一种基于蒙特卡罗技术的晶粒生长计算机模拟方法

将蒙特卡罗(MC技术引入到晶粒生长模拟中,结合焊接工艺试验和热模拟试验,模拟了单相合金焊接热影响区(HAZ)晶粒生长过程。首先应用实验和统计学的方法确定了材料晶粒生长的动力学模型,然后计算了焊接热循环,同时基于蒙特卡罗技术编制了模拟程序。最后在不同焊接热输入情况下,模拟了晶粒生长过程。模拟结果动态演示了晶粒生长过程,并且体现了焊接热钉扎效应。模拟得出数据与试验结果非常接近,为评定焊接工艺和材料可焊性提供了依据。     

超纯铁素体不锈钢焊接热影响区晶粒生长的模拟

结合焊接工艺试验和热模拟试验，运用蒙特卡罗（MC）技术模拟了超纯铁素体不锈钢EB26-1焊接热影响区（HAZ）晶粒生长过程。首先应用实验和统计学的方法确定了超纯铁素体不锈钢EB26-1晶粒生长的动力学模型，然后计算了焊接热循环，同时基于蒙特卡罗技术编制了模拟程序，最后在不同焊接热输入情况下，模拟了晶粒生长过程。模拟结果与试验结果非常接近，能够动态演示晶粒生长过程，体现了焊接热钉扎效应，为评定焊接工艺和材料可焊性提供了依据。     

超细晶粒钢闪光焊热影响区显微特性分析及其组织有限元模拟

结合焊接接头的微观组织观察和宏观性能试验，分析了超细晶粒钢筋直流闪光对焊接头热影响区的显微组织、焊接热影响区各区段的显微硬度分布；利用蒙特卡罗模拟方法，模拟了400MPa超细晶粒钢在一定焊接规范下热影响区奥氏体晶粒的演变情况。结果表明：从熔合区到母材，随着距熔合区距离的增大，显微特性发生明显变化；显微硬度只在焊缝心部区域出现局部降低，但这并不影响整个接头的宏观性能。数值模拟可以预测HAZ中晶粒的分布及温度梯度对晶粒长大的阻碍作用．与实际晶粒大小较为吻会．     

等离子熔积快速直接成形过程宏微观连成数值模拟

建立了等离子熔积快速直接成形(Plasma Deposition Manufacturing, PDM)过程多相混态场统一模型,基于蒙特卡罗法(Monte Carlo,MC)建立热影响区(Heat Affected Zone,HAZ)晶粒长大过程的数学模型。分析了不同热源功率工艺条件下熔池温度场和流场的变化规律以及特征点的温度循环曲线,进而探究了热源功率对热影响区晶粒尺寸与分布的作用机理。对AISI316合金等离子熔积过程进行了模拟,所得的计算结果与试验结果基本一致。     

不同焊接工艺下FB780钢焊接接头热影响区的显微组织和冲击韧性

用Gleeble-3500型热模拟试验机模拟单道次焊接条件下FB780钢焊接接头热影响区(HAZ)的热循环过程,研究了在不同焊接峰值温度及不同t8/5(由800℃冷却到500℃的时间)下HAZ的显微组织,并测试了不同焊接条件下HAZ的显微硬度和冲击韧性。结果表明:在t8/5相同的条件下,随着峰值温度的升高,HAZ组织粗化;当峰值温度一定时,随着t8/5的增加,铁素体板条变宽并逐渐融合,M/A组元粗化,粗大铁素体晶粒与细小准多边形铁素体晶粒混合,组织的均匀性恶化;在相同的峰值温度条件下,HAZ的硬度和冲击功均随着t8/5的增加而降低;在峰值温度为1 175℃,t8/5为6s条件下,HAZ的低温(-20℃)冲击断口形貌为韧窝花样,韧窝尺寸较大,HAZ的低温韧性与母材的相匹配,同时硬度较高,该工艺为最佳的单道次焊接工艺。     

Cr18Mo2铁素体不锈钢焊接HAZ金相组织研究

本文采用金相、X-射线衍射、扫描电镜(SEM)和电子探针(EPMA)等试验方法,对Cr18Mo2高纯铁素体不锈钢焊接接头区域的显微组织和焊接热影响区(HAZ)脆化特征进行了试验研究,并对焊后经厉再加热处理后的HAZ晶粒组化倾向、析出物及断口形态进行了分析。试验结果表明,晶粒粗化,析出物以及晶界氧化是导致铁素体不锈钢焊接HAZ脆化的主要原因,HAZ中的析出物(TiN、TiC和Cr_2N等)对脆性裂纹的产生和扩展有促进作用。     

B元素对FB2马氏体耐热钢热影响区组织和高温断裂韧度的影响

测试FB2马氏体耐热钢焊接热影响区(Heat affected zone, HAZ)在450 ℃下的准静态断裂韧度,结果表明HAZ的韧性与同条件下改良型9Cr-1Mo耐热钢母材的韧性持平。对HAZ进一步的金相、扫描电镜(Scanning electron microscopy, SEM)及透射电镜(Transmission electron microscopy, TEM)观察表明,FB2钢的HAZ中没有粗晶区,即在经历焊接热作用后晶粒并没有粗化;析出物均匀分布在晶内和晶界,并且晶界处的析出物尺寸要稍小于晶内析出物,这对于强化晶界提高韧性都是有利的。B元素在FB2的HAZ特殊的组织形成中发挥着重要作用,主要体现在通过占据析出物周围的空位来阻碍析出物长大,提高析出物的稳定性,进而影响焊接热过程中奥氏体的长大过程。     

大线能量低焊接裂纹敏感性钢的焊接(二)--热影响区组织及晶内铁素体形核机理研究

利用焊接热模拟技术和透射电子显微镜对大线能量氏焊接裂纹敏感性钢的焊接热影响区（HAZ）组织及晶内铁素体（IGF）的形核机理进行了试验研究。通过对大线能量焊接（100kJ/cm)条件下HAZ中IGF精细组织分析，认为IGF非均匀形核核心主要为富含MnS和Si元素的Ti2O3复合粒子。     

T92/TP347H异种钢焊接接头的组织结构和力学性能

采用ERNiCr-3和ERNiCrMo-3两种镍基焊丝,GTAW法实现T92/TP347H异种钢管焊接。研究了接头的显微组织结构、熔合区(线)两侧的成分分布和接头的力学性能,以及焊后热处理对接头组织结构及力学性能影响等。结果表明:T92/TP347H异种钢接头T92侧热影响区(HAZ)主要由过热区、粗晶区及细晶区构成;TP347H侧HAZ没有明显晶粒长大的现象,但晶界、晶内有碳化物析出。两种焊丝焊接的T92/TP347H异种钢接头拉伸断裂面位于TP347H侧母材,焊缝强度较高;ERNiCrMo-3焊接接头的强度高于ERNiCr-3焊接接头,但塑、韧性不如后者。750℃,30 min焊后热处理,有助于降低T92侧HAZ硬度,改善接头的综合力学性能。     

45钢交流闪光对焊焊接热影响区晶粒长大的数值模拟

基于45钢轴对称件交流闪光对焊过程的实测温度场和焊接热循环曲线的拟合处理,结合Monte Carlo(MC)算法确定的模拟模型常数,建立了焊接热影响区晶粒长大的模拟时间tMCS与实际时间t、温度T之间的关系,用MC方法模拟了焊接热影响区的晶粒长大.结果表明:在相同的tMCS值下,MC模拟热循环过程后晶粒平均尺寸约为等温加热转变过程后晶粒尺寸的70%左右;焊接热循环加热阶段后的晶粒尺寸仅为最终晶粒尺寸的25%～30%;模拟值与试验结果基本吻合.     

大线能量低焊接裂纹敏感钢的焊接（一）——热影响区强韧性机理研究

利用焊接热模拟技术对一种610MPa级大线能量低焊接裂纹敏感性钢的热影响区（HAZ）强韧化机理进行了研究。结果表明：在大线能量焊接条件下，该钢HAZ的强韧性决定了HAZ组织中针状铁素体的含量和形态，其含量越高，越细小，对HAZ的强韧性越有利；钢中TiN粒子的存在可促进HAZ针状铁素体的形核，且当钢中Ti/N比值接近理想化学配比3.42时，可明显细化针状铁素体，提高HAZ韧性。     

大线能量低焊接裂纹敏感性钢的焊接(一)——热影响区强韧性机理研究

利用焊接热模拟技术对一种610MPa级大线能量低焊接裂纹敏感性钢的热影响区(HAZ)强韧化机理进行了研究.结果表明:在大线能量焊接条件下,该钢HAZ的强韧性决定于HAZ组织中针状铁素体的含量和形态,其含量越高、越细小,对HAZ的强韧性越有利;钢中TiN粒子的存在可促进HAZ针状铁素体的形核,且当钢中Ti/N比值接近理想化学配比3.42时,可明显细化针状铁素体,提高HAZ韧性.     

400 Mpa超细晶粒钢直流电阻闪光对焊接头组织的数值模拟

对超细晶粒钢直流闪光对焊过程进行了有限元分析.根据计算的焊接温度场和基于EDB模型的Monte Carlo (MC)模拟时间与实际焊接时间的关系,建立了直流闪光对焊过程显微组织的演化模型,对超细晶粒钢筋焊接接头的奥氏体晶粒长大进行了模拟研究,同时考虑了温度梯度对热影响区晶粒长大的热钉轧作用.结果表明,MC模拟技术能预测闪光对焊接头的晶粒大小、尺寸分布,为合理地制定焊接规范、提高接头质量提供有效的分析手段.     

热输入对12MnNiCrMoV钢薄板焊接接头粗晶热影响区组织和性能的影响

分别在9.2,10.4,12.2,21.0kJ·cm-1焊接热输入下对12MnNiCrMoV钢薄板进行对接焊,研究了焊接热输入对焊接接头粗晶热影响区显微组织、晶粒尺寸、硬度和冲击性能的影响;为了确定不同热输入下接头粗晶热影响区的焊接热循环曲线,对焊接过程的温度场进行了有限元模拟。结果表明:随着焊接热输入增大,粗晶热影响区的组织变化并不明显,均为粒状贝氏体和块状铁素体,但晶粒尺寸逐渐变大,-20℃冲击韧性和维氏硬度均逐渐降低;晶粒粗化是粗晶热影响区产生脆化与软化的最主要原因;通过有限元模拟可知,随着热输入增大,粗晶热影响区相同位置处的峰值温度逐渐升高,并且在高温停留的时间延长。     

Ti-Zr微合金化高强钢焊接热影响区性能及组织特征

研究了Ti-Zr微合金化高强钢100 kJ/cm大线能量焊接热模拟和192 kJ/cm大线能量电渣焊热影响区(HAZ)的力学性能和组织特征。研究表明:不同线能量下,HAZ均具有良好的强韧性;HAZ组织以针状铁素体为主,电渣焊HAZ组织相对粗大,并出现少量均匀分布的M-A岛;不同线能量下第二相夹杂物均为含Ti,Zr及Mn的复合氧化物,热模拟HAZ组织中夹杂物尺寸较小,且数量较多,对晶内针状铁素体形核促进作用更大。     

铁素体不锈钢CMT焊接接头HAZ组织性能研究

针对铁素体不锈钢焊接HAZ晶粒易长大的问题,提出采用小热输入的CMT焊接工艺。通过分析接头HAZ的显微组织、显微硬度和冲击性能,探讨了4003铁素体不锈钢焊接接头HAZ组织和性能,并与常规MIG焊焊接接头试样的组织、性能进行对比。试验结果表明:采用CMT焊接工艺获得的接头HAZ粗晶区宽度为460μm,明显窄于MIG焊接接头的粗晶区宽度545μm;CMT接头强度与MIG焊接接头显微硬度值相近,但CMT接头HAZ冲击韧性较MIG焊接接头试样提高了16.28%。     

预热温度对X100管线钢焊接接头临界断裂应力的影响

选用E9010-G焊条,采用手工电弧焊在不同预热温度(80,120,160℃)下对X100管线钢进行了焊接,研究了接头热影响区(HAZ)显微组织和硬度,通过插销试验测试了其临界断裂应力,分析了接头冷裂敏感性。结果表明:焊接接头HAZ组织主要为板条状贝氏体-铁素体(BF),随着预热温度的升高,热影响区组织细化,脆性相M-A组元数量减少,BF板条束逐渐变窄且分布变紧密;焊接接头的临界断裂应力随预热温度升高而增大,HAZ硬度降低;在3种预热温度下,接头的临界断裂应力均大于0.75σs(σs为母材屈服强度),HAZ硬度均小于冷裂纹产生的临界硬度,接头的抗冷裂性能较好。     

油气管线钢焊接局部脆化及断裂机理的研究

采用焊接热模拟方法和现代物理测试技术研究了管线钢焊接热影响区的韧性变化规律。结果表明,多道焊中,当二次热循环峰值温度处于(α+γ)临界区时,管线钢HAZ的韧性最低,表现为临界粗晶区局部脆化。拉伸试验和冲击试验结果表明,管线钢临界粗晶热影响区在断裂过程中,存在夹杂物形核、铁素体与M—A组元界面形核和M—A组元内部形核三种方式。M—A组元对裂纹扩展没有阻止作用。     

核级手动截止阀Ω焊缝凝固缺陷成因研究

采用显微硬度测量、金相和扫描电镜(SEM)观察对不锈钢手动截止阀焊接接头各微区的硬度进行测量;对Ω焊缝、热影响区(HAZ)和母材的显微组织进行观察;对接头的断口形貌进行观测分析。结果表明:接头各区域的硬度分布差异不大,分布较为均匀,而2#试样HAZ的硬度高于1#。Ω焊缝金属柱状晶粗大,晶粒(柱状和胞状晶)的方向性强,晶间存在偏析,焊缝已形成沿晶界开裂。主要原因是:Ω焊缝装配间隙部位在冷却结晶时因液态填充不够,形成缩松、缩孔。在焊接应力/应变场作用下,拉伸应变或应变率超过此时材料的临界塑性和临界应变率时则产生焊接凝固裂纹。     

预热和焊后热处理对G20Mn5/P355NL1异种钢焊接接头性能的影响

为优化转向架构架中铸钢和钢板异种材料的焊接工艺,保证此类型焊接接头的质量,研究了G20Mn5铸钢和P355NL1钢板焊接接头在不同工艺下的显微组织和力学性能的变化。研究结果表明:焊前预热能够细化晶粒,使热影响区(HAZ)的硬度提高了14%;通过焊前预热和焊后热处理,接头冲击韧性得到明显提高。