炸药覆盖层对爆炸焊接影响的数值模拟

为探究炸药覆盖层厚度对爆炸焊接的影响,采用ANSYS/LS-DYNA软件并结合SPH-FEM耦合算法,对不同覆层厚度下的爆炸焊接试验进行三维数值模拟.文中采用厚度为20 mm的Q235钢和厚度为2.5 mm的304不锈钢作为基板和复板.根据相应的材料参数理论计算了焊接过程中的动态参数,并以此建立爆炸焊接窗口.仿真结果表明,与无覆盖层爆炸焊接相比,覆盖层厚度为15 mm、 30 mm和45 mm时冲击速度分别提高了39.3%, 58.1%和68.8%,碰撞压力分别增大了41.0%, 65.6%和80.6%.仿真结果与试验结果基本一致.利用SPH法进行二维数值模拟,得到了装配炸药覆盖层时复板与基板的复合界面.仿真结果表明,复合板在覆层厚度为15 mm时具有良好的波形复合界面,且界面波形与试验金相分析结果较为吻合.     

基于不同算法的金属管棒爆炸焊接模拟

选取1060铝管/T2铜棒为爆炸复合棒制备材料,T2铜管/Q235钢管为爆炸复合管制备材料,利用ANSYS/LS-DYNA软件结合拉格朗日法、拉格朗日—欧拉耦合法(ALE法)及光滑粒子流体动力学—有限元耦合法(SPH-FEM耦合法)3种算法,对一次制备两组爆炸复合管棒的爆炸焊接试验进行数值模拟. 结果表明,拉格朗日法的前期建模最为简洁,ALE法其次;模拟过程中SPH-FEM耦合法耗时最多,ALE法耗时最短;3种算法所测得的碰撞速度与理论计算值存在0.9% ~ 5.3%的误差,其中SPH-EFM耦合法的误差最小,拉格朗日法的误差最大. 利用管材内部的能量累积原理解释了焊接过程中外部复合管出现的扩径情况,并结合T2铜管/Q235钢管复合界面的压力分布验证了所产生的现象.     

TA2/1060/5083数值模拟及试验

TA2与5083爆炸焊接界面易生成脆性金属间化合物、氧化物、连续熔化区等缺陷,焊接窗口狭窄,最佳焊接参数难以准确获得。本文重构了动态弯折角β和碰撞速度Vf的β-Vf模型,使用SPH-FEM耦合算法,首次运用Steinberg-Guinan材料本构模型进行了炸药厚度为10mm、15mm、20mm,复板厚度为1.5mm的TA2/1060/5083爆炸焊接数值模拟;并采用数值模拟获得的参数开展了爆炸焊接试验。数值模拟和试验结果高度吻合并一致表明：药厚10mm时,TA2/1060和1060/5083界面均呈优质平直状结合,药厚15mm时,1060/5083界面呈波状形貌结合,两种药厚条件下的钛-铝过渡界面均未检测到脆性金属间化合物缺陷生成;药厚20mm时,基复板材料发生破坏,不能实现复合。运用计算优化的参数成功制备了大面积TA2/1060/5083复合材料,本文为理化性能差异较大异种金属等爆炸复合问题提供了一种新的可靠算法。     

大型不锈钢/普碳钢厚板坯的爆炸焊接

为了满足爆炸复合-轧制一体化技术的产业化要求，该文成功地进行了不锈钢／普碳钢大型厚板坯(复板厚20mm)的爆炸复合试验。试验前，首先对爆炸复合参数进行了计算和优化设计。试验结果表明，计算参数比较准确地预示了不锈钢／普碳钢大型厚板坯的爆炸焊接窗口；同时也发现，装药面积和装药厚度对炸药爆轰速度有很大影响。试验所得到的数据为不锈钢／普碳钢大型厚板坯的爆炸复合产业化提供了依据。     

304不锈钢/Q235钢的多层爆炸焊接

为解决传统爆炸焊接中能量利用率和工作效率较低的问题,提出了一种多层爆炸焊接新方法.以五层爆炸焊接为例,304不锈钢板和Q235钢板分别作为复板和基板,进行了多层爆炸焊接和传统单层爆炸焊接的对比试验,并对爆炸焊接窗口和复板碰撞速度进行了理论计算. 结果表明,与传统爆炸焊接技术相比,五层爆炸焊接中可节省炸药量63%,并且五层爆炸焊接技术通过一次爆炸作业可获得五块焊接板,有利于提高爆炸焊接作业的工作效率. 此外,得到了304不锈钢和Q235钢的爆炸焊接窗口并对结合质量进行了预测,试验和预测结果吻合良好.     

1Crl8Ni9Ti／Q235钢板爆炸焊接合理间距的仿真研究

在异种金属爆炸焊接过程中,合理的基复板间距对保证焊接质量至关重要。本文用有限元软件ANSYS／LS—DYNA对爆炸焊接过程仿真研究。通过研究不同间距的模拟结果,得出当基复板间距0．6c时基复板单元碰撞速度已接近最大值,满足异种金属爆炸焊接的需要。该研究为不锈钢与碳钢复合板的爆炸焊接工艺参数的科学制定提供了依据。     

基于刻槽结构的复合杆爆炸焊接数值模拟

结合复合杆的结构特性，推导出考虑复管收缩产生塑性功影响的Gurney公式，并运用该公式对复管的碰撞速度进行计算，探究复管受冲击波驱动变形产生塑性功对碰撞速度的影响，并提出一种新型的刻槽式复管结构，通过该结构可以获得较好的焊接质量.通过理论计算与有限元分析结果表明，普通圆管形钢管在基杆与复管间隙为3.5 mm时，炸药爆炸驱动复管获得的动能被塑性变形全部抵消，其碰撞速度为0，理论计算与仿真结果一致性较好；而在同等条件下，所设计的刻槽式复管结构仿真结果表明，其碰撞速度可以达到667.85 m/s，碰撞角度为13.877°，满足焊接下限碰撞速度要求.基于此，二维微观仿真分析结果表明，结合界面处呈现出周期性波纹，并产生大量射流，在结合界面处温度超过两种金属的熔化温度，结合界面质量较好.     

基于SPH-FEM算法的爆炸焊接界面参数及波形生长机理研究

使用SPH-FEM耦合算法对钛-钢、钢-不锈钢、铜-钢、钛-铝4种常见爆炸复合组合进行了数值模拟,理论分析了材料JC强度方程和SG强度方程的适用应变率范围。探讨了爆炸焊接静态参数基复板厚度和动态参数碰撞速度、动态弯折角对界面温度和压力的影响,借助数值模拟手段研究了界面波形形貌,漩涡和少量飞溅熔化块的生长机理。结果表明,随着复板厚度和碰撞速度的增加,界面温度、压力和波形尺寸明显增加,动态弯折角和基板厚度的改变并不能影响界面温度,界面波形生长遵循着“主逆次顺”运动规律。     

用半圆柱法确定铜-钢爆炸焊接窗口及合理药量

本文利用半圆柱方法,比较简捷地给出了爆炸焊接参数的边界条件,通过试验确定了铜—钢爆炸焊接窗口的具体范围和合理药量。标出了不同焊接参数的界面结合强度、面积结合率,波形尺寸和熔化面积等主要指标,进而用能量的观点,建立了反映不同飞板厚度的真实、紧凑的焊接窗口。提出了建立焊接窗口的新方法。在此焊接窗口内同时表示了焊接初始参数和动力学参数的关系。通过爆炸焊接过程的闪光X射线摄影,测得了飞板弯折角。其数值与半圆柱试验测得的飞板弯折角基本上相一致。由X光照片图象测得的炸药爆轰侧向飞散角φ,估算了2~#岩石硝铵炸药的绝热指数K,并把它引进计算飞板速度的公式内,修正了Gurney方程。同时还给出了由半圆柱试验,X射线摄影试验和修正的Gurney方程得到的飞板速度Vp曲线。试验结果和分析表明,半圆柱法可以作为预测合理焊接参数的工具。     

爆炸消除中厚板焊接残余应力工艺数值模拟

在对焊接温度场和应力场进行间接耦合求解焊接残余应力的基础上,采用ANSYS 11.0及其LS-DYNA非线性显式动力分析代码软件,应用流固耦合算法模拟了爆炸冲击波与32 mm中厚板焊接接头的相互作用及其消除焊接残余应力的过程.结果表明,采用截面10 mm×10 mm的双条塑性炸药,以焊缝为中心沿长度方向并排布置,在爆炸...     

Study on numerical simulation of TA1-304 stainless steel explosive welding

In order to guide the explosive welding experiment of titanium-stainless steel, Three-dimensional numerical simulation of explosive welding, which select TA1 as flyer plate and 304 stainless steel as base plate, is carried out by using the LS-DYNA software and SPH-FEM coupling algorithm in the present study. The explosive welding window is calculated and established. It is found that the numerical simulation results are in good agreement with the experimental results. The displacement, velocity and pressure-time curves of characteristic elements show that the quality of explosive welding composites is superior. It is proved that SPH-FEM coupling algorithm is effective for explosive welding of TA1/304 stainless steel and can effectively guide the selection of explosive welding parameters.     

碳钢-不锈钢爆炸焊接复合板界面的显微结构

通过力学性能测定、SEM检测以及EDS线扫描分析,分别观察了焊态及退火态碳钢-不锈钢爆炸焊接复合板结合界面的显微结构,研究了爆炸焊接形成的波状界面和界面间的过渡层.结果表明,该碳钢-不锈钢复合板的结合界面属于大波状结合界面,这种大波状界面并未使复合板的力学性能出现明显的降低,在爆炸焊接形成结合界面处出现了微观熔化现象,形成了一个宽度仅5μm左右的扩散过渡层.     

基于SPH法的爆炸焊接边界效应二维数值模拟

为了揭示造成爆炸焊接边界效应的机理,文中借助LS-DYNA软件,采用无网格的SPH法分别对复板厚度为2 mm、基板厚度为16 mm的Q235/Q235、TA2/Q235、304不锈钢/Q235复合板进行爆炸焊接边界效应的二维数值模拟. 观察不同组模拟过程中的复板飞行姿态,复板撕裂均发生在与基板碰撞之前. 当基板保持一致,炸药分别为乳化炸药与膨化铵油混合炸药,复板为TA2时均比复板为Q235钢以及304不锈钢的撕裂尺寸更大;当基板、复板均为Q235钢,乳化炸药条件下比膨化铵油混合炸药条件下复板的撕裂尺寸更大. 结果表明,在复板、炸药变化的情况下,爆炸焊接的边界效应依旧存在,只是产生的边界效应的严重程度有所不同;复板极限抗拉强度越低或炸药爆轰速度越高,边界效应现象越严重.     

爆炸焊接研制核聚变用大厚度铜−不锈钢复合板

大厚度铜–不锈钢复合板是核聚变反应堆的重要部件,除了要满足复合率技术指标外,复合界面抗拉强度、抗剪强度和界面波形态也远远高于常规复合板材的要求,单纯依靠常规的技术工艺需要多次试验才能满足技术要求. 为了解决这个技术难题,基于爆炸焊接理论计算确定大厚度铜–不锈钢爆炸焊接窗口和合理的爆炸焊接工艺参数以确保复合板的质量. 结果表明,将理论分析、数值计算和爆炸焊接试验相结合可以作为爆炸复合材料的生产加工一种标准化的技术方法.     

激光电弧复合焊接顺序对304不锈钢T形接头影响的模拟试验分析

建立304不锈钢T形接头三维有限元模型,研究激光电弧复合焊接顺序对304不锈钢T形接头热变形及残余应力的影响. 采用高斯面热源加高斯锥形体热源组合的热源模型,模拟激光电弧复合热源,并通过304不锈钢激光电弧复合堆焊工艺试验验证数值模拟激光电弧复合焊接过程的可靠性. 结果表明,焊缝截面熔池形貌的数值仿真结果与焊接工艺试验结果吻合较好,该热源模型能有效模拟激光电弧两种热源的复合作用. 确定多种焊接顺序方案,分析不同焊接顺序下T形接头温度场、残余应力和热变形情况,激光电弧复合焊接顺序对T形接头残余应力及热变形均有影响,通过对比不同顺序下残余应力值及热变形量发现,顺序焊接能有效减小焊接残余应力,同时反向焊接产生的热变形量最小. 综合分析,不锈钢T形接头顺序反向焊接的效果最佳.     

不锈钢/碳钢TIG焊熔池表面流动行为

为研究异种钢在钨极惰性气体保护焊过程中的熔池表面流动行为,以粒子示踪法为基础,通过激光熔池表面反射的方法,对304不锈钢/Q235碳钢、316L不锈钢/Q235碳钢焊接过程中熔池表面液态金属的流动行为进行了研究,分析了熔池表面示踪粒子的运动趋势,并以此为依据计算了熔池表面液态金属的流动速度.结果表明,在不锈钢/碳钢的TIG焊过程中,熔池表面的液态金属存在从不锈钢侧流向碳钢侧的流动行为.其中,示踪粒子在304不锈钢/Q235碳钢的焊接熔池表面平均流动速度约为25.3 mm/s,在316L不锈钢/Q235碳钢的焊接熔池表面平均流动速度约为21.6 mm/s.     

薄板不锈钢旁路分流双面电弧高速焊接工艺分析

针对薄板不锈钢传统焊接方法焊接效率低、焊接缺陷多等问题,提出一种薄板不锈钢旁路分流双面电弧高速焊接方法。采用正面MIG-TIG背面TIG的双面焊接工艺,对船用2 mm厚的304不锈钢板进行焊接工艺机理研究。针对焊接效率提升问题,进行试验验证,对焊接过程中不同焊接速度和旁路电流对焊接质量的影响进行对比分析,并进行宏观组织和微观组织观察,通过拉伸试验验证焊缝接头力学性能的可靠性。结果表明,在施加旁路的情况下,正面旁路有效减小了母材的热输入,提升了焊接效率,并使焊缝热影响区组织得到较好的控制,达到细化晶粒的效果,从而减少焊缝咬边、塌陷等缺陷。 创新点：(1)提出旁路分流双面电弧焊接工艺方法,对焊接过程中的热输入进行有效控制。 (2)不锈钢薄板对接焊丝熔覆效率得到大幅度提升,有效解决焊接过程填丝效率低的问题。 (3)焊接过程中焊缝热影响区组织和性能得到较好的控制。