熔池
關注創建者：Comsol塵飛 創建時間：2020-10-08
熔池的視頻教程
ABAQUS焊接模擬-Python編寫移動高斯熱源子程序-不帶生死單元
Python編寫移動高斯熱源子程序（包括高斯面熱源、雙橢球熱源） 模型作如下假設：材料為各向同性材料，不考慮熔池流動及相變影響。 考慮到過來學習的大多都是和我一樣的學生黨，因此設置了一個大家都能接受的價格。 如果視頻中有什么錯誤或沒講清的大家可以留言！！
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熔池的實例教程
在焊接實習教學中，學生在焊條電弧焊實習操作時，經常出現焊瘤、燒穿、未焊透，內凹、夾渣，成形不良等缺陷，分析產生這些缺陷的原因，主要是學生在焊接操作過程中，不善于觀察熔池溫度的變化，沒有有效地控制熔池的溫度而產生上述缺陷。
熔池溫度，直接影響焊接質量，熔池溫度高、熔池較大、鐵水流動性好，易于熔合，但過高時，鐵水易下淌，單面焊雙面成形的背面易燒穿，形成焊瘤，成形也難控制，且接頭塑性下降，彎曲易開裂。熔池溫度低時，熔池較小，鐵水較暗，流動性差，易產生未焊透，未熔合，夾渣等缺陷。
熔池溫度與焊接電流、焊條直徑、焊條角度、電弧燃燒時間等有著密切關系，針對有關因素采取以下措施來控制熔池溫度。
1.焊接電流與焊條直徑：根據焊縫空間位置、焊接層次來選用焊接電流和焊條直徑，開焊時，選用的焊接電流和焊條直徑較大，立、橫仰位較小。
如12mm平板對接平焊的封底層選用φ3.2mm的焊條，焊接電流：80-85A，填充，蓋面層選用φ4.0mm的焊條。焊接電流：165-175A，合理選擇焊接電流與焊條直徑，易于控制熔池溫度，是焊縫成形的基礎。
2.運條方法：圓圈形運條熔池溫度高于月牙形運條溫度，月牙形運條溫度又高于鋸齒形運條的熔池溫度，在12mm平焊封底層，采用鋸齒形運條，并且用擺動的幅度和在坡口兩側的停頓，有效的控制了熔池溫度，使熔孔大小基本一致，坡口根部未形成焊瘤和燒穿的機率有所下降，未焊透有所改善，使乎板對接平焊的單面焊接雙面成形不再是難點。
展開 圖1 自定義材料參數調試流程
第一步：用戶需按格式要求提前準備好如下文件：
1）熔池實驗測量結果文件，按要求進行不同激光功率、掃描速度組合下的成形實驗，完成后測量熔池寬度和深度；
2）計算輸入的初始材料參數文件，包含初始的吸收系數因子、穿透深度因子等；
3）材料隨溫度變化的熱物性參數文件，包括熱傳導系數、比熱容、密度等；
第二步：導入材料調優器進行計算，并得到熔池特征寬度文件和用于計算吸收系數和穿透深度的調優數據文件；
第三步：基于調優數據文件，線性擬合，得到新的激光吸收系數因子及穿透系數因子；
第四步：形成自定義材料需要輸入的材料參數計算輸入文件、材料屬性參數文件、熔池特征寬度文件，并上傳到軟件材料庫中，完成自定義材料輸入。
基于自定義材料參數調試的熔池尺寸計算
基于自定義材料參數調試的流程，對某材料進行了自定義輸入，進行了材料熔池尺寸計算，并與實驗結果進行對比，具體如下：
1）自定義某材料
圖2 自定義材料輸入
2）熔池尺寸計算
基于激光功率、掃描速率、層厚等工藝參數輸入，進行單道掃描熔池尺寸計算，下表中為H13仿真時輸入的工藝參數。
3）仿真與實驗測量結果對比
將仿真計算結果（不含調試時已使用的數據）與實驗熔池尺寸測量結果進行對比，仿真與實驗測量在趨勢一致，數值偏差在10%之內。H13材料預熱600℃的仿真結果如下圖所示。
此外，針對400℃的預熱情況也進行了仿真結果對比，數值偏差也在10%之內。針對高溫材料，目前自定義材料參數調試功能也能較好地支持，針對某高溫材料，仿真偏差可控制在15%之內。
展開 基于自定義材料參數調試的熔池尺寸計算
基于自定義材料參數調試的流程，對某材料進行了自定義輸入，進行了材料熔池尺寸計算，并與實驗結果進行對比，具體如下：
1）自定義某材料
圖2 自定義材料輸入
2）熔池尺寸計算
基于激光功率、掃描速率、層厚等工藝參數輸入，進行單道掃描熔池尺寸計算，下表中為H13仿真時輸入的工藝參數。
3）仿真與實驗測量結果對比
將仿真計算結果（不含調試時已使用的數據）與實驗熔池尺寸測量結果進行對比，仿真與實驗測量在趨勢一致，數值偏差在10%之內。
圖4：激光功率對熔池及單道熔覆層的影響，來源安世亞太
僅針對圖4所分析工況可以看出：
（1）隨激光功率的增加，打印熔池變寬且加長；
（2）隨激光功率增加，熔池的熔深也增加，熔深的增加增大了上一層打印層（或基板）的重熔區，最終使得兩層之間孔隙減少。
激光掃描速度的影響分析
本文在其他制備參數一致的條件下對比了不同激光掃描速度下熔池及單道熔覆層的形態，某工況下的對比結果見圖5。
圖5：激光掃描速度對熔池及單道熔覆層的影響，來源安世亞太
僅針對圖5所分析工況可以看出：
（1）隨激光掃描速度的增加，打印熔池變窄且加長；
（2）相應工況下隨激光掃描速度的增加，熔池由連續逐漸變得不連續且出現明顯的球化，球化的出現使得熔覆層表面變得不平整；
（3）隨激光掃描速度的增加，熔池的熔深減小，熔深的減小使得上一層打印層（或基板）的重熔區變薄，最終使得兩層之間孔隙增加。
鋪粉層厚的影響分析
本文在其他制備參數一致的條件下對比了不同鋪粉層厚下熔池及單道熔覆層的形態，某工況下的對比結果見圖6。
圖6：鋪粉層厚對熔池及單道熔覆層的影響，來源安世亞太
僅針對圖6所分析工況可以看出：
（1）隨鋪粉層厚的增加，打印熔池稍有變窄及加長；
（2）在相應工況下，隨鋪粉層厚的增加，熔池由連續逐漸變得不連續出現明顯的球化，球化的出現使得熔覆層表面變得不平整；
（3）隨鋪粉層厚的增加，使得上一層打印層（或基板）的重熔區變薄，最終使得兩層之間孔隙增加。
展開 圖4：激光功率對熔池及單道熔覆層的影響，來源安世亞太
僅針對圖4所分析工況可以看出：
（1）隨激光功率的增加，打印熔池變寬且加長；
（2）隨激光功率增加，熔池的熔深也增加，熔深的增加增大了上一層打印層（或基板）的重熔區，最終使得兩層之間孔隙減少。
激光掃描速度的影響分析
本文在其他制備參數一致的條件下對比了不同激光掃描速度下熔池及單道熔覆層的形態，某工況下的對比結果見圖5。
圖5：激光掃描速度對熔池及單道熔覆層的影響，來源安世亞太
僅針對圖5所分析工況可以看出：
（1）隨激光掃描速度的增加，打印熔池變窄且加長；
（2）相應工況下隨激光掃描速度的增加，熔池由連續逐漸變得不連續且出現明顯的球化，球化的出現使得熔覆層表面變得不平整；
（3）隨激光掃描速度的增加，熔池的熔深減小，熔深的減小使得上一層打印層（或基板）的重熔區變薄，最終使得兩層之間孔隙增加。
鋪粉層厚的影響分析
本文在其他制備參數一致的條件下對比了不同鋪粉層厚下熔池及單道熔覆層的形態，某工況下的對比結果見圖6。
圖6：鋪粉層厚對熔池及單道熔覆層的影響，來源安世亞太
僅針對圖6所分析工況可以看出：
（1）隨鋪粉層厚的增加，打印熔池稍有變窄及加長；
（2）在相應工況下，隨鋪粉層厚的增加，熔池由連續逐漸變得不連續出現明顯的球化，球化的出現使得熔覆層表面變得不平整；
（3）隨鋪粉層厚的增加，使得上一層打印層（或基板）的重熔區變薄，最終使得兩層之間孔隙增加。
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模型名稱：Comsol激光加工熔池模擬
物理場：水平集、流體傳熱、層流
其他：模型、詳細視頻教程、一對一答疑
然而，該工藝的質量與穩定性，很大程度上取決于對打印過程中熔池及熱影響區溫度的精確控制。德國Optris公司推出的PI08M短波紅外熱像儀，正是為解決這一核心痛點而生，它通過提供實時、精確的溫度監測數據，為智能制造的閉環控制提供了關鍵支撐。
FLOW-3D AM 的自由液面跟蹤算法和多物理場建模功能可高精度模擬鋪粉、熔池動力學、孔隙形成、滲透和擴散，分析和優化工藝參數。
圖片集錦
FLOW-3D China 期待與您再相見！
COMSOL激光熔覆熔池演化模型2個月前
<p>COMSOL熔池形態演化仿真模型。考慮了相變、反沖壓力、表面張力和馬蘭格尼效應。</p><p>物理場：動網格+層流+流體傳熱。</p><p>僅提供模型（不包含結果文件）與參考文獻！
文檔詳細解析了各種熱源的數學公式及適用場景（TIG、MIG、激光焊等），教你如何根據熔池形狀選擇最準確的模型。
2?? 手把手教你寫 DFLUX 子程序
這是很多人的噩夢，也是本指南的重點。 我不僅提供了完整的 雙橢球熱源 Fortran 代碼，還對每一行代碼進行了中文注釋。
如何定義移動路徑？
如何控制熱流密度？
FLOW-3D WELD 應用于異種金屬焊接時，可以觀察下列現象
熔池內的金屬混合情況
熔池的穩定性
孔隙
異種金屬焊接的挑戰
不是所有的金屬都能應用
需要考慮：溶解度、熱膨脹、熔化速率、金屬間化合物、腐蝕性等問題
異種金屬激光焊接示意圖
其中a,b,c分別代表橢圓球形x,y,z三個方向的特征長度，其數值根據焊接熔池的尺寸確定。本案例中采用a=4mm,b=4mm,熔池前半部分橢圓cf=2mm,后半部分cr=5mm。ff和fr為熱源前后兩部分所占輸入能量的比例，應保證其和等于2，本案例中采用0.4和1.6。Q為熱源輸入的功率。
其采用有限元法或有限體積法建立起制造過程的宏觀熔池模型，模擬激光/電子束等熱源移動產生的瞬態溫度場（包括熔池形狀、溫度梯度G、冷卻速率R）、熱應力及潛在的熔池流動。
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可以考慮實際焊裝工藝的各種場景的模擬，通過對工裝夾具、焊接順序、焊接方向、焊接工藝參數，以及焊接之后的冷卻、消除應力的熱處理等因素的仿真，對實際焊接過程的焊接變形、焊接殘余應力、焊接熱影響區、熔池等進行虛擬評定，從而對焊接工藝優化。幫助用戶獲得最優的焊裝工藝解決方案。
