TiNb钢焊接热影响区微观组织与冲击性能演变规律

利用热模拟技术研究了焊接热循环参数对高热输入焊接用TiNb钢焊接热影响区粗晶区的组织及冲击韧性的影响规律. 结果表明,TiNb钢焊接热循环峰值温度升高,珠光体和铁素体的含量明显减少,贝氏体的含量增多,贝氏体板条组织明显粗化,导致冲击韧性下降;高温停留时间延长,贝氏体和珠光体含量大幅降低,多边形铁素体含量增加,高温停留时间为10 s以上时,多边形铁素体组织粗化严重,冲击韧性急剧降低. 在合适的冷却时间条件下,以晶粒细小的针状铁素体组织为主,冲击韧性达到最大值. 较低的热循环峰值温度、较短的高温停留时间和合适的冷却时间,可以获得晶粒细小的铁素体组织,从而可以显著提高热影响粗晶区的冲击韧性.     

不同参数下振动焊接最高温度回归分析

设计不同振动焊接参数下平板表面堆焊试验,研究焊接热输入、振动加速度对焊接最高温度的影响,并运用多元非线性回归方法建立焊接最高温度预测模型.结果表明,在较大焊接热输入时,最高温度随着振动加速度的增加而提高;而在较小焊接热输入和中等焊接热输入时,熔池温度随振动加速度的增加有一个先增加后降低的过程.通过相关性检验、线性回归的显著性检验以及回归系数的显著性检验,证明模型可行.同时分析了与振动加速度相关的系数和测点到焊缝中心距离的关系,认为振动加速度对熔池中心温度的影响最为显著.     

镁合金TIG焊过程热输入对接头组织的影响

以AZ31镁合金为研究对象,分析了不同焊接热输入对TIG焊接头微观组织的影响.结果表明,当热输入较大时,熔池液态金属的高温停留时间过长,冷却速度慢,焊接接头的过热问题较为严重,从而造成焊缝金属的组织晶粒长大,热影响区的宽度明显变大;而热影响区的粗大晶粒,降低了接头的性能,是接头断裂的危险区.     

TiNbV微合金钢焊接接头HAZ晶粒长大及相变原位观察

采用激光共聚焦显微镜原位观察方法，研究了大热输入用TiNbV微合金钢在模拟焊接热循环作用下焊接热影响区(HAZ)晶粒长大过程及相变的规律. 热循环过程中加热温度升高至860 ~ 980 ℃时，发生由铁素体和珠光体向奥氏体的转变，1 100 ℃时，奥氏体晶粒开始有明显长大的趋势，1 300 ~ 1 400 ℃时，晶粒以合并长大方式迅速长大；冷却过程中温度降低至1 400 ~ 1 350 ℃时，晶粒以晶界迁移方式缓慢长大，660 ~ 580 ℃时，发生奥氏体迅速向贝氏体转变，焊接HAZ主要由贝氏体与铁素体组成，贝氏体的尺寸是由奥氏体晶粒大小决定的. 热循环高温停留时间延长，奥氏体与贝氏体的形成、终了、转变温度区间均有下降. 结果表明，组织中先共析铁素体含量先降低后增加，贝氏体含量降低，多边形铁素体消失，先共析铁素体含量增加，冷却组织趋于均匀粗大. 焊接过程中，选择合适的高温停留时间可提高组织中IAF的含量，提高力学性能.     

9Ni钢焊接温度场的数值模拟

采用SYSWELD有限元计算软件,时9Ni钢多道多层焊的焊接温度场进行了数值模拟,并实现了焊接材料逐步填充的模拟,计算结果与试验结果非常一致.利用一次回归正交试验,研究焊接热输入和层间温度对焊接热影响区的热循环的影响.结果表明,焊后冷却时间t8/3和高温停留时间tH随着焊接热输入和层间温度的增加而增大.焊接热输入对t8/3和tH的影响较为显著,根据焊接生产实际条件,应采用小的焊接热输入.     

超高功率激光-电弧复合焊接特性分析

为了对超高功率激光-电弧复合焊接过程特性有深入的理解. 借助高速摄像,以焊接过程中羽辉和飞溅为主要研究对象,对比分析了激光功率从5 kW增加到30 kW时,激光热源与不同电弧热源复合,以及是否填丝对焊接特性的影响规律. 结果表明,激光功率增加,羽辉和飞溅面积的均值都呈增加趋势,两者的波动程度也呈上升趋势;冷丝的添加在降低焊缝熔深的同时使激光-MAG复合焊接过程中的稳定性变差;激光-TIG复合填丝焊接过程的稳定性明显优于另外两种焊接形式;高功率激光复合焊接时,高温羽辉对激光的散射和吸收作用会使熔深增加趋势放缓.     

超声功率对2219-T351铝合金搅拌摩擦焊接头组织与性能的影响

采用搅拌摩擦焊和不同功率的超声辅助搅拌摩擦焊对2219-T351铝合金进行焊接试验，测量焊接温度和焊接压力，对焊接接头的微观组织、显微硬度和力学性能进行分析，研究了加入不同超声功率后焊缝的组织性能和材料流动性. 结果表明，超声能降低焊接温度，随着超声功率增加减小的幅度越大. 加入了超声后，焊缝微观组织更加均匀，底部材料的流动情况得到改善，焊缝区有更多的强化相残留，焊接接头的显微硬度、抗拉强度及断后伸长率在加入超声后均有提高，在加入2.25 kW的超声功率时达到最高，最高拉伸强度为331 MPa，可达到母材的80%左右.     

AA6061铝合金超声波金属焊接计算分析模型

实现AA6061铝合金超声波金属焊接有效连接的关键机制是表面效应和体积效应。表面效应是焊接接头界面的摩擦;而体积效应存在于整个焊接过程中,影响了金属工件成形应力和形变。基于超声波焊接的关键机制建立了AA6061铝合金的材料模型和界面接触摩擦模型,依托ABAQUS有限元软件进行了铝合金超声波焊接的热-机耦合数值模拟分析。结果表明:与超声焊极相接触的铝合金界面产生最高温度和剧烈塑性变形,但低于母材熔点温度值。当焊极压力175 MPa,振幅8.4μm,加载时间60 ms时,界面最高温升至357.5℃,随着超声焊极压力持续增加铝合金表面发生粘焊。     

基于ANSYS汽车用镁合金电阻点焊熔核形成过程温度场计算机数值模拟研究

采用ANSYS有限元分析软件,对1.2 mm厚的AZ31镁合金双层板电阻点焊过程温度场进行了计算机模拟,分析了焊接工艺参数对焊接温度场的影响。结果表明,在通电加热过程中接触界面中心温度最高,随着到中心距离的增加温度逐渐降低;随着加热时间延长,接触界面中心温度迅速升高,接触界面心部与边缘温度梯度增大;随着焊接电流和焊接时间的增加,工件界面处峰值温度逐渐升高,但增幅呈递减的趋势,高温区域逐渐扩大,熔核直径和熔透率几乎呈线性增加;随着电极压力的增加,工件界面处峰值温度降低,高温区域缩小,熔核尺寸和熔透率均减小。     

超声振动对6061铝合金焊接热裂纹影响

为解决硬铝合金焊接接头软化严重的问题,选用7075铝合金作为填充材料对6061铝合金进行高组配焊接.焊接接头硬度确有提升,但在焊接过程中产生了热裂纹.文中设计了一个超声辅助平台将超声振动引入到传统的钨极氩弧焊中,在确保焊接接头硬度的条件下解决焊接热裂纹的问题.结果表明,超声功率较低时热裂纹消失,但超声功率达到480 W时,热裂纹再次产生.随着超声功率的增加,焊接接头的晶粒尺寸和形状发生了变化,熔合区的柱状晶被打碎,转变为较为细小的等轴晶,焊缝中心的等轴晶也发生了细化,在功率640 W时焊缝中心的平均晶粒尺寸最小.焊接接头中的析出相数量也随着超声功率的增大逐渐增多,分布逐渐均匀,对焊接热裂纹造成影响,因此存在一个超声功率的范围,能够同时解决焊接接头软化和焊接热裂纹的问题.     

热辅助超声波增材制造设备设计与分析

超声波增材制造技术在功能、复合材料的快速制备领域应用广泛,为克服现有超声波增材制造设备功率的限制,提出了一种大功率热辅助超声波增量制造设备,并采用COMSOL5.0有限元模拟软件对超声波振动系统进行辅助设计.该设备由超声波振动系统、压力机构、支撑行走机构、加热模块构成,焊接压头采用两侧对称结构,采用双换能器串联推-挽技术,显著增加超声焊接功率.并通过辅助加热模块提供额外的热量输入,提高被焊金属温度.并进行多层铜箔的超声波增量滚压焊接试验测试.结果表明,该热辅助超声波增材制造设备的焊接性能和焊接质量良好.     

超声-电阻复合焊接方法及界面行为

有色金属微型零件超声焊接时,由于焊头面积小,输入焊接区域能量少,界面有效连接面积不足,影响焊接接头的力学性能. 针对这一问题,结合超声焊接与电阻焊的特点,研制了超声-电阻复合焊接系统. 对铜、铝异种金属进行了超声-电阻复合焊接工艺试验,并与相同工艺条件下的超声焊接进行了对比. 结果表明,电流对超声能的输出有促进作用,使换能器的峰值功率有明显的增加;超声使焊接起始阶段界面接触电阻迅速减小并消失;在复合能量的作用下,输入焊接区域总能量有较大提高,焊接区域温度和加热速率显著增加.     

TC4表面激光熔覆Ni60基涂层温度场热循环特性数值模拟研究

目的确定TC4钛合金激光熔覆的最优工艺参数,研究其热循环特性,分析激光熔覆温度对组织的影响规律。方法采用3D高斯热源,基于Sysweld软件平台,对TC4钛合金激光熔覆Ni60A-50%Cr3C2粉末过程进行数值模拟仿真,研究温度场云图及其热循环特性,模拟计算激光熔覆最高温度、加热速度和冷却速度,以及熔池最大深度和热影响区宽度,进行激光熔覆实验验证,结合熔覆层显微组织扫描电镜(SEM)图像,研究冷却速度对熔覆层组织的影响。结果由仿真可知,激光熔覆工艺参数中的光斑直径和送粉速度主要影响熔覆层的高度和宽度,对温度场分布起主要影响作用的是激光功率和扫描速度。激光功率为500 W,扫描速度为4 mm/s时,熔覆层区域熔化完全,与基体结合良好。激光熔覆最高温度为2700℃,最大加热速度约为2200℃/s,最大冷却速度约为1200℃/s,熔池最大深度在0.33~0.66 mm之间,热影响区宽度约为1.2 mm。模拟与实验得到的熔覆层截面形貌基本一致。不同冷却速度得到的熔覆层组织不同,随着冷却速度的降低,显微组织由短小的胞晶和树枝晶逐步转变为柱状晶、胞状晶和平面晶,最终形成淬火态的针状马氏体。结论最佳工艺参数为:激光功率500 W,扫描速度4 mm/s。冷却速度是影响熔覆层组织的重要因素,仿真模型的正确性及方法的可行性得到了实验验证。     

焊接速度对铝合金双脉冲GMAW的影响

利用数字化多功能焊接电源进行了不同焊接速度的AA6061铝合金双脉冲熔化极气体保护焊(DP-GMAW)试验.得到了极少焊接缺陷的接头.根据采集的试验参数开展了数值模拟,得到了熔池的温度场和和流速场,然后计算了熔池的温度梯度和冷却速度.结果表明,当低频调制频率已定时,焊接速度与送丝速度和平均电流相匹配时,焊接速度对DP-GMAW可焊性没有影响,焊波间距随着焊接速度的增加而增大.随着焊接速度的增加,DP-GMAW温度梯度减小,冷却速度增加,熔化区硬度增加.     

Cu-Al异种金属超声焊接过程模拟

利用有限元方法建立了Cu-Al超声焊三维热—力耦合模型. 热源包括摩擦热和塑性变形热,其热流密度与焊接不同阶段材料的振幅相关. 焊接过程超声变软影响温度场分布、应力、应变场和齿的嵌入,模拟合理考虑了铜、铝超声变软的数学模型. 模拟结果表明,铜和铝的块体温度均低于熔点,最高温度出现在焊头与铜板的接触面中心;Cu-Al连接界面最高温度出现在焊接区域中心处. 同时也模拟了齿的嵌入,焊接过程中焊头齿完全嵌入铜表面,但底座齿并未完全嵌入铝中. 与热电偶测温和焊接截面形貌对比验证表明,模拟结果与实际基本吻合,较好地模拟了超声变软、热和力三者之间的作用.     

激光淬火后40Cr与Cr12MoV固态焊接的工艺研究

利用对40Cr钢与Cr12MoV钢分别进行表面激光淬火预处理后进行固态焊接试验,探讨了焊接工艺参数（焊接温度、焊接时间、应变速率、保温过程等因素）对焊接质量的影响。焊接温度过低,拉伸强度不高,但焊接温度太高材料抗氧化性下降,同时对提高生产率、节能降耗产生不利影响。焊接时间过长,晶粒长大,接头强度降低。表面激光淬火使表层组织显著细化,超塑性机制得到充分发挥。试验结果表明：预压应力为56．6MPa,加热温度为800℃,焊接时间为5min,保温时间为10min可达到高质量的固相焊接。     

Q345B钢板焊接热循环及实时角变形测试

对Q345B钢板进行多层多道焊接,使用K型接触式热电偶测温模块和激光位移传感系统测量焊接过程中的热循环和角变形。结果表明,多层多道焊的热循环峰值温度随焊道的逐渐靠近而升高;距离焊缝越近,峰值温度越高,对应的升温速度也越快;焊接角变形主要产生于焊接阶段,表现为逐渐增加,而在层间冷却阶段很小,最终焊接角变形约为4.78°。     

TiZrNiCuBe块体非晶合金激光焊接行为及温度场数值模拟研究

采用数值模拟研究了Ti40Zr25Ni3Cu12Be20块体非晶合金激光焊接过程中的温度场变化和冷却速度变化规律,分析了Ti基非晶合金在激光焊接过程中保持非晶态结构的机理。以高斯表面热源和圆柱体热源相结合的复合热源模型作为焊接热源,考察了不同焊接参数下Ti Zr Ni Cu Be非晶合金在激光焊接过程中的热历史,结合实验结果分别对接头焊缝区和热影响区显微组织变化进行了分析,分别从加热和冷却两阶段给出非晶合金激光焊接接头非晶相得以保持的理论解释。完全非晶态接头的显微硬度测试表明:热影响区体现出较母材以及焊缝区更高的显微硬度,从玻璃转变温度、冷却速度以及屈服强度三者之间关系的角度对该现象进行理论分析,并通过实验验证分析的准确性。