氩氮混合等离子焊接电弧的数值分析

以直流正极性氩氮混合工作气体等离子焊接电弧为研究对象,依据磁流体动力学理论构建电弧的数学模型,运用有限元分析软件ANSYS建立了三维稳态下轴对称的、氩氮混合工作气体的1/2等离子焊接电弧的数学模型,得到了焊接电弧的温度场、电场、电磁场、速度场的形态分布特征.分析了氩氮混合工作气体等离子弧的特性,并与纯氩气时的等离子弧的温度场及阳极热流密度分布进行了对比.结果表明,采用混合离子气时,等离子电弧的弧心最高温度相对于纯氩气时有所提高,另外弧柱区的高温区向阳极偏移,阳极的热流密度相对增加.     

液压支架主要承载构件焊接残余应力对比分析

针对综合机械化采煤工程中的安全性问题,以高强钢液压支架的掩护梁和底座为研究对象,应用X射线法对焊后及热处理后的残余应力水平进行评价.对液压支架掩护梁和底座在焊接后热处理后进行两次残余应力现场实测,分别选择各构件特殊部位6～ 10个区域(40多个测点)进行研究,定量给出了残余应力的总体水平及应力分布规律.结果表明,焊接后底座应力水平普遍高于掩护梁,最高应力为429.4 MPa(0.62ReL),掩护梁最高应力为348 MPa(0.50ReL).经过整体热处理,残余应力明显下降,底座及掩护梁残余应力最大值降幅为37％及71％;平均值降幅为46％及76％,新型热处理工艺对降低焊接残余应力有显著效果.     

预热温度对微弧等离子弧单道焊残余应力和性能的影响

文中通过数值模拟建立了微弧等离子弧焊的模型,研究了不同预热温度对微弧等离子弧单道焊残余应力的影响规律,通过X射线残余应力仪测量了焊后件的残余应力,验证了模型的准确性。结果表明,等离子弧堆焊过程中的预热提高了热输入,使焊接熔池变深,热影响区变宽;焊后最大残余应力发生在热影响区内,最大残余应力在y方向上,最大值为1 022 MPa,且为拉应力。随着预热温度的提高,最大残余应力逐步下降,最大残余应力区域逐步向外扩展,趋势与热影响区的一致。最大显微硬度值在热影响区,随着预热温度的提高,硬度逐步在提高。热影响区内产生的马氏体组织是硬度提高的根本原因。     

不锈钢活性剂等离子弧焊焊接电弧

针对活性剂等离子弧焊焊接过程,对焊接电弧外形的变化,焊接电弧电压与活性剂之间的关系进行了研究,采用红外热像伪着色法测定了活性剂等离子弧焊焊接电弧温度场,并建立了活性剂等离子弧焊焊接电弧热流密度径向分布模型.研究结果表明,活性剂等离子弧焊焊接电弧收缩,弧尾翼消失,尾焰加大,电弧穿透力增强,电弧电压升高;活性剂等离子弧焊焊接电弧的温度分布比较紧凑,温度场外形窄,温度分布范围较集中,电弧径向温度梯度较大;电弧径向温度分布呈现正态Gauss分布模式;使用活性剂后的焊接接头性能与未使用活性剂焊接接头相当.     

电弧超声对Q235A的SMAW焊缝组织和性能的影响

作为焊接电弧的热源,对其施加高频调制后可变成可控的超声发射源。通过对比常规SMAW和电弧超声作用下SMAW的Q235A焊缝组织,发现电弧超声能够细化熔合区晶粒,并使得粗晶区宽度变窄;同时,磁记忆检测法的结果表明,电弧超声改善了焊接接头的残余应力分布。     

两种焊后处理工艺对铝合金焊接头力学性能的影响

研究激光冲击处理(LSP)和固溶-时效两种焊后处理工艺对7075铝合金等离子弧焊接头微观组织和力学性能的影响规律。通过固溶-时效处理工艺优化设计,确定焊接头的最佳热处理工艺为固溶(575℃,2 h)、时效(140℃,2 h),并与激光冲击处理工艺进行了对比。结果表明:焊接头经2次激光冲击后,表层焊缝区的显微硬度提高23.3%,残余应力由拉应力9 MPa变为压应力23 MPa;在热影响区,显微硬度提高44.4%,残余应力提高42.8%,抗拉强度达到607.89 MPa,与未处理样品相比提高61.96%;固溶-时效在硬度的影响层深度、断面收缩率方面优于激光冲击,而激光冲击导致裂纹源萌生于次表层,提高了焊接头的抗拉性能。     

电弧摆动对焊接接头疲劳性能的影响

利用FANUC焊接机器人,采用电弧摆动和电弧不摆动2种方式对Q345钢X形坡口对接接头进行焊接,并进行疲劳试验,通过对接头进行残余应力、应力集中分析来研究电弧摆动对焊接接头疲劳性能的影响。结果表明,电弧的横向运动对熔池起搅拌作用,与不摆动焊接相比,焊趾区过渡角减小36%,而焊趾区过渡半径增加150%;在应力比R=0.1的条件下,电弧不摆动焊接接头疲劳强度为130.6 MPa,而电弧摆动焊接接头疲劳强度为176.3 MPa,较电弧不摆动疲劳性能提升35%。     

液压支架用高强钢免后热焊接工艺研究

对液压支架用Q690高强钢免后热焊接工艺进行了研究。对焊缝金属进行扩散氢试验,斜Y坡口和硬度试验,并对焊接应力进行测试。结果表明,采用合适的焊接工艺参数,液压支架用Q690高强钢在免后热焊接时焊缝金属的扩散氢含量较低,且多数扩散氢可在焊后2 h内溢出,液压支架用Q690高强钢的焊接接头冷裂倾向小,在较苛刻的拘束条件和低温环境下焊接无冷裂纹的产生。采用合适的工艺控制措施,液压支架整体焊接应力和应变可控,后热对其影响有限。     

应力应变、疲劳与脆断、断裂力学

薄板焊接残余应力尺寸效应，管对接全位置焊应力应变场三维有限元数值分析，焊接残余应力求解的边界元数学模型，镍基单晶合金TLP焊接件破坏特性研究，电弧超声对Q235A的SMAW焊缝组织和性能的影响，压力钢管安装焊接过程的变形分析。[编者按]     

激光重熔低温相变合金喷焊层的组织与性能

采用等离子喷焊法,在Q235上熔敷自制的低温相变合金粉末,并进行激光重熔处理,研究了激光重熔处理对等离子喷焊层组织和性能的影响。结果表明:等离子喷焊层的组织均为马氏体和少量残余奥氏体,相变温度在200℃～室温,相变获得了约0.5%的膨胀应变,产生残余压缩应力,最大为-189 MPa;激光重熔处理可有效修复等离子喷焊层表面未熔颗粒、孔洞等缺陷,细化组织,促进马氏体相变,增大残余压缩应力,最大可达到-383.3 MPa。和基体材料相比较,等离子喷焊层的硬度增加约2.6倍,耐磨性能提高49.92倍;激光重熔后的硬度增加约3倍,耐磨性能提高约63.19倍。降低马氏体相变温度,可使熔敷金属获得残余压缩应力,提高了熔敷金属的硬度和耐磨性。     

超声冲击工艺参数对装甲铝合金焊接应力影响的有限元分析

利用有限元软件ABAQUS,建立了7A52铝合金焊后超声冲击的有限元模型,预测不同超声冲击工艺参数对7A52铝合金残余应力大小和分布的影响. 分析了超声冲击振幅、频率、静压力对焊接残余应力的影响规律. 旨在探讨超声冲击工艺参数对7A52铝合金焊接残余应力改善的影响因素. 计算结果表明,超声冲击振幅对残余应力场影响显著,频率次之,静压力对残余应力场影响最小;增大冲击振幅能够显著提高焊缝接头处的残余压应力值,且会增大压应力产生区域;增大超声冲击频率,会增加接头处残余压应力值,但增加的幅度有限;静压力对残余压力影响不明显. 用所建模型计算得到的数值结果规律与实测的残余应力值基本一致.     

超声复合焊接系统声场模拟及焊接电弧压力分析

提出了超声复合焊接空间中声场参数的分析方法,根据超声复合焊接特性构建了分析模型,利用COMSOL有限元分析软件模拟分析了声场参数随着发射端半径的变化情况,同时模拟分析了声场参数在不同电弧空间高度的变化规律.采用静态小孔法对不同焊接参数下稳定燃烧的直流U-TIG焊和普通TIG焊的电弧压力分布进行了测量.结果表明,U-TIG焊电弧压力峰值明显高于普通TIG焊,复合电弧能够提高焊接时熔池表面上方的电弧压力水平,但是随着电流增加,U-TIG焊和普通TIG焊电弧压力峰值的差值减小.分析认为大电流时,弧柱中心区域温度很高,电流密度很大,使TIG焊电弧压力峰值明显升高,而U-TIG焊电弧等离子流力受到气体流量的限制,电弧压力峰值增幅减小.     

超声冲击处理对7A52铝合金焊接应力影响的数值模拟

利用有限元软件ABAQUS,建立了7A52铝合金双丝MIG焊的热力耦合数值模型,得到焊接残余应力场;随后利用数值传递方法,对焊接接头处进行超声冲击处理,建立焊接和超声冲击处理耦合模型,得到冲击后的残余应力场,分析了冲击前后残余应力分布特点和大小,并且通过改变冲击针移动速度分析其对残余应力的影响规律.旨在探讨超声冲击对7A52铝合金焊接残余应力改善的影响.计算结果表明,超声冲击处理能够显著改善焊缝和热影响区的表面残余应力,且随着冲击移动速度的增加,得到的焊接接头处压应力值逐渐减小.     

等离子弧焊电弧的数值模拟

建立了等离子弧焊静止电弧的三维有限元数学模型,考虑等离子气、保护气的作用,利用ANSYS有限元分析软件对电弧的温度场、速度场、压力以及阳极工件表面的电流密度等进行了数值模拟,并与TIG焊进行了比较.结果表明,由于喷嘴的约束作用,等离子弧焊与TIG焊相比,电弧温度显著提高,焊接电流为150 A时电弧最高温度达到30 000 K.等离子弧焊的另一个显著特点是等离子体流速和电弧压力显著增大.通过计算马赫数、有效粘度和动力粘度之比,认为等离子体电弧处于层流不可压缩状态.     

Characterization of Mechanical Properties and Residual Stress in API 5L X80 Steel Welded Joints

The use of high-strength and low-alloy steels, high design factors and increasingly stringent safety requirements have increased the operating pressure levels and, consequently, the need for further studies to avoid and prevent premature pipe failure. To evaluate the possibility of improving productivity in manual arc welding of this type of steel, this work characterizes the mechanical properties and residual stresses in API 5L X80 steel welded joints using the SMAW and FCAW processes. The residual stresses were analyzed using x-ray diffraction with the sin² ψ method at the top and root of the welded joints in the longitudinal and transverse directions of the weld bead. The mechanical properties of the welded joints by both processes were characterized in terms of tensile strength, impact toughness and Vickers microhardness in the welded and shot peening conditions. A predominantly compressive residual stress was found, and shot peening increased the tensile strength and impact toughness in both welded joints.     

空心钨极TIG焊电弧特性数值模拟

建立了内径2 mm的空心钨极TIG焊电弧数值模型,用Fluent软件用户自定义函数(UDF)功能加载了氩气电导率、动量方程和能量方程的源项,计算了稳态下焊接电流为60 A时电弧的温度场、流场以及电弧压力,并与相同条件下实心钨极TIG焊电弧作了对比. 结果表明,空心钨极TIG焊电弧呈钟罩形,空心钨极圆环放电和钨极中心气流的冷却作用使得电弧温度分布云图顶部下凹;电弧等离子体在钨极下方运动速度较快,阳极表面电弧压力呈柱状分布,弧柱区空间压力分布比较均匀;与相同电流条件下TIG焊相比,空心钨极TIG焊电弧峰值温度降低17.3%,钨极下方2 mm位置处峰值温度降低27%,等离子体最大运动速度降低40%,电弧压力峰值降低57%,堆焊焊缝熔宽增加30%,熔深减小27.9%.     

16000 kN卧式双动挤压机活动横梁修理

挤压机活动横梁下部发生断裂并产生裂缝,丧失功能需进行修理。采用自制的、具有锁紧装置的液压顶紧装置将其复位后,在裂缝上面、下面和侧面分别采用二氧化碳气体保护焊和直流弧焊的方法进行焊接。采用焊前预热、焊中保温、焊后低温回火和每焊一层后振动打击的方法消除焊接应力。焊接修理后恢复了活动横梁的功能,经过几年的使用证明,满足压机的功能要求。     

Numerical simulation of temperature and fluid in GTAW-arc under changing process conditions

In this work, the heat and fluid flows in a free burning GTAW-arc under changing process conditions have been developed by a steady two-dimensional (2D) axisymmetric model. The temperature profiles, velocity profiles, distribution of potential and current density of the arc have been studied. A series of arc models are established by changing the welding process conditions, including welding current, flow rate of shielding gas, arc length and the kind of shielding gas. Governing equations, including heat and mass transfer equations, electromagnetic transport equations, are solved by finite volume method.     

超声波消除铝合金焊接残余应力的有限元数值模拟

利用有限元ANSYS软件模拟了超声波冲击铝合金焊接件过程,通过对比超声波冲击前后铝合金焊接件的残余应力分布情况,证明了超声波消除残余应力的有效性。