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焊接工艺过程数值模拟 山东大学·，武传松 摘要本文介绍了焊接工艺过摇数值模拟的国内外研究概况、日本和德国在该领域攻关课题的情 况，并综述了熔池形态数值模拟和焊接热传导模型的研究结果。 关键词：焊接工艺、熔池形态、焊接热传导、数值模拟 0前言 焊接是先进制造技术的重要组成部分。先进制造技术的一个重要发展趋势是工艺设 计由经验判断走向定量分析，将数值模拟应用于铸造、锻压、焊接、热处理等工艺设计 中，并与物理模拟和人工智能技术相结合来确定工艺参数，优化工艺方案，预测加工过 程中可能产生的缺陷及采取的防止措施，控制和保护加工工件的质量…。 数值模拟技术通过一组描述焊接基本物理过程的偏微分方程及其定解条件来模拟焊 接过程，采用数值方法求解以获得对焊接过程的定量认识。采用科学的模拟技术和少量 的实验验证相结合的方法，以代替过去一切都要通过大量重复性实验的方法，不仅可以 节省大量的人力和物力，而且还可以通过数值模拟解决一些目前尚无法在实验室里进行 直接研究的复杂问题。在制造业，数值模拟与仿真可以增加材料利用率25％，节约生产 成本30％，产品设计至实际投产的时间缩短40％I引。 国际上有关焊接过程数值模拟的研究和学术交流十分活跃。国际焊接学会第Ⅸ专业 委员会和奥地利格拉茨工业大学主办的国际专题研讨会“Numericalof Analysis 议的主题和大会报告题目，从中可以看出该领域的新进展和新动向。尤其值得指出的是， 这次国际会议lO篇主题报告中，有4篇是来自大公司和大企业的科研人员撰写的，这说 明工业界已经十分重视数值模拟技术的实际应用。本文仅从焊接工艺过程数值模拟这一 个侧面介绍近年来国内外的一些发展情况。 表1 第6届焊接性数值分析国际会议主题与大会报告(2001年10月，奥地利格拉茨) 序 论文 主题 大会报告题目 号 数目 ．①复袈D啦朔弼磷中的电嘲肝它售蹬(瑞典A髓公司，ICaddani) l 熔池现象 ⑦熔槲巍蛄涮．锌流协由形铲灏庆杂l寺狐榈醐愀，1-何形甓锎豇的应 13 用．(美国宾州大学，DebRoy) 2 组织与力学性能 2 焊缝和热影响区的 3 组织模拟 到期副在工业中蝴(劐虱翩叩幽Juha) 16 4 ①焊蠲甚度啄残翱阮唯教形魄嘲酸蜥(绷虱瞰瞬卜萌弓电公司，Radaj) 残余劬与变形 ②焊挠隐黝与妇瑚渊氆姚(瑞典hb工蔓k大载“n衄啪) 2l 5 裂纹与试验方法 12 6 氢 挥接金属中氢的控制乌克兰巴顿焊接研究I听，Pokbodnya) 3 7 特种连凌过啾 ①搅脚射黪削麒拟(菀彰啪移洋，Sherdiff) 12 ②激jI曰鞠蝴(俄嬲獬驹冽{立寸学，Sudnik) 一 拟 ③TIG焊接过盛憾蛭魂射鼠(日本超夏大学，Usbb) 12 1日本国家攻关课题五年计划简介 of 的国家攻关课题“高效与高可靠性焊接技术的开发(Development