]. 金属学报, 2018, 54(4): 547-556. [3] 张苏强,赵洪运,舒凤远,王国栋,贺文雄. 焊接热循环对Q315NS钢在H2SO4溶液中腐蚀行为的影响[J]. 金属学报, 2017, 53(7): 808-816. [4] 孙磊,陈明和,张亮,杨帆. Sn-Ag-Cu钎料焊接显微组织演化和性能研究[J]. 金属学报, 2017, 53(5): 615-621. [5] 邓德安, 任森栋, 李索, 张彦斌. 多重热循环和约束条件对P92钢焊接残余应力的影响[J]. 金属学报, 2017, 53(11): 1532-1540. [6] 胥国祥, 张卫卫, 刘朋, 杜宝帅. 激光+GMAW复合热源焊熔池流体流动的数值分析*[J]. 金属学报, 2015, 51(6): 713-723. [7] 喻程, 吴圣川, 胡雅楠, 张卫华, 付亚楠. 铝合金熔焊微气孔的三维同步辐射X射线成像*[J]. 金属学报, 2015, 51(2): 159-168. [8] 吴栋, 王鑫, 董文超, 陆善平. 焊接热循环及时效处理对一种Ni-Fe基高温合金的组织和力学性能的影响*[J]. 金属学报, 2014, 50(3): 313-322. [9] 方璐,丁贤飞,张来启,郝国建,林均品. 长期热循环条件下全片层高Nb－TiAl合金显微组织稳定性[J]. 金属学报, 2013, 49(11): 1416-1422. [10] 胥国祥 武传松 秦国梁 王旭友. 铝合金T型接头激光+GMAW复合热源焊温度场的有限元分析[J]. 金属学报, 2012, 48(9): 1033-1041. [11] 张转转 武传松 高进强 . TCS不锈钢复合热源焊接热影响区晶粒长大的预测[J]. 金属学报, 2012, 48(2): 199-204. [12] 霍玉双 武传松 陈茂爱. 等离子弧焊接小孔形状和穿孔过程的数值分析[J]. 金属学报, 2011, 47(6): 706-712. [13] 王晓林 李明雨 王春青. 激光喷射钎料球键合焊点界面组织及其可靠性分析[J]. 金属学报, 2010, 46(9): 1115-1120. [14] 武传松 胥国祥 秦国梁 王旭友 林尚扬. 电弧功率对Laser + GMAW-P复合热源焊热场特征的影响[J]. 金属学报, 2009, 45(8): 1000-1005. [15] 胥国祥 武传松 秦国梁 王旭友 林尚扬. 激光+GMAW复合热源焊焊缝成形的数值模拟 III. 电弧脉冲作用的处理与热源模型的改进[J]. 金属学报, 2009, 45(1): 107-112. Viewed Full text Abstract Cited   Shared      Discussed