宽带激光熔凝过程温度场及残余应力数值分析

基于激光宽带熔凝强韧化处理过程,利用有限元软件SYSWELD建立三维有限单元模型,通过设定精确的边界计算条件,同时考虑材料组织与性能随温度的变化,模拟工件表面的温度场和残余应力.考虑了相变潜热、导热系数等材料热物性参数随温度变化等因素的影响,研究激光宽带熔凝加工瞬态温度场和热应力的分布规律.对计算结果进行分析,并与实验数据相比较.结果表明,通过瞬态温度场分布,能够逼真地反映温度变化规律;宽带激光熔凝后,在工件表面获得了有利的残余压应力分布,热影响区存在应力突变.     

X80管线钢焊接热影响区的二次脆化研究

采用热模拟技术研究了二次热循环对X80级管线钢焊接粗晶区性能的影响。试验结果表明,一次峰值温度1300℃作用后,再经过800℃二次热循环时韧性显著下降,发生严重脆化;经过1200℃二次热循环作用时韧性最好,断口形貌为韧窝状。一次热循环峰值温度800℃作用后,再经过1300℃的二次峰值温度作用,其冲击韧性远远低于母材,发生严重脆化,断口形貌为解理状。     

等离子喷涂阻燃涂层性能研究

采用大气等离子喷涂工艺在TA15钛合金上制备了复合涂层,利用激光点燃法测量了复合涂层的阻燃性能,采用SEM、EDS对试样进行对比分析。结果表明:复合涂层在一定条件下具有阻燃作用,涂层厚度增加,阻燃性能增加;复合涂层主要是导热系数低,涂层吸收能量,减小基体对热量的吸收,同时阻止钛合金与氧接触机制来阻燃;TA15烧蚀后,主要为Ti的氧化物、少量Al的氧化物和Zr的氧化物,烧蚀中心发生Mo的氧化物挥发现象,复合涂层烧蚀后主要分四个区域。     

激光宽带加工数值模拟中的热源模型

针对宽带激光表面强化过程,建立了激光宽带热源理论模型.基于有限元软件SYSWELD进行了激光熔凝数值模拟,将模拟计算得到的光斑作用区形貌尺度、三维瞬态温度场分布和热循环曲线进行了对比与分析.42CrMo板材表面激光宽带熔凝的试验验证表明,宽带热源模型得到的热源光斑及"平底锅"状熔凝区截面与实际相符合,熔凝区截面尺寸和试验结果一致,可以获得沿激光扫描方向合理的瞬态熔池分布,试验测定的热循环曲线与模拟值逼近.激光光斑辐照作用使得工件表面经历了一个急剧加热、快速冷却的过程,同已有的其它热源模型相比较,使用宽带热源模型计算得到结果更符合实际,可以准确地模拟激光宽带加工过程.     

42CrMo钢表面激光宽带熔凝有限元模拟

建立了适用于激光熔凝过程的激光宽带热源模型。并应用SYSWELD软件的校正工具,根据具体的激光熔凝工艺和条件对热源进行校正,建立激光熔凝过程的数学物理模型,考虑材料热物理性能参数与温度的非线性关系以及边界初始条件,分析了激光熔凝的温度场。42CrMo板材表面激光熔凝试验表明,宽带热源模型得到的热源形状及“平底锅”状熔凝区截面形貌与实际相符,熔凝区截面尺寸和试验测量值一致,验证了模型的准确性和适用性。使用宽带热源模型可以计算得到符合实际的光斑和熔凝区截面,获得更合理的温度场分布。     

X80钢焊接热影响区的二次热循环组织脆化

针对X80钢的多道焊接过程,采用热模拟技术研究了不同的二次热循环峰值温度对焊接热影响区粗晶区组织和低温冲击韧性的影响。试验结果表明,经过一次热循环峰温1300℃、二次峰温800℃作用后,晶粒粗大,韧性显著下降,发生严重脆化;而经过二次热循环峰温650,950,1200℃作用,则晶粒细化,获得韧窝状断口形貌。800℃的组织脆化现象与晶粒粗化以及最快沉淀温度附近第二相粒子的大量偏析和聚集有关。     

轧辊表面宽带激光熔凝过程的相变及力学性能研究

综合考虑温度、相变和应力的耦合作用,运用有限元法分析了42CrMo轧辊在宽带激光单道扫描和叠道扫描下熔凝层的显微组织、硬度和残余应力分布规律及演变过程。计算结果表明,激光熔凝冷却过程中产生的马氏体相变对熔凝层的硬度和应力分布均有很大影响。单道激光熔凝层相变生成的马氏体比例高达80％以上,熔凝强化层的显微硬度值提高2.5～3倍,熔凝区内表现为残余压应力,热影响区则为拉应力;叠道激光熔凝后试件表面实际硬度值有所下降,且搭接区存在局部软化带。计算结果与实际分布规律基本相同,可为制定工艺、预测熔凝区性能变化提供理论依据。     

42CrMo钢表面单道激光宽带处理后熔凝层的残余应力

基于有限元软件SYSWELD平台,建立激光熔凝三维有限元模型,编制宽带热源的FORTRAN子程序,采用不同的工艺参数对42CrMo钢表面的单道激光宽带熔凝区的组织和残余应力进行数值计算与分析.测定了激光熔凝表层的热循环曲线,利用扫描电镜(SEM)观察熔凝区相变.结果表明,工艺参数对熔凝区残余应力分布状态影响较大,激光线能量密度(ρE)过高或过低,均影响熔凝层的表面成型质量;当激光束输出功率为3500 W,扫描速率在600~1000 mm/min时(即ρE=20.9~35.0 J/mm2),熔凝区可获得有利的残余压应力分布.42CrMo钢母材组织为铁素体 珠光体,经激光处理后,熔凝区组织转变生成的马氏体相比例高达95%以上.     

X70薄壁压力管道在役焊接烧穿试验研究

利用自行研制的在役焊接模拟试验装置,以X70管线钢为试验材料进行了在役焊接烧穿试验。测量了焊接烧穿时的工艺参数,并研究了焊接条件对烧穿形貌和变形的影响。试验结果表明:常规水冷条件下发生烧穿的热输入比常规空冷大,由于管内水介质的压力作用,导致3 MPa水冷所需要的烧穿热输入比常规空冷、水冷条件下小得多。常规空冷条件下,整个熔池被电弧热直接熔透;而常规水冷条件时,熔池前端的高温区最先发生烧穿失稳;在役焊接条件下的烧穿,只是在熔池高温区形成极小的烧穿孔洞。在役焊接时,在管内介质压力和快速冷却的共同影响下,焊接接头产生的是"外凸"变形。