局部干法水下焊接电弧预热技术

针对局部干法水下焊接接头硬度过高等问题,根据固定式排水罩的特点,提出利用电弧进行预热的方法来改善局部干法水下焊接质量,阐明了预热垫板的设计安装和水下电弧预热的操作方式,并对水下电弧预热的可行性进行了试验验证. 通过焊接接头的工艺试验,对比焊前预热和未预热条件下所得焊接接头的综合力学性能. 结果表明,增加水下焊接预热功能后,焊接接头热影响区的最大硬度明显降低,冲击吸收功明显增加,有效改善了水下焊接接头的综合力学性能.     

水下局部干法焊接中的预热技术研究

针对目前水下局部干法焊接接头淬硬组织多、硬度偏高等问题,本文研究了水下局部干法焊接预热以及后热缓冷的方法,并且针对于各种方法进行了预热温度的计算机仿真模拟。结果表明:电磁感应预热与电弧预热是水下局部干法焊接可以选择的预热方法。Ansys模拟结果表明:在最苛刻的冷却条件下(被焊管道外壁没有任何保温层,且管道内部为水),对于电磁感应预热来说,加热功率为10 k W时,预热温度可以达到89.9℃,完全满足我们的预热要求。并且在工件外表面加一层保温层对减缓焊接热量流失的效果是很好的。对于电弧预热来说,电弧燃烧4 min可以使预热温度达到60℃左右,加保温层后可以达到70℃左右。完全可以将排水罩内的环境烘干,并且将焊枪头部的水烘干。而针对于水下用中频高压电带来的安全问题,本文提出了一种"人电分离"的电磁感应预热模式,后续可以深入研究。     

水下局部干法焊接预热技术及专用排水罩的研制

研制开发了一种带有预热功能的水下局部干法焊接专用排水罩. 该排水罩具有水下预热功能,适用于水下局部干法药芯焊丝半自动焊工艺,预热温度可达60～80℃. 排水罩内设计有一块覆盖于坡口周围的预热钢板,正式焊接前首先在该板上进行预热焊接,通过热传导来实现对焊接坡口的预热作用. 使用该排水罩在水池中进行了模拟焊接试验. 结果表明,焊接接头质量达到AWS D3.6M:2010规定的A级焊缝的各项性能要求. 与其它水下焊接方法的试验结果对比发现,采用所研制的带预热功能的固定式排水罩进行水下局部干法焊接时接头的最大硬度显著降低,韧性也有明显提高.     

35CrMoA钢焊接接头热影响区组织及性能研究

用自动TIG焊在不同的焊接工艺条件下对35CrMoA钢进行焊接,并利用光学显微镜分析了焊接接头热影响区金属的显微组织,测试了焊接接头热影响区的显微硬度。结果表明,如焊前不预热,焊后不保温缓冷,焊接接头热影响区组织较粗大,得到较多的马氏体组织,硬度较高,热影响区的冲击韧性较差;焊前预热,焊后保温缓冷,并采用较小的焊接电流(100A),焊接接头热影响区组织细小,分布均匀,硬度分布合理,热影响区冲击韧性较好。     

不同环境压力下X65管线钢焊接接头的组织及硬度

对API X65管线钢进行模拟高压干法水下焊接,对不同环境压力条件下(0.1,0.3,0.5,0.7 MPa)焊接接头的显微组织及硬度进行测试,分析环境压力对焊接接头组织和性能的影响。结果表明:X65管线钢的组织由铁素体、珠光体和上贝氏体组成。不同环境压力下焊缝的显微组织均为铁素体、珠光体和少量的碳化物;热影响区的组织均为针状铁素体和少量的珠光体。热影响区熔合线附近的硬度较高,远离融合线处硬度降低,并逐渐接近母材金属的硬度。环境压力对焊接接头的显微组织及硬度的影响不大。     

基于ANSYS的水下局部干法焊接过程温度场分析

以Q235中厚板T型坡口焊接为例,借助ANSYS软件平台实现了APDL参数化编程,采用有效措施力求分析的准确性和有效性,对水下局部干法焊接和冷却温度变化动态过程进行模拟分析,得到水下局部干法焊接试件温度场的变化情况和分布规律.水下试验的成本高,周期长,通过模拟分析节约了试验费用,节省了试验周期,为焊接应力应变的准确分析奠定了基础,同时对水下局部干法焊接工艺具有重要的指导意义.     

S275NL钢焊接接头热影响区显微组织分析

用自动TIG焊在不同的焊接工艺条件下对S275NL低合金高强钢进行焊接。利用光学显微镜分析了焊接接头热影响区(粗晶区)金属的显微组织;测试了焊接接头热影响区的显微硬度。结果表明,如焊前不预热,焊后不保温缓冷,焊接接头热影响区(粗晶区)的组织比较粗大,硬度较高,不利于提高热影响区的冲击韧度;焊前进行150℃左右预热,焊后保温缓冷,且采用合适的焊接热输入(2.31 k J/cm),焊接接头热影响区(粗晶区)组织细小,分布均匀,且为等轴晶,硬度分布合理,有利于提高热影响区的冲击韧度;在不同焊接条件下,S275NL钢焊接热影响区均存在硬化现象。     

水下局部干法T型坡口焊接过程的有限元分析

水下焊接温度场分布直接影响焊缝的质量.本研究以Q235-A中厚板T型坡口焊接为例,借助ANSYS软件平台,采用有效措施力求分析的准确性和有效性,对水下局部干法焊接和冷却过程进行三维动态模拟分析,并实现了APDL参数化编程,得到了水下局部干法焊接试件温度场和应力应变场的变化情况及分布规律.     

核电厂定位销局部干法水下TIG焊接工艺

以核电厂定位销水下焊接为研究对象,研制双层气体保护的局部干法水下TIG旋转焊枪,运动轨迹通过直流电机带动钨极绕固定直径转动实现.对核级材料Z2CN19-10控氮奥氏体不锈钢进行焊接,研究局部干法水下TIG焊接焊缝成形,优化工艺参数,结合热循环曲线及电弧形态,分析焊接接头显微组织及力学性能.结果表明,当焊枪的内层和外层保护气均通氩气时,焊缝成形良好,电弧形态稳定;增大焊接电流或减小焊接速度均使焊缝熔深增大,熔宽增大;对比水下焊接接头和陆上焊接接头发现,水的快速冷却作用会促使熔合线附近的铁素体的形态由树枝状转变为板条状,奥氏体含量减少,焊缝中心晶粒细化;水下焊接接头的显微硬度和力学性能略高于陆上焊接接头.     

DH36钢水下摩擦叠焊接头组织性能分析

采用天津大学自主研制的摩擦叠焊设备进行了DH36钢水下摩擦叠焊试验,对摩擦叠焊接头进行了显微组织观察和硬度测试,对比分析了不同焊接压力和不同焊接环境(水下和空气)下接头不同位置的拉伸性能. 结果表明,水下摩擦叠焊接头不同部位显微组织与硬度均存在较大差异,焊缝区组织以板条马氏体和条状及粒状贝氏体为主,硬度最高值为489.3 HV10,焊缝上部区域硬度值略高于下部,中间单元焊缝(后焊)硬度值整体上高于两侧单元焊缝(先焊);焊接压力增加能一定程度改善接头连接质量;空气中焊接的试件平均抗拉强度高于水中焊接接头.     

局部干法水下激光焊接装置研制及工艺试验

针对核电站乏池边角位置的水下修复需求,研制了一套局部干法水下激光焊接装置,可在实现常规水下平焊位置焊接的同时,重点兼顾角焊缝的局部干法水下焊接作业需求。同时,该装置还具备水下焊接位置的照明、焊接环境和焊接过程的实时监控、焊接区域的温湿度监测等功能。采用研制的局部干法水下焊接装置,对核电站乏池常用的304不锈钢材料进行了水下焊接工艺试验,结果表明：水下焊接焊缝的成形良好,水下焊缝的宏观形貌、截面形貌和金相组织与空气环境成形焊缝无显著差异。     

保温时间对添加中间层的钢/Mg焊接接头显微组织和性能的影响

通过添加Cu箔中间层,采用两次焊接法连接不锈钢和镁合金,并对其焊接接头的剪切强度、显微硬度、显微组织进行了测试分析。结果表明,不锈钢-铜-镁扩散连接接头界面连接良好;焊接接头剪切强度随保温时间的增加先增加后减小,最大值达到45.2 MPa;金属间化合物显微硬度高于两侧Mg合金和Cu箔;随着保温时间的增加,金属间化合物层厚度增加。     

排水罩风场特征及其对焊接电弧影响的数值模拟

水下焊接技术在水下工程建设和修复方面具有大量的应用需求. 在水下焊接方法中,局部干法焊接采用排水罩将焊接区域的水排开进行焊接,接头质量较好,易于实现水下自动化焊接. 然而,局部干法焊接时需要在排水罩内通入高压空气将水排开. 为了研究高压气体在排水罩内形成的风场结构及其对焊接过程和电弧特性的影响,文中采用数值模拟的方法,对排水罩内的湍流气体进行了模拟. 并研究了排水罩内侧向风场对电弧等离子体的温度场、速度场、压力场的影响规律. 发现侧向风场对弧柱中心区以外部分的影响较大,弧柱的吹偏角度与侧向风速基本上呈线性关系. 最后进行了焊接试验,采用高速相机拍摄电弧在不同侧向风速下的形态,发现其实际变化与模拟结果基本一致.     

X80管线钢水下湿法多道焊残余应力分析

采用不同焊接电流对X80管线钢板进行水下湿法焊接,同时利用175 A电流下陆地焊接试验进行对比,获得了焊接电流对水下湿法焊接接头的显微组织、硬度分布、温度场和残余应力分布的影响规律.结果表明,相同的电流条件下,水下焊接接头的显微组织类型和构成与陆上焊接接头不同,焊缝的显微组织主要为先共析铁素体、粒状贝氏体、条状贝氏体和针状铁素体,粗晶热影响区的显微组织主要为条状贝氏体和少量粒状贝氏体;水下湿法焊接接头比陆地焊接接头具有更高的硬度、冷却速度和残余应力水平.水下湿法焊接接头具有较高的残余应力水平,175～205 A范围内,随着焊接电流增加,焊缝中侧板条铁素体和针状铁素体数量有所增加,焊接接头最高硬度、等效残余应力峰值和纵向残余应力峰值略有下降.     

预热温度对10Cr9Mo1VNbN钢接头组织和性能的影响

通过对不同预热温度下E9015-B9焊条焊接10Cr9Mo1VNbN钢焊接接头的组织和硬度分布进行分析,并通过插销试验测试了10Cr9Mo1VNbN钢焊接接头的冷裂纹倾向。结果表明:室温下HAZ组织为马氏体+残余奥氏体,焊缝区组织为马氏体+铁素体;预热到100℃时,HAZ组织为回火马氏体+少量贝氏体,焊缝区组织为回火马氏体+铁素体+少量贝氏体;预热到150℃时,HAZ为回火马氏体+贝氏体,焊缝区组织为马氏体+铁素体+贝氏体;焊接接头的硬度呈马鞍形变化趋势,HAZ硬度最高,母材区硬度最低;随着预热温度的升高,焊接接头的硬度整体呈现下降趋势;焊接接头的临界断裂应力随预热温度的提高而增大,在室温和100℃下插销试验的临界断裂应力较小,10Cr9Mo1VNbN钢的冷裂纹倾向较大,预热150℃时,焊接接头临界断裂应力明显提高,高达667 MPa。     

水下湿法自保护药芯焊丝

开发了一种新型水下湿法自保护药芯焊丝,采用模拟压力舱以及自动焊接系统,在30米模拟水深的条件下进行了焊接试验,焊接结果表明焊接过程稳定,成形良好.按照美国焊接协会水下焊接标准（ANSI/AWS D3.6 1999）对获得的焊接接头的抗拉性能、弯曲性能、硬度以及冲击韧性等进行了研究.拉伸试验试件断裂位置位于母材区,弯曲试验试件弯曲180°没有发生断裂,并无明显裂纹产生,0℃冲击韧性达到30.25J/cm2.研究结果表明,自主研发的水下湿法自保护药芯焊丝可满足CCSE36等级钢的水下30米水深的焊接性能要求.     

复合热源铝钢耗材摩擦焊接头组织性能研究

采用耗材摩擦焊实现了2A12铝合金耗材对Q235低碳钢基板的堆焊。结果表明,基板预热可以改善接头界面质量,得到表面成形良好、内部无缺陷的焊接接头。在热-机作用下堆焊层金属发生了动态再结晶,晶粒得到细化,结合面钢侧晶粒随耗材发生了扭转;Fe元素与Al元素发生了扩散,且在预热状态下其扩散范围大于未预热状态。堆焊层硬度低于耗材硬度,且堆焊层预热条件下硬度小于未预热状态,耗材处硬度分布为母材大于摩擦碾压区大于热影响区。     

复合热源铝钢耗材摩擦焊接头组织性能研究北大核心

采用耗材摩擦焊实现了2A12铝合金耗材对Q235低碳钢基板的堆焊。结果表明,基板预热可以改善接头界面质量,得到表面成形良好、内部无缺陷的焊接接头。在热-机作用下堆焊层金属发生了动态再结晶,晶粒得到细化,结合面钢侧晶粒随耗材发生了扭转;Fe元素与Al元素发生了扩散,且在预热状态下其扩散范围大于未预热状态。堆焊层硬度低于耗材硬度,且堆焊层预热条件下硬度小于未预热状态,耗材处硬度分布为母材大于摩擦碾压区大于热影响区。     

B^＋级（ZG25MnCrNi）铸钢件缺陷常温焊补工艺试验研究

车辆转向架B 级(ZG25MnCrNi)铸钢容易在生产中产生裂纹、缩松与缩孔、夹砂等铸造缺陷.针对缺陷的状况,采用模拟大铸钢件的裂纹和缩松与缩孔两种方法,在室温进行了焊补工艺试验研究.测定了焊补接头的硬度分布,观察了相应部位的金相组织.得出:采用不预热焊补模拟裂纹缺陷,在接头近表面HAZ区容易出现淬硬的马氏体组织,硬度值高,由于多道多层焊道的相互热影响,硬度降低,组织一般为铁素体和贝氏体组织;而不预热焊补模拟缩松与缩孔等缺陷,硬度值不高.因此,裂纹焊补时应该采用预热和保温缓冷,缩松与缩孔等缺陷焊补时不预热.     

Cu作中间层的汽车用铝合金/钢焊接研究

采用Cu中间层对铝合金和不锈钢进行真空扩散焊接。采用万能试验机和显微硬度计测试焊接接头力学性能,采用SEM、EDS对焊接接头的显微结构和元素分布进行了分析。结果表明,铝合金/Cu/不锈钢焊接接头剪切强度随保温时间的增加先增加后减小,保温时间为60 min时剪切强度达到最大值60.2 MPa。其焊缝由靠近铝侧反应层和靠近钢侧反应层组成,焊缝处显微硬度高于两侧基体。