电子束深穿透焊接过程题孔动力学研究进展

综述了电子束焊接机理和匙孔动力学的研究成果。简要归纳了电子束深熔透过起始、焊接、衰减三个典型阶段焊缝溶深及成形变化特征。回顾了前人利用电子束焊接过程产生特有现象作为研究瞬态过程的依据,揭示了一些焊接瞬态特征以及提出的各种有关电子束深穿透焊接的物理模型。文章还进一步分析了电子束与金属相互作用过程中产生的内部信号如二次电子、X射线、可风光、红外线、特种声音等在研究中的不同作用和应用特点,同时也分析了X射线、红外线、超声波特加信号在动态过程研究中的特点和应用前景;对比了外加信号和熔池内部信号与题孔动力学研究方法的关系,并展望了电子束焊接机理和熔池动力学研究的方向。     

真空电子束深熔焊接匙孔前沿蒸发传热分析模型

根据真空电子束焊接过程匙孔深熔效应的特点,建立简化的圆柱形匙孔物理模型.考虑到匙孔前沿的强烈蒸发现象,提出一种基于传热学理论的匙孔前沿气固界面传热分析模型.通过模型分析了AZ系列镁合金材料的主要金属元素Mg,Al,Zn和Mn在匙孔前沿的蒸发效应,以及匙孔半径变化对匙孔前沿气固界面处4种金属元素温度变化的影响.结果表明,...     

电子束深熔焊匙孔的研究现状

综述了电子束深熔焊匙孔特性及行为研究的现状.简述了国内外研究者在电子束匙孔形成机理及匙孔行为数值模拟研究领域已取得的部分研究成果,并对电子束深熔焊匙孔的进一步研究工作做了展望.指出在电子束深熔焊匙孔行为数值模拟研究中考虑到金属蒸汽流的作用,对于进一步揭示电子束深熔焊机理和匙孔的形成过程及其特性,控制熔透质量具有重要的理论意义.     

电子束非穿透焊接匙孔行为数值模拟及气孔抑制方法

针对航空发动机常用非穿透焊锁底接头电子束深熔焊易出现气孔缺陷的现象,建立了一个可描述电子束焊接过程瞬态匙孔和熔池动力学的三维数学模型,对焊接过程进行了模拟。对比实验和模拟结果发现,电子束非穿透深熔焊接气孔产生的根本原因是匙孔不稳定塌陷形成空穴,空穴被凝固前沿捕获所致。对脉冲电子束焊接过程进行模拟发现,随着电子束脉冲频率增加,匙孔稳定状态增强,当频率达到1 000 Hz时,匙孔始终处于动态稳定的平衡状态,此时能有效控制焊缝气孔缺陷。该研究为指导电子束深熔焊接气孔缺陷抑制提供了理论依据。     

2219铝合金电子束焊接匙孔演变过程的数值模拟

文中主要借助Fluent软件,基于有限体积离散方法建立了2219铝合金电子束点焊熔池传热、流动和匙孔演变的二维耦合数学模型.在模型中,考虑了表面张力、Marangoni剪切力、流体静压力、金属蒸气反冲压力的作用,并采用VOF(volume of fluid)方法跟踪了匙孔的形成与演变过程.结果表明,反冲压力钻取和涡旋输运的综合作用是匙孔加深的根本原因;沿深度方向热源功率密度的降低会导致前者钻取速度的减小.铝合金的点焊工艺试验表明,数值计算结果与实际吻合较好.     

镁合金真空电子束焊接匙孔热效应数值模拟

分析了镁合金真空电子束焊接过程中的匙孔热效应特征,针对真空电子束焊接工艺建立了适用于镁合金焊接的复合热源模型.考虑到焊接过程中存在的高温金属蒸气等离子体及真空电子束焊接"匙孔"深熔效应特征,模型由高斯面热源和圆锥体热源复合而成,利用高斯面热源功率分配系数和圆锥体热源功率分配系数的不同取值,模拟电子束焊接的不同聚焦状态,并得到电子束聚焦状态与散焦状态下的焊接温度场变化,进而通过计算得到聚焦状态变化下的匙孔形状和焊缝成形.结果表明,模拟结果与其具有较好的一致性.     

表面张力对激光焊接熔池及匙孔的影响

基于FLUENT19.0软件,建立了激光焊接热-流耦合模型,对比分析了不同表面张力温度系数(为负值)对熔池流场的影响.结果表明,随着表面张力温度系数的减小,熔池后方顺时针漩涡的流动趋势逐渐减弱,甚至消失,而且焊接飞溅的数量增多.纵截面熔池长度逐渐增加,纵截面熔池流体最大流动速度逐渐增大,熔池横截面的面积逐渐减小.当表面张力温度系数为-2.5×10^-4 N/(m·K)时,熔池长度平均值为3.28 mm、熔池流体最大流动速度的平均值为2.89 m/s、熔池横截面面积的平均值为4.52 mm²;当表面张力温度系数为-3.5×10^-4 N/(m·K)时,熔池长度平均值为3.73 mm、熔池流体最大流动速度的平均值为3.53 m/s、熔池横截面面积的平均值为4.03 mm²;当表面张力温度系数为-4.9×10^-4 N/(m·K)时,熔池长度平均值为4.14 mm、熔池流体最大流动速度的平均值为4.09 m/s、熔池横截面面积的平均值为3.28 mm².     

激光深熔焊中匙孔形成过程的动态模拟

为了准确的模拟出激光深熔焊接中匙孔变化的动态过程,根据匙孔内激光的能量吸收机制,采用射线跟踪法产生热源,建立了激光深熔焊接过程中气、液、固三相统一的数学模型,并采用了VOF方法追踪自由液面,模型中考虑了表面张力、热浮力和反冲压力的作用,通过数值计算得到了匙孔变化的动态过程与相应的温度分布.结果表明,匙孔形成的主要驱动力是反冲压力,在加热初期,激光主要用来加热金属基体,随着激光辐照时间的增加,熔池表面温度急剧升高,金属进而汽化,产生匙孔.针对304不锈钢的工艺试验表明计算结果与实际相符合.     

双光束激光焊匙孔动态特征分析

文中研究了高功率单光束激光焊与双光束激光焊过程中匙孔动态特征的差别. 结果表明,单光束激光焊及双光束激光焊接过程中匙孔均处于从产生到湮灭的剧烈波动的过程,不同于单光束激光焊匙孔的形成、长大、维持、缩小、湮灭过程,双光束激光焊的匙孔还存在分离长大及合并缩小的过程;在相同的焊接参数及焊缝具有相同熔深的条件下,双光束激光焊匙孔的波动频率约为单光束激光焊的2/3,单光束激光焊匙孔的开口面积均值约为双光束激光焊匙孔开口面积的1/2,开口面积的波动变异系数约为单光束激光的2倍,即双光束激光焊过程中匙孔较单光束激光焊的具有较高稳定性.     

背反射增效激光焊接熔池匙孔相变及流场分析

建立了背反射增效激光焊焊接熔池流动中气相区、液相区和固相区的统一模型,在模型中考虑了等离子体/蒸气云和小孔吸收机制,综合了表面张力、热浮力和重力的作用. 基于数值计算得到了熔池的三相匙孔相变以及流场,重点分析了表面张力对熔池流动和传热的影响. 此外,通过钛合金薄板的背反射增效激光焊接试验对模型进行了验证. 结果表明,匙孔引发等离子体/蒸气云与背面垫板诱发羽辉的耦合作用,是X形焊缝熔池形貌形成的主要原因;同时,表面张力是形成背反射增效激光焊接熔池内“椭圆回流环”的主要驱动力.     

真空电子束深熔透焊接原理浅析

分析了真空电子束深熔透焊接机理,在电子束焊接能量分配传热模型的基础上,阐明了深熔透焊接的熔池流动行为和熔质密度分布情况,为燃气轮机压气机静叶环真空电子束焊接试验和实际生产提供了强有力的理论依据。     

Mathematical Delineation of the Thermophysical Process of Electron Beam Welding

Multiple factors and complicated coupling relationships exist in the weldment during EBW,in order to comprehend this process,a mathematical delineation method based on a main line was presented in this paper.Based on the main line,the complicated coupling relationships existing in EBW were reproduced by mathematical method.The calculational results were in well agreement with the experimental results.The mathematical delineation was an effective method to comprehend the features and essence of EBW.     

Study on the Electron Beam Welding Process of ZTC4 Titanium Alloy

主要探讨铸造TC4合金电子束焊接工艺。为了获得良好的铸造TC4合金电子束焊接接头,作者对焊缝形貌,微观组织和接头拉伸性能进行研究。结果表明:通过调节焊接电流和焊接速度可以获得电子束焊双面成型工艺,但是对于厚板却很难获得双面成形的焊缝形状,经X射线检测焊缝内部质量,能满足检验标准;铸造钛合金电子束焊接接头微观组织构成的母材由板条状α相和β相组成,焊缝区域由针状马氏体组成,热影响区由细针状马氏体、板条状α相和β相组成;铸造TC4电子束焊接接头拉伸性能与母材相当,因此可以通过改善母材的组织成分和显微组织来提高其焊接接头的拉伸强度。冲击试验表明应力集中系数对吸收功有很大的影响。     

电子束焊机束流的可编程设定

介绍了由Ｆ１系列ＰＣ及其模拟量单元组成的束流可编程控制系统，并给出了三种应用实例的编程方法。     

真空电子束焊CAPP系统的研究

采用面向对象编程技术开发实现了电子束焊接的工艺设计以及相关文档的编制、管理;以Oracle数据库为底层,建立了电子束焊接数据库,实现了电子束焊接工艺数据的存储和管理。系统确保了电子束焊接结构的质量和性能,缩短了确定焊接参数的周期,提高了工艺文档管理水平和效率。     

示教再现方法在真空电子束焊接时的应用

叙述了用于真空电子束圆形焊缝的自动跟踪系统的设计和试验过程。在真空电子束焊接航天器件的圆形焊缝时 ,由于工装等原因 ,出现电子枪回转中心与焊缝圆心不同心现象。使用本控制系统 ,用小束流电子束先对焊缝进行扫描 ,利用电子束在焊缝上和在工件上反射回来的二次电子数量不同而反映出焊缝的位置 ,并由计算机实时记录整个圆形焊缝各点与束斑间的偏差值 ,完成一个示教过程 ;然后由计算机处理与分析所获取的数据并存储 ;在焊接时利用处理后的偏差值在圆形焊缝相应位置不断修正电子枪的位置 ,从而达到电子束斑点与焊缝对中的目的     

焊接速度对TC18钛合金厚板电子束焊接接头疲劳性能的影响

采用电子束焊接的方法,实现了15mm TC18钛合金厚板的焊接。利用光学显微镜、扫描电镜及透射电子显微镜对接头的宏观形貌、显微组织及断口特征进行分析,并用电子万能试验机测试了接头的疲劳性能,研究了不同焊接速度(10 mm/s、20mm/s、30mm/s)对TC18钛合金厚板电子束焊接接头疲劳性能的影响。结果表明,焊缝熔合区主要由柱状的β相和针状的α马氏体相组成。随着焊接速度的增加,焊缝区上熔宽、中熔宽、下熔宽都呈明显减少,焊缝区晶粒细化,导致焊接接头疲劳性能增加。在Nf =107时,随焊接速度从10mm/s增加到30mm/s,焊缝疲劳极限提高近29%。接头疲劳试验断口可分为疲劳裂纹源区、裂纹扩展区和裂纹瞬断区三个典型区域,疲劳裂纹都起源于试件表面,随着焊接速度增大,瞬断区占的比例减小,疲劳性能增强。     

TC4钛合金的电子束焊

采用真空电子束焊接工艺焊接TC4钛合金，通过显微组织观察、显微硬度测试以及进行冲击试验，分析了焊接接头显微组织、性能以及焊缝中气孔的形成。结果表明：采用真空电子束焊焊接TC4合金时焊缝中有气孔产生．焊缝金属的硬度值比母材金属的高，但冲击值低于母材的；焊缝和热影响区中较粗大的原始β相一部分转变为过饱和的针状马氏体；焊缝中心有少量的针状α＇相，并形成了编织状α组织。     

Different Behavior in Electron Beam Welding of 18 Ni Co-free Maraging Steels

Microstructures of two different 18 Ni Co-free maraging specimens A and B and their electron beam (EB) weld joints were investigated comparatively by optical microscopy and scanning electron microscopy (SEM). It is shown that both of the steels are typical lath martensite; however, grain size of specimen A is about three times as large as that of specimen B. X-ray diffraction (XRD) reveals that the amount of the reverted austenitic phase in A is obviously less than that in B. Most of the austenite distributes in plate form along grain and lath boundaries while some of it distributes as fine particles within the matrix. The microstructural differences between the two specimens led to diverse behaviors in EB welding. The specimen A is weldable but B shows obvious welding defects of pits and burn-through holes in weld face. The welding microstructure exhibits a typical dendritic morphology, and the grains in the heat-affected zone recrystallized and grew because of high temperatures of welding EB. The weldablity of the examined materials is related to the microstructure characteristics that markedly affected thermal conduction performance.     

工艺参数对SiCp/101Al复合材料电子束焊接头的影响

以SiCp/101Al复合材料为研究对象,采用真空电子束焊接技术,研究在不同工艺参数条件下获得接头的组织与性能.通过拉伸试验,研究不同工艺参数对获得接头力学性能的影响;利用光学显微镜观察分析不同参数条件下接头区域的金相组织;采用透射电镜观察SiC-A1界面微观结构;利用扫描电镜观察接头断口形貌;利用X射线衍射仪测定接头焊缝区的相结构.结果表明,在保证试件完全焊透的情况下,降低电子束的线能量,可在一定程度上提高接头的强度;接头中的气孔主要形成于熔合线区域,快速焊接和电子束扫描可使气孔形成受到大大抑制;进一步的修饰焊有利于提高焊接接头的质量.