铝/钛/钢爆炸复合板性能研究

通过试验加工了船用铝/钛/钢(5083/1060/TAl/CCS-B)爆炸焊接复合板,并对其结合质量、力学性能及界面形态进行了研究.结果表明,将纯铝板1060和钛板TA1作为中间过渡层后,复合板的结合质量良好,且铝/钛界面的剪切强度达到85 MPa以上,其力学性能也均达到了相应标准;钛/钢界面呈规则的正弦波形,产生了较明显的塑性变形;铝/钛界面比较平直,波长较大,波幅较小.     

相控阵技术在爆炸焊接钛/钢复合板检测中的应用

国内某化工项目使用爆炸焊接钛/钢复合板,除了对结合性能有高于标准要求的指标外,对界面结合的均匀性也提出要求。目前,对界面结合均匀性的判定采用常规的超声脉冲回波法难以实现,采用常规超声C扫检测速度较慢,无法满足大批量的生产进度要求。国内首次将相控阵技术应用到爆炸焊接层状金属复合板产品检测和验收中。相控阵检测通过电子扫查技术,大大提升了检测效率,同时结合C扫描像,使得爆炸焊接钛/钢复合板界面波纹的辨别与判定分析变得清晰直观,并与结合性能有一定的对应关系。     

爆炸焊接装药方式对钛/钢复合板组织及性能的影响

分别采用等厚度装药及分段装药两种不同的装药方式制备了钛/钢复合板,研究了金属复合板在爆炸焊接过程中爆炸压力分布及覆层金属变形规律,并对所制备的Gr1/Gr70爆炸复合板结合界面的微观组织特征和力学性能进行了分析。结果表明,采用分段装药工艺所制备的大面积钛/钢复合板界面无分层、夹杂等缺陷,且各项力学性能均符合ASTM B898—2005标准,能够满足装备的使用要求。     

钛/铝复合板爆炸焊接技术研究进展

通过爆炸焊接技术制备的钛/铝复合板可兼具钛合金耐腐蚀性和铝合金低成本的优点。对钛/铝复合板爆炸焊接技术的研究进展进行介绍,论述了炸药种类、质量比R、基覆板间距及爆炸焊接窗口等主要工艺参数对钛/铝复合板组织和性能的影响;分析了影响钛/铝复合板结合界面的主要因素——金属间化合物种类、扩散层和界面波形;对钛/铝复合板硬度、抗剪切强度、抗拉强度及拉伸断口的研究进行了汇总分析。最后,指出了钛/铝复合板爆炸焊接工艺研究的重点发展方向。     

钛—钢复合板钛复层的焊接技术

自从60年代中期钛-钢复合板出现以来,已大量应用于石化、冶金、医药、制盐等部门。由于钛、钢互熔问题尚未解决,故给钛-钢复合板的焊接带来了许多困难。目前钛-钢复合板的焊接工艺普遍采用钛复层和钢基层进行焊接,而复合层之间互不熔合。钢基层的焊     

爆炸焊接过程中复板运动位移的数值模拟

采用非线性动力有限元法建立了复合板在爆炸焊接过程中的有限元计算模型,对复合板运动状态进行了模拟和分析.利用有限元软件的网格划分功能建立了5/41mill×3850min×6650mm钛/钢复合板模型,实现了对复板运动过程的三维有限元模拟.实验研究了不同间隙条件下复板运动过程的位移云图,并通过对实验结果进行比较与分析后,确定当间隙高度为8min时,爆炸焊接后复板上各点的最终位移都达到了8mm,复合板结合率为100%.该研究为大面积钛钢复合板的爆炸焊接工艺参数的制定提供了依据.     

钛／钢爆炸焊接界面区形变特征研究

详细观察了钛／钢爆炸焊接界面区内的变形组织特征,研究了复合板的钢侧塑性变形层和钛侧绝热剪切线与焊接工艺参数的关系。结果表明,过大或过小的变形层都将导致界面区内产生有害缺陷。合理的变形层宽度应控制在５０μｍ￣２００μｍ之间,绝热剪切线长度不宜超过１０００μｍ。     

钛/钢爆炸复合板界面波幅比与剪切强度关系研究

针对在不同爆炸复合工艺条件下生产的钛/钢复合板,通过在显微镜下观察其结合界面形态,测量其结合界面的波幅和波长,进行了波幅比的计算;同时,将界面波幅比与剪切强度进行分析对比,从而找出特定规格的钛/钢复合板界面波幅比与界面剪切强度的对应关系,为生产中钛/钢复合工艺优化提供参考依据.     

平板金属爆炸焊接过程数值模拟

利用大型有限元软件ANSYS/LS-DYNA对平板金属爆炸焊接过程进行了数值模拟,获得了爆炸焊接过程中形成的射流及波形,模拟结果与试验结果表现出良好的一致性.数值模拟结果证明,数值模型较准确的反映了爆炸焊接射流和波形的形成过程.同时,输出特征点压力和速度—时间曲线可显示出起爆近点压力小于起爆远点压力.在相同药层厚度条件下,起爆近点爆炸复合能量不足,易出现雷管区边界效应,影响焊接质量.此外,通过数值计算碰撞点压力与速度分布,并与理论计算结果进行了比较,说明数值计算值与理论计算值误差不超过5%,可有效指导爆炸焊接参数的选择.     

镁/铝爆炸复合板轧制过程的热力耦合数值模拟

镁/铝叠层复合板作为一种新型的叠层复合材料,利用爆炸+轧制的工艺方法生产镁/铝叠层复合板能够充分发挥镁合金和铝合金的性能优势。应用ABAQUS有限元分析软件对镁/铝爆炸复合板在不同热轧工艺下的热轧过程进行模拟,分析了轧制过程中温度、压下率对复合板宽展、等效应变及翘曲程度的影响。模拟结果表明:复合板宽展随温度的升高而略微降低,随轧制压下率的增大而增大;轧制过程中金属主要沿轧制方向进行流动,最大宽展率为3.5%;从复合板头部到尾部,节点的等效应力先升高、再维持水平、最后下降,界面最大等效应变随压下率的增加由0.164增大至0.523;轧制过程中,界面处金属温度高于两侧金属温度,轧制结束后温度由350℃降至237℃;轧制温度为350℃、轧制压下率为30%时,轧制效果最好。     

R60702/TAI/16MnIII复合板爆炸焊接数值模拟与试验

随着爆炸焊接技术的发展,锆−钢复合板作为一种特殊的耐蚀复合材料,结合了锆优良的耐蚀性能和钢的高强度的优点,在工业中的需求量也逐步增加. 以爆炸焊接理论为基础,采用数值模拟和试验分析相结合的方法,在ANSYS/LS-DYNA软件中模拟R60702/TAI/16MnIII复合板不同间隙值组合下爆炸焊接的动态过程. 分析间隙值对整个R60702/TAI/16MnIII复合板爆炸焊接成形的影响. 结果表明,当锆−钛间距/钛−钢间距取值为12/6 mm时,可以实现良好焊接. 对试验焊接后R60702/TAI/16MnIII复合板上不同位置处的试样进行扫描电镜分析,观察复合板界面的结合状况,为选择更合适的工艺条件提供数据支撑,有利于指导生产实践.     

不锈钢/普碳钢双面爆炸复合的数值模拟

为了提高能量的利用率,使用双面爆炸焊接装置可以一次性得到两块复合板. 借助LS-DYNA软件与光滑粒子流体动力学,采用SPH-FEM耦合算法,选取厚度为3 mm的304不锈钢、16 mm的Q235钢和乳化炸药,对不锈钢/普碳钢的双面爆炸焊接试验做了三维数值模拟,计算并建立了爆炸焊接窗口. 对模拟过程中的复板竖向位移、碰撞压力和碰撞速度进行了分析,并将模拟得到的结果与试验结果进行了比较. 模拟结果表明,7 mm药厚下复合质量较好,而10 mm药厚下可能会由于碰撞能量过大导致焊接失效,模拟与试验结果一致性较好. 引入了Gurney公式对试验结果进行预测,计算结果显示:Gurney公式的预测结果与试验结果吻合较好,表明了SPH-FEM耦合算法与Gurney公式用于不锈钢/普碳钢双面爆炸焊接的有效性.     

铝/钛复合管爆炸焊接三维数值模拟

复合管爆炸焊接在工艺上的差异性决定了其焊接过程与复合板焊接过程不同,而复合管爆炸焊接作用空间的相对密闭导致观察和分析其焊接过程的困难,通过软件AUTODYN模拟出了复合管爆炸焊接过程,在验证模型正确有效的基础上,分析了复合管射流产生以及结合界面波形结构的独特性,发现射流产生波状结合满足侵彻机理假说.对比爆炸焊接试验结果表明,模拟结果与试验结果具有良好的一致性,这为研究复合管波形结构以及射流形成机理等提供了重要手段.     

Invar钢多层摆动焊接过程的数值模拟

以19.05 mm厚Invar钢板作为研究对象,通过研究Invar钢的多层摆动焊接,得到多层摆动MIG焊焊缝。利用建模软件建立和实际焊缝一致的有限元模型并进行分析计算,得出焊接过程中温度场的变化过程,对瞬时温度场和焊接热循环曲线进行分析,得出焊接过程中试样整体温度场的变化过程。结果表明,焊接时间越长,焊接速度越慢,熔池尺寸越大;热循环曲线的斜率代表该点温度变化的速率,斜率越大,温度变化速率越快,相对的,热循环曲线随着热源靠近发生剧烈地变化,远离热源变化平缓;直线焊接的热循环曲线为一条平滑的曲线,摆动焊接的热循环曲线为一系列均匀摆动的折线,折线摆动的频率与焊枪摆动的频率一致。     

方管结晶器爆炸成形过程数值模拟

对方管结晶器爆炸成形过程进行了实验研究并运用ANSYS软件中的LS-DYNA模块对成形过程进行了数值模拟,数值模拟结果与实验结果基本一致;在应用ANSYS/LS-DYNA软件对金属爆炸成形过程进行数值模拟时,对爆炸载荷的作用形式进行适当、合理的简化,并不改变基本结论;根据数值模拟结果获得了方管结晶器爆炸成形时的理论布药结构,当圆角部位药层厚度为直边部位药层厚度的1.75倍时可以获得最佳成形效果。     

不锈钢/铝(合金)/不锈钢多层复合板的冲压成型性能

通过实验测量了不锈钢／铝合金／不锈钢三层复合板和不锈钢／铝／铝合金／铝／不锈钢五层复合板的各项成型性能指标，并采用刚一塑性有限元方法对这2种复合板在有压边力条件下的冲压成型过程进行了计算模拟分析，获得了各组元金属的变形规律以及等效应力、应变分布图。分析结果证明：五层复合板的冲压成型性能要优于三层复合板。     

中厚板弯曲过程中减薄量的数值模拟

对3种材质的铝合金中厚板在一系列条件下进行了弯曲实验,并对实验过程进行了有限元数值模拟分析,弯曲减薄量的模拟结果与实验数据吻合良好,各试样减薄率约0.5%～4.5%不等.通过模拟获得了板料弯曲过程中的瞬态应力场分布,能够从中了解应力中性层的移动规律.结果表明,有限元数值模拟能够对中厚板弯曲过程的理论研究和工艺编排起到一定帮助和指导作用.     

中厚钢板回温轧制温度场的数值模拟和试验

采用有限元模型,对中厚钢板回温轧制(TRRP,Temperature-Reverting Rolling Process)工艺时的温度场进行了数值模拟,分析水流密度对表层超细晶形成的影响,并在实验室对回温轧制获得的钢板性能进行了评价。结果表明,试验钢获得超细晶的临界冷却温度为580℃;给定回温温度时,随着水流密度增加,冷却时间降低,钢板表层冷却到临界温度以下的厚度增加;与传统TMCP(Thermo-Mechanical Control Process)工艺相比,TRRP工艺下精轧时,钢板内部温度更高,意味着大压下量轧制更容易进行。在实验室进行的TRRP轧制试验,得到了表层超细晶钢,提高了力学性能。