高效焊接技术--激光GMAW复合热源焊焊缝成形的数值模拟
GMAW与SMAW对焊接成形的比较
６３ ０Ｌ ８ Ａ
延 率 伸
皴
／ｃ ｏ
６ 金相试 样 抛光机 型 号 ： ２ ） Ｐ一 １ ３ 试验步 骤 ．
≤６ ｌ
１ 运用 试 验 前 确 定 的焊 接 材 料 、 接 设 备 、 ） 焊 焊
２ ０ ２ ７
Ｑ３ ２Ｂ ５
＞５ ／３ ２
３ —０ ７ ５ ５ ０
≥６ ２
面效果 。
作者简介 ： 倪涛（ ９７一） 男，０ ８年 ７月毕业于 山东建筑 大学 材料 １８ ， ２０ 成型与控制工程。助理工程师 ， 主要从事预决算工作 。 ５６
莱钢 科技
２０ ０ ９年 ｌ ２月
４ 砂 纸 磨 完 后 金 相 试 样 抛 光 机进 行 抛 光 处 ）
理， 合格 的试 样在 显微 镜 下应 是 可 以看 到金 相 组 织 尤划痕 。
５ 用 ５ 的硝 酸 进 行 短 时 问 的腐 蚀 处 理 ， 蚀 ） ％ 腐
时 问为 ２ｓ 右 ， 蚀 成 功 后 的截 面在 肉眼 的观 察 左 腐 下 可清 晰分 辨焊缝 和母 材及 Ｈ Ｚ区域 。 Ａ
６ 利 用 金 相 显 微 镜 对 每 个 试 样 的母 材 、 Ｚ ） ＨＡ
高， 焊接 质量好 已经 得 到 大 量运 用 。此 试 验 是针 对
在 两 种焊 接 设备 进 行焊 接 时 ， 分别 采 用 较小 电
流 、 当 电流 、 适 较大 电流 ， 厚 度 ８ｍ 的 Ｑ ３ Ａ钢 对 ｍ ２５
板进 行 表面堆 焊 。表 ３为试样 焊接 时所选 择 电流 电
压等参数值。
区、 焊缝 的组织 进行 拍 照测量 ， 照后对 以上三个 区 拍
域进 行硬 度测试 。 ７ 对通 过试 验所 得 结 果进 行Ｃ 气体 保 护焊 焊后 组 织 Ｏ
基于摆动激光扫描的GMAW焊缝成形调控
基于摆动激光扫描的GMAW焊缝成形调控
肖珺;葛欣雨;盖胜男;陈树君;盛卫星;陈少君
【期刊名称】《焊接学报》
【年(卷),期】2024(45)4
【摘要】将摆动激光与GMAW工艺复合,利用“8”字形摆动激光扫描液态熔池,对其温度场和流场进行调控,以改变熔池温度梯度,主动调控熔池流动以改善焊缝成形.在6061铝合金板材表面进行堆焊试验,重点探究了光丝间距、摆动幅度、激光功率对于焊缝成形的影响,采用高速摄像机拍摄激光扫描熔池过程.结果表明,摆动激光扫描可以有效抑制成形缺陷的发生,当摆动激光扫描熔池中部时可以获得最佳的焊缝成形效果.摆动激光扫描降低了熔池温度梯度分布,同时激光扫描产生的激光蒸发反力可以驱动熔池流动,促进了液态熔池的流动铺展,从而有效抑制了不规则焊缝成形缺陷,减少焊缝内部气孔和裂纹缺陷.调节摆动激光摆幅可以在一定范围内对焊缝宽度进行调控.
【总页数】7页(P7-12)
【作者】肖珺;葛欣雨;盖胜男;陈树君;盛卫星;陈少君
【作者单位】北京工业大学;中国空间技术研究院
【正文语种】中文
【中图分类】TG456.7;TG444+.4
【相关文献】
1.新型摆动电弧窄间隙GMAW焊缝成形研究
2.摆动电弧窄间隙立向上GMAW焊缝成形
3.激光+GMAW复合热源焊焊缝成形的数值模拟Ⅰ.表征激光作用的体积热源分布模式
4.铝合金激光+脉冲GMAW复合焊焊缝成形的预测
5.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
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焊接过程中的数值模拟与仿真技术
焊接过程中的数值模拟与仿真技术引言焊接是一种常见的金属加工方法，广泛应用于制造业领域。
然而，在焊接过程中，由于高温、高压和复杂的热力学环境，焊接工艺参数的选择和优化往往存在一定的挑战。
因此，借助数值模拟与仿真技术来模拟、预测和改善焊接过程已经成为焊接工程师的重要工具。
本文将介绍焊接过程中的数值模拟与仿真技术及其应用。
数值模拟与仿真技术的原理和方法数值模拟与仿真技术是利用数学方法和计算机技术对焊接过程进行模拟和预测的一种手段。
它基于物理学原理和数学方程，将焊接过程分解为多个离散的时间和空间步骤，并通过建立数学模型来描述焊接过程中的各种物理现象。
数值模拟与仿真技术的主要原理和方法包括：1. 热传导方程模型热传导方程模型是数值模拟与仿真技术中最基本的模型之一。
它基于热传导原理，通过建立热传导方程来描述焊接过程中热量的传递和分布。
该模型可以准确地预测焊接过程中的温度场分布和热应力分布，为焊接工艺参数的优化提供重要参考。
2. 流固耦合模型焊接过程中存在流体流动和固体熔化的复杂耦合现象。
为了更准确地模拟焊接过程，可以建立流固耦合模型。
该模型基于流体力学和固体力学原理，同时考虑熔化金属的流动和固体材料的变形。
通过该模型，可以分析焊接过程中的速度场、应力场和变形场等关键参数，为焊接过程的优化提供依据。
3. 相变模型焊接过程中熔化金属会发生相变，而相变过程对焊接接头的性能和质量具有重要影响。
为了准确预测焊接接头的相变行为，可以建立相变模型。
相变模型基于热力学和相变动力学原理，通过数学方程描述金属的熔化和凝固过程。
利用相变模型，可以研究焊接接头的晶体结构和应力分布，从而提高焊接接头的强度和可靠性。
4. 材料性能模型焊接过程中材料的热物理性质和机械性能会发生变化，对焊接接头的质量和性能产生重要影响。
为了更好地预测焊接接头的材料性能，可以建立材料性能模型。
材料性能模型基于材料力学和热学理论，通过数学方程描述材料在焊接过程中的变化规律。
焊接热过程数值模拟的主要任务及其意义
焊接热过程数值模拟的主要任务及其意义一、引言焊接技术在现代工业中具有重要的地位，但是焊接过程中存在着许多问题，如焊缝质量不稳定、变形过大等。
为了解决这些问题，研究人员利用数值模拟技术对焊接热过程进行了模拟分析。
本文将介绍焊接热过程数值模拟的主要任务及其意义。
二、任务1. 焊接热源建模在焊接过程中，热源是产生温度场和应力场的主要因素之一。
因此，建立准确的热源模型对于预测温度和应力场分布非常重要。
目前常用的热源模型有高斯函数、双高斯函数和移动点源等。
2. 材料性能建模材料性能是影响焊缝质量和变形度的重要因素之一。
材料性能建模包括材料塑性行为、导热系数、比热容等参数的确定。
通过这些参数的确定可以更准确地预测温度场和应力场分布。
3. 焊接过程仿真根据上述两个步骤得到的数据进行计算机仿真，预测出焊接过程中的温度场和应力场分布。
通过仿真结果可以预测焊缝质量和变形度，并且可以为实际焊接工艺提供参考。
三、意义1. 优化焊接工艺通过数值模拟技术，可以预测出焊接过程中的温度场和应力场分布，从而优化焊接工艺，提高焊缝质量和减小变形度。
2. 减少试验成本传统的焊接工艺设计需要进行大量的试验才能确定最佳方案，这不仅耗费时间而且成本高昂。
而通过数值模拟技术可以在计算机上进行仿真实验，避免了试验成本的浪费。
3. 提高生产效率采用数值模拟技术可以快速地评估不同的焊接工艺方案，从而选择最优方案并加以应用。
这样可以大大提高生产效率。
4. 推动科学研究数值模拟技术在研究领域中有着广泛的应用。
通过对焊接热过程进行数值模拟，可以深入了解材料行为、热传递规律等基础知识，并且为新材料的研究提供了参考。
四、总结焊接热过程数值模拟技术在现代工业中具有重要的地位。
通过建立准确的热源模型和材料性能模型，进行计算机仿真，可以预测出焊接过程中的温度场和应力场分布，优化焊接工艺，减少试验成本，提高生产效率，并且推动科学研究的发展。
激光+GMAW复合热源焊焊缝成形的数值模拟——I.表征激光作用的体积热源分布模式
Ｃ ｒｅｐ ｎ ｅ ｔ Ｕ Ｃ ｕ ｎ ｏ ｇ ｐ ｏｅｓ ｒ Ｔ Ｚ ０３）８９７１ ｍａｌ Ｗｔ ＠ ｄ ． ｕｃ ｏｒｓｏ ｄｎ ：Ｗ ｈ ａ ｓｎ ． ｒｆｓｏ， ｅ ５１８３２ １， （ ｉ ￣８ ｓ ｕｅ ． ： Ｃ ｄ ｎ Ｓ ｐ ｏｔ ｙＮ ｔ ｎ ｌ ｙＴ ｃｎ ｌ ｉｓＲ ｒｇａ ｏ ｈｎ Ｎｏ ０６ Ａ ０Ｂ ｏ ｕ ｐ ｒ ｄｂ ａｉ ａ Ｋｅ ｅｈ ｏｏ ｅ ＆Ｄ Ｐ ｏｒｍ ｆＣ ｉａ ｅ ｏ ｇ ． ０Ｂ Ｆ ４ １１ ２
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第 ４ ４卷
第 ４期
金 属 学 跋
Ａ ＣＴＡ ＥＴＡＬＬＵ ＲＧ Ｉ Ｍ ＣＡ Ｉ ＣＡ Ｓ ＮＩ
、０ ．４ 厂１ ＮＯ． ４ ４
Ａｐｒ ２ ０ ＰＰ． ７ — ８ ． ０８ ４８ ４ ２
２０ ０ ８年 ４月 第 ４ ８ ４ ２页 ７— ８
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Ｉ Ｖｏ ｕ ｔ ｉ ｓ ｒｂ ｔｏ ｏ ｅ Ｄｅ ｃ ｉ ｉ ｇ Ｌａ ｅ ｅ ｍ ａ ｔｏ ． ｌ ｍｅ ｒｃ Ｄｉｔ ｉ ｕ ｉ ｎ Ｍ ｄ ｓ ｒｂ ｎ ｓ ｒ Ｔｈ ｒ ｌ Ａｃ ｉ ｎ
用进 行 表征 ， 是恰 当 的 和适 用 的 ．
关键 词 激光焊接，热源模式，焊缝成形，复合焊接，数值模 ０
文献标识码
Ａ
文章编号
０ １— ９ １２０）４ ０ ７— ５ ４２ １６ （ ８０— ４８ ０ ０
gmaw焊接工艺特点
gmaw焊接工艺特点GMAW（Gas Metal Arc Welding）焊接工艺，又称为MIG（MetalInert Gas）焊接，是一种常用的自动或半自动电弧焊接方法。
它使用惰性气体或混合气体作为保护气体，同时通过电极提供焊丝，使得焊接过程更加稳定和高效。
以下是GMAW焊接工艺的特点：1.高效率：GMAW焊接工艺使用直流电弧进行焊接，在高电流下工作，从而实现高效率的焊接。
焊接速度快，每小时可以焊接大量的焊缝，提高工作效率。
2.高质量焊接：由于GMAW焊接工艺使用惰性气体或混合气体进行保护，可以有效地防止氧气和水蒸气对焊接区域的污染和氧化，从而得到高质量的焊缝。
3.易于自动化：GMAW焊接工艺可以与焊接机器人和自动化设备结合使用，实现高度自动化的焊接生产线。
这大大提高了生产线的效率，减少了人力成本。
4.适用于多种材料：GMAW焊接工艺适用于多种材料的焊接，包括钢、铝、铜和镍合金等。
可以通过选择不同类型和规格的焊丝、气体和工艺参数，实现适应不同材料的焊接需求。
5.适用于多种焊接位置：GMAW焊接工艺适用于多种焊接位置，包括横向焊接、垂直焊接和天花板焊接等。
在水平和竖直位置焊接时，GMAW焊接工艺通常更容易控制和操作。
6.低溅散：GMAW焊接工艺在操作过程中产生的溅散较少，减少了清理工作和二次加工的需求。
同时，焊接过程中产生的烟雾和废气也较少。
7.焊接变形小：GMAW焊接工艺的热输入较小，焊接变形相对较小。
这对于一些对变形要求较高的工件和结构来说是非常重要的。
8.焊接适用于薄材料：由于GMAW焊接工艺在焊接过程中生成的热量较小，对薄材料的影响也较小。
因此，GMAW焊接工艺非常适用于薄材焊接。
9.易于操作和学习：相对于其他焊接工艺，GMAW焊接工艺相对容易学习和操作。
焊工只需要掌握一些基本的技术和操作要领，便可以进行GMAW焊接。
总体来说，GMAW焊接工艺具有高效率、高质量和易于自动化的特点，适用于多种材料和多种焊接位置，同时还具有低溅散、焊接变形小等优点。
焊接工艺中的数值模拟与仿真优化
焊接工艺中的数值模拟与仿真优化焊接是一种常见的金属连接方法，广泛应用于制造业的各个领域。
然而，传统的试错方法在焊接工艺的优化中存在一些困难和不足。
为了提高焊接工艺的效率和质量，数值模拟与仿真技术成为了焊接工艺优化的重要手段。
数值模拟是利用计算机模拟焊接过程中的热传导、相变、应力和变形等物理现象的方法。
通过建立数学模型和采用数值计算方法，可以预测焊接过程中的温度场、应力场和变形情况，从而为优化焊接工艺提供理论依据。
数值模拟不仅可以减少试验成本和时间，还可以提高焊接工艺的稳定性和可靠性。
在数值模拟中，材料的热物性参数是一个重要的输入参数。
通过实验和理论计算，可以获得材料的热导率、比热容和熔点等参数。
同时，焊接过程中的热源也需要进行建模。
根据焊接方式和焊接材料的不同，可以采用点源模型、线源模型或面源模型来描述热源的分布和功率。
除了热传导，相变也是焊接过程中的一个重要现象。
在焊接过程中，金属经历了固态、液态和气态三个相态的转变。
相变过程会引起温度的变化，从而影响焊缝的形成和性能。
数值模拟中，可以采用相变模型来描述相变过程，并通过计算相变潜热和相变温度来确定相变的位置和时间。
焊接过程中产生的应力和变形对焊缝的质量和性能也有重要影响。
应力和变形的产生主要是由于焊接过程中的热膨胀和材料的塑性变形。
数值模拟中，可以采用有限元方法来计算焊接过程中的应力和变形。
通过调整焊接参数和优化焊接序列，可以减少应力和变形的产生，提高焊接工艺的稳定性和可靠性。
数值模拟不仅可以用于焊接过程的优化，还可以用于焊接接头的设计和评估。
通过数值模拟，可以预测焊接接头的强度、疲劳寿命和断裂行为。
同时，还可以优化焊接接头的几何形状和尺寸，提高焊接接头的性能和可靠性。
除了数值模拟，仿真优化也是焊接工艺优化的重要手段之一。
仿真优化是利用计算机模拟和优化算法来寻找最优的焊接参数和工艺条件。
通过建立数学模型和采用优化算法，可以在设计空间中搜索最优解。
Nd：YAG激光+脉冲GMAW复合热源焊接参数对焊缝熔宽的影响
第２ 卷 第９ ７ 期
２０ ０ ６ 年 ９ 月
焊 接 学 报
Ｔ Ａ Ａ Ｔ Ｏ Ｆ Ｔ ＨＩ Ａ ＷＥ ＤＩ Ｇ Ｉ ＴＴ Ｔ Ｏ Ｒ ＮＳ Ｃ Ｉ ＮＳ Ｏ ＨＥ Ｃ Ｎ Ｌ Ｎ ＮＳ Ｉ Ｕ Ｉ Ｎ
ｖ１ ７ Ｎ． 。２ ． 。 ９
激光 焊接 和 Ｇ Ａ 熔化 极 气体保 护焊 ） Ｍ ｗ（ 是两 种 截然 不 同的焊 接工 艺 。作 为 一 种 高 能束 焊 接 方 法 ， 激光 焊接 以高能 密 度 、 速 、 高 高效 、 高精 度 等 良好 的 材料 加工性 能在 工业 中得 到 了较 多应 用 。但 由于激
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７ ４
焊 接 学 报
第２ ７卷
中图 分 类 号 ： Ｇ ５ ． Ｔ ４６ ７ 文献标识码 ： Ａ
扬 一 ，
秦 国梁
文 章 编 号 ： ２３— ６ Ｘ ２Ｏ ）９— ７ ０ ０５ ３０ （Ｏ ６０ ０３— ４
０ 序
言
实 现优质 、 高效 、 成本 的焊 接生产 。 低 作为一 种 优质 高 效 的焊 接 方 法 ， 光 ＋Ｇ Ａ 激 Ｍ Ｗ 复合 热 源焊接 具有 广 阔的市场 应用前 景 和很强 的竞
形 大等 不足 。
复合热 源焊 接过程 中焊 接 工 艺参 数 如 电弧 功 率 、 激
光功率 、 焊接 速度 、 丝 间距 、 焦 量 等对 复 合 热 源 光 离 焊缝熔 宽 的影 响并 分 析 了其 影响机 制 。
在激 光 ＋Ｇ Ｗ 复 合 热源 焊 接 过程 中 ， 以通 ＭＡ 可
试验 用 激光器 为 额定 功 率 ２ｋ 的 Ｎ ： Ａ 固 Ｗ ｄＹ Ｇ
体 激光 器 ， 出波 长为 １０ 输 ．６ 的连续 波 激光 ， 由内
T_型接头旋转激光+GMAW_复合焊熔池动态行为数值分析模型
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。
焊接过程温度场数值模拟中热源模型的选择
赵 欣等：焊接过程温度场数值模拟中热源模型的选择429焊接过程温度场数值模拟中热源模型的选择赵 欣 张彦华（北京航空航天大学机械工程学院，北京 100083）摘 要：建立合理的热源模型是焊接过程数值模拟结果准确可靠的前提。
本文总结了各种常用的热源模型，讨论焊接过程温度场数值模拟中热源模型的选择方法。
关键词：温度场；数值模拟；热源模型1 序 言焊接过程通常是材料在具有高能量密度的热源作用下，连接区域局部熔化或呈塑性状态，进而冷却形成焊缝和焊接接头的过程。
焊接的过程伴随着材料加热和冷却的热过程，研究焊接的热过程对于研究焊接冶金、焊缝凝固结晶、母材热影响区的组织和性能、焊接应力与变形以及焊接缺陷的产生等都有着重要的意义。
利用计算机技术对焊接过程的温度场进行数值模拟是研究焊接热过程的重要方法，通过数值计算可以得到焊接过程中母材上任意点任意时刻的瞬时精确解，而建立合理的热源模型是数值模拟计算结果准确可靠的前提。
本文在多年焊接数值模拟及实验经验的基础上讨论焊接过程温度场数值模拟中热源模型的选择方法。
确定数值模拟中的热源模型，即确定合理的焊接热流分布函数，使模拟的温度场符合实际焊接的情况。
热源模型的建立准则是熔池边界准则，即与实际焊接相比输入相同热量的情况下，如果使用所选热源模型所模拟得到的熔池区域边界（Fusion Zone Boundary ，FZB ）与实际焊缝熔合线相符，那么就认为此热源模型是合理的[1]。
对于现有热源模型的选择使用及发展均以此准则作为出发点，同时，这一准则也为判断所选模型是否合理提供了依据。
事实上，我们总是依据不同焊缝的热源特点和表现出的不同形貌特征来选择和组合热源模型，以使得模拟得到的熔池边界区域与实际焊缝融合线相符。
这样得到的焊接温度场数值模拟的结果是能够满足焊接力学分析的要求的。
2 表面热源模型 表面热源模型的特点是外界热量只是通过焊接构件表面输入，进而通过热传导把热量传输到焊接构件的每个部分。
GMAW三维瞬态焊接热过程的数值模拟
ｔ ｓ ｅｓｅｇｈ ｏ ｌ ｙ７ ＴＧ ｗ ｌｍ ｎｓ Ｊ ．Ｍｅ ｌ ｅ ｉ ｔ ｎｔ ｆａｌ Ｉ ｅ ｅ ｔ［ ］ ｎｌ ｒ ｏ １ ８ ｄ ｔ１ ａ．
Ｔａｓ ｒ ．Ｂ， ９ １ ２ （ ） ４ ９— ８ ． ｎ １ ８ ，１ Ｂ ９ ： ７ ４ ６
磁频 率不变 的情况 下 ， 随着 激磁 电流 的增 加 ， 焊缝 组 织
电流和频率 匹配合 适 时 ， 焊缝 组织 为细小 的等轴 晶。
（ ）电磁搅 拌通 过 晶粒细 化 、 晶 的弥 散 强化 、 ４ 共 析
焊缝组织的影响 ［］ Ｊ ．西 安 交 通 大 学 学 报 ，９ ９ ３ （ ） １９ ， ３ ７ ：
出相 强化 的共 同作 用 ， 焊 缝金 属 的抗拉 强 度 、 使 断后 伸
（ ） ３ ０— ３ ． ３ ：３ ３ ４
Ｗ ｕ Ｙ ， Ｋｏ ａ ｅ ｉ Ｒ． Ｍ ｅ ｈ ｎ ｃ ｌｙ ａ ｓｓｅ ｄ ｏ ｌｔ ｔａ ｓｅ ｖ ｃ ｖｃ ｃ ａ ｉ ａｌ ｓ ｉｔｄ ｒ ｐ ｅ ｒ ｎ ｆ ｒ
ｐｏｅｓｉ ｇｓｍ ｔ ｒ ｅｄ ｇ Ｊ ．Ｊ ｎｉｅｒ ｇ ｎｆｅ ｒ ｓ ａ ｅ ｌ ｃｗ ｌｉ ［ ］ ｇ ｅｉ ｕａ— ｃ ｎ ａｃ ｎ Ｅ ｎ ｎ Ｍａ
ｔｒ ．Ｂ，２ ０ ｕｅ ０ ２，２ ６ １ ５ ５—５ ４ １ （ ）： ５ ６．
Ｋｏ ｕ Ｓ，Ｔ ｓ Ｃ． Ｅ ｅ ｔ ｍａ ｎ ｔ — ｒ ｅ ｉ ｄ ｃ ｄ ｃ ｎ ｅ ｔ ｎ ａ ｉＭ ｌｃｒ ｇ ｅ ｉ ｆ ｃ —ｎ ｕ ｅ ｏ ｖ ｃｉ ｏ ｃｏ ｏ
ｉ ｗ ｌ ｐｏ ｉ ｒｅ ｓｒ ｃ Ｊ ．Ｗｅ ｉ ｏｒａ， ｎ ｅ ｏｌ ｗｔ ａｆ ｕｆ ｅ［ ］ ｄ ｓ ｈ ｅ ａ ｌ ｎ Ｊｕｎｌ ｄｇ 力 １９ ， ９ ６ ： １ ２６ ９０ ６ （ ）２ — ４ ． ４ ［］ ２
铝合金激光+脉冲GMAW复合焊焊缝成形的预测
２ ． Ｈａ ￣ｉ ｎ Ｗｅ ｌ ｄ ｉ ｎ ｇ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ． Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ａｃ ａ ｄ ｅ ｍｙ ｏ ｆ Ｍａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｒ ｙ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ＆Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｈａ ￣ｉ ｎ １ ５ ０ ０ ８ ０ ）
摘要：对铝合金激光＋ 脉冲熔化 极气 体保 护焊（ Ｇａ ｓ ｍｅ ｔ ａ ｌ ａ ｒ ｃ ｗｅ ｌ ｄ ｉ ｎ ｇ ， Ｇ ＭＡ Ｗ） 复合 热源 焊热 过程数和保证焊接质量提供理论依据 ，具有重要意义 。根据铝合金大功率激光＋ 脉冲 Ｇ ＭＡ Ｗ 复合热源焊接 的特点 ，考虑 光致等离子体和金属蒸汽羽 的影 响，对 小孔 内激光 能量 的吸收与小孔壁 蒸发损 失加 以恰 当处理，对原有小孔模 型进 行改进 ， 提高 了激光致 小孔形状 与尺 寸的计算精度 。利用计算 出的小孔形状尺寸对激光体积热源分布参数进行标定 ，建立铝合金大功
中图分类号 ：Ｔ Ｇ４ ５ ６
Ｐｒ ｅ ｄｉ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｗ ｅ ｌ ｄ Ｓ ｈ ａ ｐｅ ａ ｎ ｄ Ｓ ｉ ｚ ｅ ｆ ｏ ｒ Ｌａ ｓ ｅ ｒ ＋ＧＭ ＡＷ － Ｐ Ｈｙ ｂｒ ｉ ｄ Ｗｅ ｌ ｄ ｉ ｎ ｇ ｏ ｆ Ａｌ ｕ ｍｉ ｎ ｉ ｕｍ Ａｌ ｌ ｏ ｙ ｓ
第４ ９卷 第 １ ０期
２ ０ １ ３ 年 ５ 月
机
械
工
程
学
报
Ｖｌ ｏ １ ． ４ ９ ＮＯ ． １ ０
Ｍａ ｖ ２ ０ １ ３
Ｊ ＯＵＲＮＡＬ ＯＦ Ｍ ＥＣＨＡＮＩ ＣＡＬ ＥＮ ＧＩ ＮＥＥＲＩ ＮＧ
《2024年基于ANSYS的焊接温度场和应力的数值模拟研究》范文
《基于ANSYS的焊接温度场和应力的数值模拟研究》篇一一、引言随着制造业和工业自动化技术的飞速发展，焊接技术已经成为一种不可或缺的加工工艺。
焊接过程中的温度场和应力分布直接影响焊接结构的质量和性能。
因此，对焊接温度场和应力的数值模拟研究变得尤为重要。
本文基于ANSYS软件，对焊接过程中的温度场和应力进行数值模拟研究，以期为焊接工艺的优化提供理论依据。
二、焊接温度场的数值模拟1. 模型建立首先，根据实际焊接工件尺寸和材料属性，建立三维有限元模型。
模型中需要考虑材料的热传导性能、热对流及热辐射等因素。
此外，还需要定义焊接过程中的热源模型，以模拟实际焊接过程中的热输入。
2. 材料属性及边界条件在模型中，需要定义材料的热传导系数、比热容、密度等热物理性能参数。
同时，还需考虑焊接过程中的环境温度、工件初始温度等边界条件。
3. 温度场数值模拟在ANSYS中，采用有限元法对模型进行热分析，求解焊接过程中的温度场分布。
通过设定不同的焊接工艺参数，如焊接速度、电流等，可得到不同时刻的温度场分布。
三、焊接应力的数值模拟1. 模型扩展在温度场数值模拟的基础上，进一步建立应力分析模型。
该模型需要考虑材料的热膨胀、相变等因素对应力的影响。
2. 应力计算在ANSYS中，采用弹性力学和塑性力学理论，对模型进行应力分析。
通过求解应力平衡方程，得到焊接过程中的应力分布。
3. 影响因素分析通过改变焊接工艺参数、材料性能等因素，分析其对焊接应力的影响。
同时，还需考虑残余应力的产生及分布规律。
四、结果与讨论1. 温度场结果分析根据数值模拟结果，可以得到焊接过程中的温度场分布。
通过分析不同时刻的温度场变化，可以了解焊接过程中的热循环规律。
此外，还可以通过对比不同工艺参数下的温度场分布，找出最佳焊接工艺参数。
2. 应力结果分析在应力分析方面，通过数值模拟可以得到焊接过程中的应力分布及变化规律。
分析结果表明，焊接过程中会产生较大的残余应力，这对焊接结构的安全性及使用寿命具有重要影响。
高速GMAW焊接焊缝成形缺陷机理的初步分析的开题报告
高速GMAW焊接焊缝成形缺陷机理的初步分析的开题报告
一、选题的背景和意义
随着现代工业的不断发展，焊接已成为制造业中不可或缺的重要环节，高速GMAW焊接作为一种高效的焊接技术，在现代工业生产中得到越来越广泛的应用。
然而，在实际生产中经常会出现焊缝成形缺陷，如裂纹、夹杂、气孔等，严重影响焊接
质量和产品性能。
因此，研究高速GMAW焊接焊缝成形缺陷机理，对于提高焊接质量和产品性能具有重要的理论和实际意义。
二、研究目标
本研究旨在通过对高速GMAW焊接焊缝成形缺陷机理的初步分析，探究焊接过
程中可能出现的问题及其原因，为制定合理的焊接工艺参数提供理论基础和实际指导。
三、研究内容和方法
1. 研究焊接过程影响焊缝成形的因素，如焊接速度、电弧电流、电弧电压等因素；
2. 分析焊接过程中裂纹、夹杂、气孔等焊缝成形缺陷的形成机理；
3. 通过实验研究验证分析结果，比较不同工艺参数对焊接质量的影响；
4. 提出具有实际可行性的改进措施，提高焊接质量和产品性能。
四、预期成果及应用
本研究预期通过对高速GMAW焊接焊缝成形缺陷机理的初步分析，提供实际可
行的焊接工艺参数，以提高焊接质量和产品性能，为工业生产提供理论基础和实际指导。
同时，本研究对于推动我国焊接技术发展，提高焊接质量和企业竞争力，也具有
一定的理论和实际意义。
【国家自然科学基金】_焊接技术_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140802
2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106
泥浆附着 数字信号处理器 搅拌摩擦焊接 搅拌摩擦焊 振动 开槽 塞拉门 变位机 原位焊接 动态模型 力学性能 分形理论 不锈钢 sicp/al基复合材料 gmaw cl7a52铝合金 高速焊接 高速焊 高速摄像 高温轧制技术 高效化焊接 高强度镀锌钢 高nb钢 马氏体不锈钢 飞机放电 预热 预扫描 非线性回归分析 非接触式 静电起电 集成电路封装 随焊 阿贝尔逆变换 间隔时间 闪光对焊 长方形焊头 镍基合金涂层 镁合金 镀锌钢板 锡青铜 铝基复合材料 铝合金车身 铜丝引线键合 铌膜 钢 钛硅金属间化合物 钛合金粉末 钙钛矿锰氧化物 钎焊强度 针状铁素体 金属材料成形 金属化 酸性土壤
科研热词 焊缝跟踪 焊接 显微组织 图像处理 钛合金 激光焊接 激光技术 残余应力 数学模型 高压空气环境 钨极氩弧焊接 超声塑料焊接 视觉检测 等离子弧 磁控溅射 电阻点焊 电弧形态 熔透状态 熔滴过渡 点焊 激光-mig复合焊 温度场 模糊控制 数值模拟 性能 弧焊机器人 双丝焊 协同控制 驼峰焊道 频率方程 阻抗谱 闭环控制 铝合金 铜 铁氧体 钎焊 金属磁记忆 远程控制作业 自由成形 能量最小原理 耐磨性 结构光 神经网络 石墨 短路过渡液桥 电弧静特性 熔深 焊接裂纹 焊接熔池 焊接热循环曲线 流场 活性剂
激光深熔焊熔池形成过程的数值模拟
第４期（总第１７３期）２０１２年８月机械工程与自动化ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ＆ ＡＵＴＯＭＡＴＩＯＮＮｏ．４Ａｕｇ．文章编号：１６７２－６４１３（２０１２）０４－０００６－０３櫜激光深熔焊熔池形成过程的数值模拟霍厚志，王 宏（太原科技大学材料科学与工程学院，山西 太原 ０３００２４）摘要：建立了用于激光深熔焊数值模拟的新型移动热源模型———圆锥体热源模型，用圆锥体热源模型模拟激光深熔焊时熔池的形成过程。
结果显示圆锥体热源模型能够很好地描述能量在试件厚度和试件表面上的传导情况，准确地模拟了熔池的形成过程，得到了与实际焊接很相符的温度场分布。
关键词：圆锥体热源模型；激光深熔焊；数值模拟；温度场中图分类号：ＴＧ４５６．７ 文献标识码：櫜Ａ山西省科技攻关项目（２０１００３２１０５９）收稿日期：２０１２－０２－２７；修回日期：２０１２－０３－２１作者简介：霍厚志（１９８６－），男，山东临沂人，在读硕士研究生，主要从事激光深熔焊过程仿真技术研究。
０ 引言众所周知，激光深熔焊接与传统的焊接方法相比有着不可比拟的优越性，在航空航天和汽车制造等精密材料加工领域得到了广泛的应用。
由于激光深熔焊具有极高的能量密度，在小孔周围会形成非常大的温度梯度，而小孔是激光与被焊接材料相互作用发生金属熔化、蒸发汽化、液体被气流排开所形成的。
这一急剧的反应过程，使得激光深熔焊接的温度场分布极小，并且伴有快速多变的特点，从而给尝试利用实验法测得激光深熔焊接温度场分布的人带来极大的困难。
随着计算机软件和硬件的快速发展，为进行激光深熔焊接温度场数值模拟提供了更为方便的条件，所以基于有限元分析软件的激光深熔焊的数值模拟受到越来越广泛的重视。
热源模型是焊接模拟的基础，２０世纪中期美国的Ｒｏｓｅｎｔｈａｌ和前苏联的Ｒｙｋａｌｉｎ提出了移动热源在固体中的热传导模型，给出了焊接温度场的解析式，形成了焊接过程计算的经典理论———Ｒｏｓｅｎｔｈａｌ－Ｒｙｋａｌｉｎ公式体系，此后有不少学者针对焊接热源模型进行了大量研究，以期待能够获得更准确的焊接温度场，从而达到控制焊接过程、提高焊接质量的目的。
高效热丝GMAW焊接工艺熔敷速率试验分析
高效热丝GMAW 焊接工艺熔敷速率试验分析马宗标1， 黄鹏飞1， 张轩宁1， 王亚纯1， 代宏博1， 王光辉2(1. 北京工业大学，现代焊接设备研究与开发中心，北京，100124； 2. 杭州凯尔达电焊机有限公司，杭州，310018)摘要： 交流热丝GMAW 工艺是一种高效焊接工艺，其主弧为传统GMAW 电弧. 填充焊丝和熔池及母材构成闭合回路，交流脉冲预热电流流经该回路，产生电阻热并预热填充焊丝. 当被预热到高温的填充焊丝进入熔池后，在液态金属作用下迅速熔化. 进行了高效热丝GMAW 工艺的试验研究，找到填充焊丝预热电流、填充焊丝伸出长度、焊丝间距、主弧焊接规范等参数之间的匹配规律，实现了20 kg/h 以上的熔敷速率. 分析了前述影响因子对熔敷效率的影响规律. 结果表明，热丝GMAW 在提高熔敷速率和熔敷系数方面相对传统焊接工艺有明显优势，可以实现高熔敷率低热输入的工艺效果. 该工艺在高强钢大厚板焊接等领域具有广阔的应用前景.创新点： (1) 基于GMAW 焊工艺方法，填充焊丝直插熔池并通过交流脉冲电流，在电阻热与主弧热能协同作用下熔化填充焊丝.(2) 针对影响熔敷速率变化趋势的关键因素做出分析,得到最佳工艺参数区间.关键词： 热丝；工艺窗口；熔敷速率；熔敷系数中图分类号：TG 444 文献标识码：A doi ：10.12073/j .hjxb .202006050040 序言随着工业界对高效焊接工艺的不断追求，热丝气体保护电弧焊工艺受到广泛的关注. 传统热丝焊工艺主要是针对非熔化极气体保护焊GTAW 的.填充焊丝经过一对电极后进入熔池，在电极之间施加电压，则会有电流流过填充焊丝，产生的电阻热可以预热填充焊丝，从而有效提高熔敷效率. 也可以把高频感应线圈套在填充焊丝外部，既消除旁路预热电路带来的磁偏吹影响，还可以适用于低电阻率的焊丝，填充送丝速度可以达到冷丝焊工艺的3倍左右[1-2]. 可以扩大焊接电流的合理范围[3]，并且热丝 GTAW 焊具有更高的焊缝沉积速率和优良的焊缝形状[4]. 通过控制高频输出电流，还可以调整焊接热输入. 热丝TIG 焊工艺有多种不同方案，但由于主弧是TIG 电弧，单纯依靠填充焊丝提高效率有限. 可以采用双钨极耦合的方案[5]，或者采用TIG 与等离子弧耦合及 TIG 与激光耦合等具备高密度能量热源的方案[6-9].北京工业大学的李泳格开发了一种交流热丝GMAW 焊接[10]，采用交流电流预热填充焊丝，很好的抑制了热丝电流对主弧的干扰. 在大电流主弧作用下熔池中有足够多高温液态金属，可以保证预热后的填充金属迅速熔化，极大地改善熔敷效率，并获得均匀的焊缝. 该工艺中，填充焊丝与母材之间不会形成电弧，附加热输入很小. 填充焊丝的加入可以有效降低熔池温度，减小热影响区的范围，抑制凝固过程中晶粒的长大，提高焊缝质量.热丝GMAW 焊工艺可以对焊接热输入和熔敷效率独立调节，实现两者解耦，这对控制和改善焊接过程中熔池凝固和结晶过程有重要意义. 此外，在常规电弧焊工艺中，高温电弧可能造成大量合金元素的烧损，不利于焊缝金属的合金化. 而采用热丝焊接工艺可以把合金成分添加到填充焊丝中去，其加热温度略高于金属的熔点，但是远低于电弧中心的温度，所以合金元素可以在熔池中很好的保留，这对改善焊缝的合金成分非常重要. 交流热丝GMAW 工艺具有高熔敷速率和低热输入的特点，又增加了冶金工艺的灵活性，应用前景非常广阔.热丝GMAW 工艺虽然具有明显的优势，但有关其熔敷速率影响因素及规律的研究相对较少. 文收稿日期：2020 − 06 − 05基金项目：国家自然科学基金资助项目(51075011，51475008)第 42 卷 第 1 期2021 年 1 月焊 接 学 报TRANSACTIONS OF THE CHINA WELDING INSTITUTIONVol .42(1):44 − 48January 2021中进行了工艺试验研究，探索了不同焊接工艺参数对焊丝熔化速度的影响规律，得到了不同预热电流、填充焊丝伸出长度、填充焊丝与主焊丝间距，以及主弧电流电压等条件下填充送丝速度的工艺窗口.1 试验方法试验平台主要由GMAW电源、交流脉冲热丝电源、送丝机及高速摄像机等部件组成. 主弧电源使用常规直流GMAW电源，用来熔化主焊丝、加热母材并形成熔池；交流脉冲热丝电源可以输出优化后的脉冲电流,其频率为200 Hz，电流幅值可以在100～300 A之间调节. 在热丝GMAW焊接工艺中，填充焊丝被直接送入熔池，预热电源输出交流脉冲电流经由热丝、熔池和母材构成的回路，产生电阻热可以预热填充焊丝. 这里主焊枪垂直于母材，填充焊丝在电弧正前方以45°角进入熔池. 填充焊丝被预热到较高温度后进入熔池，在高温液态金属的作用下熔化，可以极大的提高熔敷速率. 中频脉冲电流可以有效防止电磁力引起的主电弧扰动，保持焊接过程稳定. 图1所示为焊接试验平台组成.图 1 焊接操作平台Fig. 1 Welding operator在试验过程中，采用同步数据采集和高速摄像技术实现对焊接过程的准确记录. 利用高速摄像技术可以研究焊接过程中电弧的位置、形态和熔池波动状态，也可以观察填充焊丝的熔化状态. 高速摄像仪型号为MV-D1024E，拍摄频率625帧/秒，系统分辨率为512 × 512点阵.热丝GMAW工艺的基本试验条件为：焊丝型号：JM-56；焊丝直径ϕ 1.2 mm；保护气体成分：80% Ar + 20% CO2；气体流量：15 L/min；主弧焊丝伸出长度：18 mm；焊接速度：0.4 m/min；母材型号：Q235；母材厚度：10 mm.填充焊丝和主焊丝的相对位置如图2所示. 主要研究如下几个因素对熔敷速率的影响规律：①填充焊丝预热电流；②填充焊丝伸出长度；③填充焊丝与主焊丝间距；④主弧电流和电压.图 2 几何尺寸Fig. 2 Geometric dimensions在其它参数不变的条件下，分别独立调节交流热丝预热电流、填充焊丝伸出长度、填充焊丝与主焊丝间距，以及主弧电流电压，找到与该条件相匹配的最佳填充焊丝速度范围，并研究其影响规律.通过高速摄像观察填充焊丝，可以找到填充焊丝送入GMAW熔池中，刚好既不起弧也不触到熔池底部的状态. 也可以同时监测送丝电机的电枢电流作为辅助判据，当电枢电流有较明显的增大趋势时，可以认为填充焊丝已经抵到熔池底部.2 工艺参数对熔敷速率的影响规律2.1 热丝电流对熔敷速率的影响规律在热丝GMAW工艺过程中，交流预热电流产生电阻热对填充焊丝加热，电流的大小直接影响焊丝的温度分布. 文中试验主要研究热丝预热电流对填充焊丝送丝速度范围的影响规律.进行工艺试验时，填充焊丝的伸出长度为18 mm，主弧焊丝和填充焊丝间距为12 mm，交流热丝电流从100 A调节到300 A.图3中上部曲线表示在设定的热丝电流条件下，填充焊丝可以使用的最大速度. 当填充速度大于该曲线数值时，填充焊丝端部将触及熔池底部，造成熔池不稳. 而下部曲线表示该预热电流下，填第 1 期马宗标，等：高效热丝GMAW焊接工艺熔敷速率试验分析45充焊丝可以使用的最小速度. 当速度过小时，由于焊丝熔化较快，可能会使焊丝端头离开熔池表面，产生电弧和飞溅，造成焊接过程失稳. 下文中试验的曲线都代表相同的含义，不再赘述.由图3可知，随着预热电流的增加，填充焊丝送丝速度相应增加，熔敷速率提高. 填充焊丝的加热能量主要源于两个部分：预热电流电阻热和熔池储热. 这里熔池储热不变，但是预热能量和预热电流的平方成正比，所以该曲线呈指数形式增长. 且预热电流越大，可以使用的送丝速度范围也相应扩大.当热丝电流最大达到300 A时，辅助焊丝送丝速度可以达到25 m/min，附加熔敷速率约14 kg/h.此时主弧的送丝速度约16 m/min，综合熔敷速率已经可以达到20 kg/h以上，相对常规的GMAW工艺效率提高一倍.2.2 焊丝伸出长度对熔敷速率影响规律在焊丝预热过程中，焊丝伸出长度大小决定了预热电流产生电阻热的时间，进而影响到焊丝温度分布，伸出长度越长则预热效果越明显. 文中试验研究伸出长度对填充焊丝送丝速度的影响规律. 试验设定预热电流为200 A，主弧焊丝和填充焊丝间距为12 mm；焊接速度为0.40 m/min，改变填充焊丝伸出长度，测量相应条件下填充送丝速度的最小值及最大值. 结果如图4所示.由图4可知，随着填充焊丝伸出长度的增加，其送丝速度也相应增加，而且基本呈线性关系. 最小和最大送丝速度的差值变化不太明显. 这是由于在预热电流不变的条件下，预热能量与焊丝伸出长度呈正比，所以该曲线呈线性状态. 由于焊丝的电阻率随着温度的上升略有增加，所以整体曲线呈略上翘的形态. 由图可知，填充焊丝伸出长度和熔敷速率之间有明显的关系，其送丝速度的调节范围在10～20 m/min之间，附加熔敷速率最大可达10 kg/h 左右.2.3 填充焊丝与主丝间距对熔敷速率的影响规律填充焊丝进入熔池的位置直接影响了电弧对焊丝的加热效果. 该位置如果靠近电弧中心，则电弧对填充焊丝的加热将会从间接加热渐变为直接加热. 从提高熔敷效率的角度考虑，直接加热的效率最高，但是从保证合金化的角度考虑，直接加热会增加填充焊丝中合金元素的烧损.文中试验主要研究焊丝间距对熔敷速率的影响规律. 填充焊丝伸出长度为18 mm，预热电流设定为100 A；改变填充焊丝与主弧焊丝之间的距离，并找到填充焊丝的合理送丝速度区间. 结果如图5所示.302520151056810焊丝间距S/mm121416246810121416最小值最大值图 5 焊丝间距对填充焊丝送丝速度区间影响Fig. 5 Effect of welding wire spacing on the wire feeding speed range of filled welding wire由图5可知，当焊丝间距约为6 mm时，最大填充送丝速度可以达到30 m/min，对应熔敷速率提高约15 kg/h. 但此时填充焊丝已经进入主弧的中心区，所以加热功率很大，氧化烧损比较严重，不利于填充金属的合金化过程. 随着焊丝间距的增大，30 25 20 15 10 5100150200热丝电流I/A 250300246810121416最小值最大值图 3 热丝电流对填充焊丝送丝速度区间影响Fig. 3 Effect of hot wire current on the wire feeding speed range of filled welding wire24最小值最大值221210864 20181614121086141618202224填充焊丝伸出长度L/mm26283032图 4 填充焊丝伸出长度对填充焊丝送丝速度区间影响Fig. 4 Effect of dry extension of filler wire on the wire feeding speed range of filler wire46焊 接 学 报第 42 卷最佳送丝速度范围不断降低，当焊丝间距大于11 mm 时，焊丝预热所受电弧热减小，其熔化速度减小，填充焊丝速度也相应减小，熔敷速率随之降低. 速度区间减小，并最终趋于稳定. 此时电弧对焊丝的热影响已经很小，熔敷速率主要受电阻热和熔池热的影响.2.4 主弧规范对填充焊丝熔化速度影响规律在热丝GMAW 工艺中，主弧能量用于熔化母材形成熔池，熔池的热量又用于熔化经过预热的填充焊丝. 熔池的形状和温度对填充焊丝的熔化有直接的影响. 文中试验研究主弧电流电压参数对填充焊丝送丝速度规范区间的影响规律. 试验时主弧焊丝和填充焊丝间距为12 mm ；热丝电流200 A ，焊接速度0.4 m/min . 主弧电流电压从210 A/29 V 上升到360 A/35 V 时. 最佳填充焊丝送丝区间如图6所示.200220240260280主弧电流 I z /A30032034036038045678910111213最小值最大值图 6 主弧电流对填充焊丝送丝速度区间影响Fig. 6 Effect of main arc current and voltage on the wirefeeding speed range of filled welding wire由图6可知，随着主弧电流的增加，填充焊丝最小送丝速度基本保持不变，最大送丝速度随主弧规范的增加也迅速上升. 当主弧电流超过300 A 后，最大送丝速度增速明显.熔敷速率主要受两方面因素影响. 一是电弧功率，主弧电流增加的同时，其匹配电压也在相应增加，所以电弧功率的变化速度越来越快，熔敷速率的增加也随之变快；二是熔池深度，熔池深度影响到熔池加热填充焊丝的时间，当主弧电流大于300 A 时，电弧挖掘作用明显增加，从而熔池深度增加，其对填充焊丝的加热时间也在延长，所以熔敷速率增加明显. 从焊缝效果来看，随着主弧电流电压的增加，焊缝的余高和成形饱满度也相应增加.3 热丝GMAW 工艺熔敷系数分析在热丝GMAW 焊接工艺中，填充焊丝的存在可以使熔池的温度降低，熔池和热影响区金属的过热程度也相应减小，所以接头性能会有很大改善，这对很多热输入敏感的高强钢有重要的意义. 另外，从熔敷系数的角度分析，为了产生相同数量的熔敷金属，热丝GMAW 所需要的能量也比较少.熔敷系数可以由下面公式计算，即式中：a 是熔敷系数(g/A·s)；M 是熔敷金属量(g)；I 是焊接电流(A)；t 是焊接时间(s).在热丝GMAW 焊接工艺中，一般电弧稳定飞溅很少，所以可用熔化金属量近似替代熔敷金属量. 热丝预热功率和电弧功率相比，在焊接电流较小时，占比不足20%，在焊接电流较大时，占比只有不足10%，所以计算时以主弧能量为主. 熔化总金属量可以由主弧送丝速度和填充焊丝送丝速度之和经过计算得到. 这里以前面2.4节的试验数据为基础，可以获得焊接电流和熔敷系数的关系如图7所示.200220240260280300320焊接电流 I /A普通 MAG 焊热丝 MAG 焊340360380图 7 焊接电流和熔敷系数之间关系Fig. 7 Relationship between deposition rate and weld-ing current图7中虚线代表常规GMAW 工艺熔敷系数和焊接电流的关系，也就是单独主弧的熔敷系数同电流关系. 由曲线可知，随着电流的增大，熔敷系数略有减小. 这是由于焊接电流越大，则熔滴的过热程度越高，所以单位电流熔化焊丝的质量反而有所下降. 图中实线所示为热丝GMAW 工艺整体熔敷系数，该曲线前段略有下降，但后段又有提高. 其中熔敷系数下降的原因和常规GMAW 相同，后段由于电弧功率增大后，电弧加热的范围也有所增大，填充焊丝也吸收了部分电弧热量的原故，所以熔敷系数有所提高.综合比较可知，热丝GMAW 可以提高熔敷系第 1 期马宗标，等：高效热丝GMAW 焊接工艺熔敷速率试验分析47数约一倍左右，从节能减排的角度比较，热丝GMAW 也有明显的优势.4 结论(1) 研究了热丝GMAW 焊接工艺中，多种工艺参数对填充焊丝送丝速度工艺窗口的影响规律. 结果表明，该工艺可以达到20 kg/h 以上的熔敷速率，相比传统GMAW 工艺提高效率一倍以上.(2) 对比了热丝GMAW 工艺和常规GMAW 焊接工艺的熔敷系数和电流关系曲线，结果表明热丝GMAW 可以提高熔敷系数一倍左右.参考文献范成磊, 梁迎春, 杨春利, 等. 铝合金高频感应热丝TIG 焊接方法[J]. 焊接学报, 2006, 27(7): 49 − 52.Fan Chenglei, Liang Yingchun, Yang Chunli, et al . TIG welding method of aluminum alloy high-frequency induction hot wire[J].Transactions of the China Welding Institution, 2006, 27(7): 49 −52.[1]吕世雄, 孙清洁, 范阳阳, 等. 电弧热丝TIG 焊工艺特点分析[J]. 焊接, 2007(10): 41 − 43.Lü Shixiong, Sun Qingjie, Fan Yangyang, et al . Analysis of the characteristics of arc hot wire TIG welding process[J]. Welding &Joining, 2007(10): 41 − 43.[2]Aravinda P, Irappa S, Basavarajappa, et al . Assessment of impactstrength of welds produced by cold wire and hot wire gas tung-sten arc welding (GTAW) processes[J]. Materials Today: Pro-ceedings, 2020, 24(Pt 2): 983 − 994.[3]He H, Wu C, Lin S, et al . Pulsed TIG welding-brazing of alumin-um-stainless steel with an Al-Cu twin hot wire[J]. Journal of Ma-terials Engineering & Performance, 2019, 28(3): 1180 − 1189.[4]Liu W, Ma J, Liu S, et al . Experimental and numerical investiga-tion of laser hot wire welding[J]. International Journal of Ad-vanced Manufacturing Technology, 2015, 78(9−12): 1485 − 1499.[5]苗玉刚, 马照伟, 赵慧慧, 等. 高强钢旁路热丝等离子弧打底焊接头组织和性能[J]. 焊接学报, 2019, 40(1): 99 − 103.Miao Yugang, Ma Zhaowei, Zhao Huihui, et al . Microstructure and performance of backing welding joint of high strength steel by bypass-current wire-heating PAW[J]. Transactions of the China Welding Institution, 2019, 40(1): 99 − 103.[6]余淑荣, 程能第, 黄健康, 等. 旁路耦合电弧增材制造热过程与组织关系[J]. 焊接学报, 2019, 40(8): 1 − 6.Yu Shurong, Cheng Nengdi, Huang Jiankang, et al . Relationship between thermal process and microstructure during additive man-ufacturing of double-electrode gas metal arc welding[J]. Transac-tions of the China Welding Institution, 2019, 40(8): 1 − 6.[7]Shah P, Agrawal C. A review on twin tungsten inert gas weldingprocess accompanied by hot wire pulsed power source[J]. Journal of Welding and Joining, 2019, 37(2): 41 − 51.[8]Kim K, Bang H, Bang H, et al . Hot wire laser welding of mul-tilayer for narrow gap-analysis of wire melting/transfer and arc formation phenomenon by high speed imaging[J]. Journal of Welding and Joining, 2016, 34(5): 26 − 32.[9]李泳格. 一种新型热丝TIG 复合焊接装置的研制[D]. 北京: 北京工业大学, 2015.Li Yongge. Development of a new hot wire TIG composite weld-ing device[D]. Beijing: Beijing University of Technology, 2015.[10]第一作者：马宗标，硕士；主要从事热丝GMAW 工艺的焊接电源研发及其工艺过程研究；Email ：******************.通信作者：黄鹏飞，副教授；Email ：****************.cn.（编辑： 杨婉春）48焊 接 学 报第 42 卷by spreading area method.(3) The silver paste is coated by the dipping method, and the production efficiency is high.Key words: Bi2O3-B2O3-ZnO glass；silver paste；resistivity；solderability；shear strengthExperimental study on deposition rate of high efficiency hot wire GMAW welding process MA Zongbiao1， HUANG Pengfei1， ZHANG Xuanning1， WANG Yachun1， DAI Hongbo1， WANG Guanghui2 (1. Research and Development Center of Modern Welding Equipment, Beijing University of Technology, Beijing, 100124, China；2. Hangzhou Keida Welding Machine Co., Ltd., Hangzhou, 310018, China). pp 44-48Abstract: Alternating current and hot wire GMAW process is a kind of efficient welding process, the main arc of which is the traditional GMAW arc. Under the action of AC pulse preheating current, the filler wire can flow form a closed loop with the welding pool structure in the base metal. The current flows through the loop to generate resistance heat to preheat the filler wire. The filled wire preheated to high temperature will melt rapidly under the thermal influence of the liquid metal after entering the molten pool. In this experiment, the high efficiency hot wire GMAW process was studied. The study found the matching rules among the parameters such as the preheating current of the filler wire, the extension length of the filler wire, the distance between the filler wire, the main arc welding specification, etc. Finally, it was realized the deposition rate above 20 kg/h. Through the analysis of the influence rules of the above factors on the deposition efficiency, the results show that: compared with the traditional welding process, hot wire GMAW has obvious advantages in improving the deposition rate and deposition coefficient. This process has a broad application prospect in the field of high strength steel thick plate welding.Highlights: (1) Based on GMAW welding process, this pro-cess requires that the filler wire be inserted directly into the molten pool and be melted by AC pulse current. Therefore, the filler wire can be melted under the synergistic effect of resist-ance heat and main arc heat energy.(2) By analyzing the key factors affecting and the changing trend of deposition rate, this paper obtained the optimal pro-cess parameter range.Key words: hot wire；process window；deposition rate；de-position coefficientFinite element analysis of solder joint reliability of 3D packaging chip SUN Lei1,2， ZHANG Yi1， CHEN Minghe2， ZHANG Liang3， MIAO Naiming1 (1. Changzhou University, Changzhou, 213164, China；2. Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing, 210016, China；3. Jia-ngsu Normal University, Xuzhou, 221116, China). pp 49-53 Abstract:In this paper, Sn and Sn3.9Ag0.6Cu solders, which are widely used in industry, were selected as bonding materials for 3D packaging chips. The 3D packaging model was established using ANSYS finite element software. Based on the Garofalo-Arminius’s constitutive equation, the process of thermal cycle under the temperature condition from −55 ~ 125 °C. In addition, the influence of packaging structure and process parameters on the reliability of solder joint was discussed by Taguchi method. The results show that the contact area between Cu pillar and solder joint is the weak area of the whole structure, and the maximum stress appears at the second solder joint in the rightmost row of the intermetallic compound (IMC) solder joint array. Through the Taguchi method and combined with the finite element simulation results, the contribution of the four factors to S/N was obtained as follows: solder joint array, solder joint height, chip thickness, solder joint material, of which the solder joint array has the largest influence, followed by solder joint height and chip thickness, solder joint material has the least influence. Based on the optimization design, the optimal matching combination was solder joint array 3 × 3, solder joint height 0.02 mm, chip thickness 0.2 mm and solder joint material Cu6Sn5.Highlights:(1) Based on Garofalo-Arminius's constitutive equation, the stress of 3D package solder joints under thermal cycling load was simulated to reveal the weak area of the pack-age structure.(2) The 3D package structure was optimized by the Taguchi method, and the optimal combination of structure and process parameters was obtained.Key words: 3D packaging；reliability of solder joint；stress distribution；Taguchi methodIV TRANSACTIONS OF THE CHINA WELDING INSTITUTION2021, Vol. 42, No. 1。
激光+GMAW复合热源焊接热源与热过程
式中，H1 为双椭球体热源高度。 热源下半部分采用热流递增的圆柱体热源 PV 2 ，
3r 2 mh r0 6Q 2 q v2 r, z exp 2 πr0 H mH 2r0 r0 r0
H1＜z＜d 式中，H1 为双椭球体热源高度 m 为调节系数，H 为圆柱体热源作用
高度。D 为板厚，r0 为圆柱体热源半径。
y＜0，z ≤H1
3z 2 exp c2
3z 2 exp c2
3x 2 3y 2 12 3Q1 q( x, y, z) exp exp 2 2 π πa b1 b 2 c a b2
工件上、下表面的热流分布半径,这些参数根据经验以及实验结果确定。
三、激光+GMAW 复合焊接热源模型
对于激光+GMAW 复合焊接来说，由于焊缝下半部分的体积较小，此处散热 极快，采用中心热流不变的作用模式，很难模拟出理想的熔池轮廓。考虑到激光 和电弧之间的相互作用以及激光在小孔内壁的多次反射所起到的增强作用， 采用 峰值热流递增的热源， 将生热质点限定在熔池区域范围内，将有效地对深度方向 生热质点消耗的功率进行补偿。根据激光十 GMAW 复合热源焊接焊缝横断面的
二、激光焊热源模型
激光焊焊缝深宽比较大，说明焊接热源的热流沿工件厚度向施加很大的影 响， 因此必须按某种恰当的体积分布热源来模拟激光热源。本文采用锥体热源模 型对激光焊接温度场进行计算，三维锥体热源模型示意图如图。
三维锥体热源模型
三维锥体热源模式的实质是一系列平面高斯热源沿工件厚度方向叠加。 每个 截面的热流分布半径沿厚度方向呈线性衰减，而热流密度在：轴(焊缝垂直中心 线)上保持不变，具体公式为：
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高效焊接技术--激光+GMAW 复合热源焊焊缝成形的数值模拟弧焊高效焊接技术主要以提高熔敷效率和焊接速度为目的。
其中高熔敷效率焊接主要是在单位时间内熔化更多的焊接材料, 以提高焊接材料的熔化速度为目的的高熔敷效率焊接，代表工艺为T ．I ．M ．E ．焊接，主要用于厚板焊接；高速焊接是在提高焊接速度的同时提高焊接电流,以维持焊接热输人大体上保持不变，代表工艺以多丝弧焊技术为主，主要用于薄板焊接。
另外，复合热源和加活性助焊剂方法也成为高效焊接的主要研究方向，如激光复合焊、A —TIG 焊等。
激光——电弧复合焊最早是由英国的W ．Steen 于20世纪70年代末提出的，它将物理性质、能量传输机制截然不同的两种热源复合在一起，同时作用于同一加工位置，既充分发挥了两种热源各自的优势，又相互弥补各自的不足，形成一种全新高效热源。
复合形式众多，根据激光电弧在焊接时的空间位置不同，可以将复合形式分为旁轴与同轴。
主要的激光复合高效焊接技术方法如下图1所示图1激光复合高效焊接方法作为一种高能束焊接方法，激光焊以焊接速度快、生产效率高、焊接精度高、能量控制精确等良好的材料加工性能，以及易实现加工的自动化、柔性化等独特的优势，在汽车、造船、航空航天器制造、微电子等行业得到了大量应用。
但是，由于激光束焦点直径很小(一般为0.2—0.6 mm)，激光加热区域及工件中的受热熔化区域也很小，焊缝桥联能力差，对工件的装配提出很高的要求，因而在实际生产中的应用受到了较多的限制。
作为最常用的熔化极气体保护电弧焊GMAW，可以提供适量熔化的填充金属在对接间隙中搭桥或填充坡口，使焊缝具有很强的桥联能力，增强了对装配间隙变化的适应性，降低了对工件装配精度的要求。
GMAW 还具有应用范围广、设备投资和使用费用低等优点。
激光+ G M A W电弧复合热源焊接就是将激光焊接和G M A W结合起来实现优质高效焊接生产的一种新型的焊接成形工艺。
复合热源焊接过程中G M A W 提高了焊缝的搭桥能力，增强了适应性；而激光焊采用深熔焊接模式，高能激光束在熔池中产生小孔、稳定电弧、保证能量稳定准确地输出，从而可以保证在高速焊接条件下获得理想的焊缝熔深和规则的焊缝成形。
相对于纯激光焊，可以以较低的激光功率通过与电弧复合焊接获得相同熔深的焊接接头，而激光功率的降低则町以节能、降低投资和生产成本。
因此，激光+ G M A W电弧复合热源焊接是一种优质高效的焊接方法，具有广阔的市场应用前景和很强的竞争力，是当前国际高效焊接技术研究的热点。
近年米，欧盟、美国、日本、韩国、澳大利亚及俄罗斯等国家都纷纷投入大量资金开展激光+ G M A W电弧复合热源焊接技术的研究，以期使其更广泛地应用于人批量生产制造中。
但是，激光+ G M A W 电弧复合热源焊接的研究工作目前人多只集中于工艺本身，对一些共性的科学问题还缺乏系统深入的研究，这在一定程度上限制了激光+ G M A W 电弧复合热源焊接技术的推广和应用．通过对实验结果和文献资料的分析发现，住复合热源焊接时，焊缝横断面成形的上、下部分分别主要由电弧和激光的热作用所决定，即：熔深主要取决于激光深熔焊接过程形成的小孔效应，而熔宽主要取决于电弧的热流分布。
为了建立复合热源焊接的体积热流分布模式，首先应对纯激光深熔焊接的体积热源分布模式及其对焊缝成形的影响进行研究。
本文提出了几种新颖的、适用的激光深熔焊接热源模型，为下一步分析和建立激光+ G M A W电弧复合焊接的热源作用模式奠定了基础。
自激光电弧复合焊接发明者Prof. Steen 和他同事在利物浦大学发表第一篇关于增强激光电弧焊接已经过去25年了。
在这些年来，通过一个混合焊炬将MIG/MAG（金属熔化极惰性气体保护焊/金属熔化极活性气体保护焊）电弧加入到集中的激光辐射中，MIG/MAG已经逐渐成为最合适激光电弧复合焊接的电弧种类。
在焊接过程中，热，动量和熔融填充材料通过MIG/MAG焊接方法转移到焊接区，用来加强焊接激光束的深渗透作用。
在激光电弧复合焊接中，激光束和电弧建立并推动一个共同的熔池向前形成焊缝，如图2所示。
图2激光电弧复合焊接进程示意图图3为集成混合型焊接喷嘴原理图，该工艺气体流出环形通道流进靠近同轴的激光束的喷管嘴喉道。
通道内有一个可以让气体均匀扩散分布的孔径促进气体流进入焊接区。
这样，横向的空气吸力（即文丘里效应）得到避免的同时保证了焊接区域得到有效的保护。
考虑到现有的各种不同的焊接任务，定制混合工艺和设备是有必要的。
图4展示了几种工业上选择使用的特别定制集成混合型焊接喷嘴。
图3 集成混合型焊接喷嘴原理图图4 采用集成喷嘴设计的标准定制的复合焊接头1 激光深熔焊缝形状的特点分析采用连续灯泵浦的Nd ：YAG固体激光器在8mm厚的碳钢板上进行堆焊实验，试件部分熔透。
激光波长1.06um,输出聚焦透镜焦距为200mm,焦点直径为0.6 mm，离焦量△z=1mm。
当激光功率为1.8kw 、焊接速度为1.0 m/min时，焊缝横断面形状的金相照片如图5所示。
由图可见，激光焊缝的深宽比大，这是由于激光焊接过程中在熔池中产生小孔效应而造成的，对此必须加以考虑。
但是，小孔的形成和维持是一个非常复杂的非线性光能量-材料耦合作用过程，是能量和力动态平衡的结果，是激光深熔焊接过程中焊缝成形的决定性因素，也是目前激光焊接研究的一个焦点和难点。
虽然已有若干理论模型，但由于涉及的问题极其复杂，这些模型都是在做了不同简化假设的情况下建立起来的，还不能很好地解决问题。
本文从宏观的传热过程出发，根据激光焊缝断面形状的实验结果，将重点放在构建合适的体积热源分布模式，以反映小孔对焊缝成形的实际影响，从而能够计算出符合实际的激光焊缝形状与尺寸。
52 激光深熔焊接的体积热源作用模式根据图 5 所示的激光焊缝横断面特点，激光热源的作用模式应该采取某类旋转体体积分布。
采用柱坐标系（r，z）描述这类旋转体。
体积热源沿工件厚度方向（z轴）作用，其主要特点是：（1）热流作用区域的半径r0（z）：任工件上表面，热流作用区域最大；存工件某一深度处（与热源高度H相对应），热流作用区域最小。
即沿工件厚度方向，热流作用区域的半径r0（z）以某种规律衰减。
（2）热源中心轴上的热流密度值q m（0,z）: 在热源中心轴（z 轴）上，热流密度值q m（0,z）以某种规律变化。
激光焊接过程中，当产生小孔时，激光在小孔表面多次吸收和反射，小孔底部接受的能量较高。
考虑这一特点，在工件上表面（z= z e），热流值是q m（0, z e）；在工件某一深度处（与热源高度H 相对应，z = z i，H = z e -z i），热流值q m（0, z i）较大。
即存在一个比例系数x在热源高度范围内任一z坐标处，热流密度值q m（0,z）以某种规律在q m（0, z e）和q m（0, z i）之间变化。
（3）在垂直于热源中心轴（z 轴）的任一平面内（径向r ），热流密度以G a u s s 函数分布式中，q m（0,z）为中心轴上的热流峰值，r0（z）为热流分布参数。
表征激光焊接热作的体积热源，是一系列热流峰值q m（0,z）和分布参数r0（z）按某种规律不断变化的Gauss热源沿工件厚度方向积分叠加而成的。
那么，从工件表面出发，r0（z）和q m（0,z）沿工件厚度方向的变化方式确定后，式（2）就有具体的形式，从而确定出适用的体积热源模式。
根据激光深熔焊缝成形的特点，本文提出热流峰值q m（0,z）和分布参数r0（z）可分别按线性和曲线两类模式变化，其热源模式示意图如图6所示。
2．1 “锥体～峰值指数递增”式热源模型图6a所示的“锥体—峰值指数递增”式热源模型的特点是，热源作用半径r0（z）沿焊件厚度方向呈线性减小趋势(即热源作用区域为锥体)；热源中心轴( 轴)上，热流密度峰值q m（0,z）以指数规律递增。
据此特点，经一系列推导，可得出热流分布函数式中，r e 和r i 分别为锥体上、下表面的半径；z e 和z i 分别为锥体上、下表面的z 坐标；Q=ηP （其中，η为激光热效率，P 为激光功率）为有效热输入；r=2．2 “对数曲线旋转体—峰值线性递增”式热源模型在图6b 中，热源作用半径沿焊件厚度方向按对数曲线衰减；热源中心轴（z 轴）上，热流密度峰值以线性规律递增。
据此特点，经一系列推导可得出热流分布函数图6锥体热源模式和曲线旋转体热源模式示意图2．3 “抛物线旋转体—峰值线性递增”式热源模型在图6b中，热源作用半径沿焊件厚度方向按抛物线规律衰减；热源中心轴（z轴）上，热流密度峰值以线性规律递增。
据此特点，经一系列推导可得热流分布函数2．4 “双曲线旋转体—峰值双曲线递增”式热源模型在图6b中，热源作用半径沿焊件厚度方向按双曲线规律减小；热源中心轴（z轴）上，热流密度峰值以双曲线规律递增。
据此特点，经一系列推导可得热流分布函数通过数值模拟，根据激光焊接温度场的计算数据，确定出激光焊缝的形状尺寸。
对于一组工艺条件（激光功率2 k w，焊接速度1.0 m /min，低碳钢板厚8mm），实验测试出激光焊缝横断面形状和尺寸如图7所示。
同时，基于本文构建的激光体积热源模型计算出激光焊缝横断面，将实验结果和计算结果进行比较，计算结果与实验结果吻合较好。
因此，本文构建的激光焊接热源的体积热流分布，即“锥体—峰值指数递增”式、“对数旋转体—峰值线性递增”式、“抛物线旋转体—峰值线性递增”式、“双曲线旋转体—峰值双曲线递增”式，均能够较好地反映出激光深熔焊接过程热源时焊缝成形的作用，是激光深熔焊接数值模拟中可采用的体积热流分布模式。
图7 激光深熔焊缝横断面。