高强钢激光-电弧复合焊接接头力学性能研究

为弥补高强钢在传统焊接中低效、变形严重、焊缝强度低等问题,采用6 kW光纤激光器和熔化极活性气体保护电弧焊复合焊接6 mm厚度的30CrNiMo钢板,在相同焊接工艺下使用ER50-6和ER308两种焊丝,焊后对两种焊缝的组织形貌和力学性能进行研究。研究结果表明：ER50-6焊丝焊缝为细小的针状马氏体组织,而ER308焊丝焊缝为粗大的柱状晶奥氏体;两种焊丝焊缝的硬度面分布也出现较大区别,ER50-6焊丝焊缝沿熔合线出现低硬度分布,ER308焊丝焊缝则在焊缝中心下部出现低硬度集中,二者对应拉伸断裂位置分别在熔合线处和焊缝中心;通过能谱分析得知,ER308焊丝中高含量的Cr元素在焊缝上部集中,导致焊缝上部淬硬性增强,硬度大幅上升,韧性急剧下降,并最终导致焊缝力学性能的薄弱。因此,采用复合焊接搭配ER50-6焊丝,可实现对6 mm厚30CrNiMo钢板以1.0 m/min速度的高效无变形焊接,焊缝强度高达1 197 MPa.     

多组元活性剂对TIG焊焊缝熔深的影响

利用数理统计理论发展起来的配方均匀设计方法建立数学模型,研究了Si02 - Mg0-Ti02 - Cr2 03多组元活性剂。讨论了各组元对低合金高强钢TIG焊焊缝熔深的影响,揭示了活性剂的成分同熔深之间的内在关系,给出了活性剂成分与熔深之间的定量描述回归方程。结果表明：Mg0与Cr203,Mg0与Ti02,Cr203与Ti102交互作用对熔深起正交互作用,其交互作用结果使熔深增加;利用最佳成分配比做成活性剂配方A,在相同焊接工艺参数下,涂敷活性剂A的实测焊缝熔深是未涂活性剂焊缝的2.3倍;活性剂Si02、Cr203.Mg0在母材的阳极表面形成的导电性较差的熔融层,使得电弧导电通道变长和电弧等离子体发生收缩,熔深增加。     

超高强度钢激光-MAG复合焊熔滴过渡研究

采用高速摄影技术对超高强度钢激光-MAG复合焊接过程中激光功率、光丝间距、MAG电流对熔滴过渡形态的影响进行研究。结果表明:随激光功率、光丝间距的增大,熔滴过渡频率先增大后减小;随MAG电流的增加,熔滴过渡频率逐渐增大。当激光功率为3 kW、光丝间距为2 mm、MAG电流为220 A时,熔滴过渡最稳定,过渡频率最快,过渡方式为喷射过渡。     

5052铝合金CO2激光- MIG复合焊接工艺对焊缝成形的影响

以10 mm厚的5052铝合金为研究对象,研究CO2激光-MIG复合焊接工艺参数对其焊缝成形的影响规律。结果表明:焊缝熔深及熔宽随电弧电流的增加先增加后减少而后再增加,随激光功率的增加逐渐增加,随焊接速度的增加迅速下降;热源间距对焊缝熔深影响较大,对焊缝外观形貌影响很小。在He气中加入Ar气对改善焊缝表面成形和咬边等有明显的效果,随着加入的Ar气量增大,效果越明显;加入少量的Ar气有利于提高焊缝熔深,过量反而降低焊缝熔深。激光功率低于1 500 W有轻微咬边,在2 500 W有激光"匙孔"现象出现;当焊接电流为130～145 A、激光功率为3.5～4.5 kW、焊接速度为1～2 m/min、离焦量为-1～0 mm、热源间距为2～3 mm、Ar气流量为5～15 L/min、He气流量为10～20 L/min时,得到较好的焊缝形貌及焊缝熔深。     

30CrMnSi钢激光焊接工艺研究

为减小薄板30CrMnSi钢的焊接变形,提高焊接效率,采用CO2激光对其进行了激光焊接工艺研究。采用激光显微镜、扫描电镜仪对微观组织进行了表征,采用显微硬度计、材料试验机等仪器对性能进行了测试。研究发现,激光焊接后的焊接接头分为焊缝区、热影响区、母材以及焊缝与热影响交界区和热影响与母材交界区5个部分。焊缝与热影响交界区显微硬度最高,母材显微硬度最低。焊接速度越快,焊缝的显微硬度越高,焊缝越窄。焊接速度越快焊接变形越小,激光功率4 kW、焊接速度8 m/min条件下,100 mm长度范围内的变形0.1 mm.激光焊接接头的抗拉强度高于母材110~170 MPa,母材为韧性断裂,断口呈典型的韧窝形态,热影响区发生脆性断裂,断口呈准解理断裂,随着焊接功率和速度的提高,热影响区的拉伸强度有降低的趋势。     

模具钢微流道沟槽的激光铣削试验研究

采用Nd∶YAG激光器对预硬高硬度镜面塑胶模具钢HPM75进行了微流道沟槽的铣削试验。通过铣削熔屑的排除量和排屑过程分析,研究了激光工艺参数及激光扫描方向对铣削沟槽质量的影响。结果表明,激光能量,辅助气压,激光扫描方向与排屑方向间的夹角α是影响铣削质量及铣削效率的重要因素。进一步分析了激光铣削圆弧形沟槽时,所遇到的加工方式与路径规划问题,通过路径规划,增大熔屑的排除量,提高铣削加工效率及质量。采用优化参数铣削出宽0.29mm、深0.28mm的微流道沟槽,侧壁表面平整,达到抛光前的要求。ZYGO表面轮廓仪对该沟槽的检测结果表明:不同位置处沟槽的宽度和深度保持很好的一致性。     

激光熔覆TiB2颗粒增强镍基合金复合涂层的微观组织与摩擦学性能研究

为了提高铝合金摩擦构件的耐磨性能,运用激光熔覆技术在铝合金表面制备了TiB₂颗粒增强镍基合金（TiB₂/镍基合金）复合涂层,分析了其微观组织结构,研究了其在干摩擦和海水介质中的摩擦磨损行为与机制。结果表明：复合涂层中均匀分布有TiB₂增强相,并含有TiB、TiC、CrB和Cr₂₃C₆等反应生成硬质相,显微硬度达到855.8HV_0.5,是铝合金母材的6.7倍;不同环境介质中,复合涂层的摩擦系数和磨损失重均较镍基合金涂层和铝合金母材显著降低;干摩擦条件下,复合涂层的磨损机理以微观切削磨损为主,并伴有一定的硬质颗粒剥落;海水环境中,复合涂层的磨损机理转变为微观切削磨损和点蚀腐蚀磨损。     

旋转超声加工振幅与实际切削深度特性研究

旋转超声加工中金刚石砂轮超声振幅大小、实际切削深度的正确判定以及工艺参数对金刚石砂轮超声振动幅度影响规律的研究对旋转超声高效精密加工有着重要意义。结合旋转超声加工(RUM)时磨粒的运动及切削特性,分析了磨粒的实际切削深度特性,开展了实际切削深度与超声振幅关系的试验研究;通过改变主轴转速、进给速度、切削深度等工艺参数,讨论了工艺参数对加工时金刚石砂轮超声振幅特性的影响。研究表明:旋转超声面铣削加工时,超声振幅与轴向进给的有效叠加决定实际切削深度;金刚石砂轮的超声振幅具有一定的稳定性,可以有效确保旋转超声加工工件的尺寸精度。     

脉冲磁场对高速钢刀具材料摩擦磨损性能的影响

研究了脉冲磁场处理对高速钢（HSS）刀具材料W9Mo3Cr4V的摩擦磨损机制。通过进行HSS材料脉冲磁化摩擦试验,对不同的脉冲磁场强度、磁场频率和磁化时间条件下,HSS材料磨损率、摩擦系数以及表面形貌进行了检测。结果表明：脉冲磁场能够使得HSS材料的耐磨性明显提高,摩擦系数降低,且其摩擦表面形貌较平坦;特别是在一定的脉冲磁场参数下,HSS磁化处理效果较好,摩擦系数小且耐磨性好。脉冲磁化处理前后材料微观组织对比分析显示：脉冲磁化处理后,材料内部析出大量弥散碳化物,弥散强化是脉冲磁化处理增强材料耐磨性的主要机理。     

刻槽式多爆炸成形弹丸对双层有限厚钢靶侵彻能力及后效研究

应用ANSYS/LS-DYNA软件研究了刻槽式多爆炸成形弹丸（MEFP）对双层有限厚钢靶侵彻能力及后效,得到了刻槽式MEFP战斗部对双层有限厚钢靶侵彻及后效的效果图。结果表明：装药长径比对弹丸成型后的形状影响较小,刻槽深度对弹丸成型后的形状影响显著;其他条件不变时,药型罩厚度增加使弹丸轴向速度减小,进而增加了药型罩侵彻时的侵蚀量,因此从侵彻深度角度考虑,药型罩厚度存在最优值;从整体看,刻槽深度较浅的战斗部后效较好。计算结果与试验结果基本一致。     

双层含能药型罩K装药射流成型及侵彻性能试验

为提高含能材料形成射流对目标的侵彻深度,设计了一种基于K装药结构的Al/Ni?Cu双层含能药型罩聚能装药结构,其内层罩为无氧铜,外层罩为Al/Ni含能结构材料。分别开展了Al/Ni?Cu双层含能药型罩与Cu?Cu双层药型罩的聚能射流成型X光试验、侵彻钢锭静破甲试验和对典型混凝土靶标的侵彻威力试验。研究结果表明,双层含能药型罩K装药起爆后可形成连续射流,侵彻的钢靶和混凝土靶中有明显的开坑区形成,但射流对侵彻过程的扩孔作用不明显。Al/Ni?Cu双层含能药型罩可发挥动能和化学反应的联合侵彻毁伤效应,与Cu?Cu罩相比,在靶中形成射流堆积更少,对钢靶的侵彻深度和侵彻体积分别提高了20.1%和23.0%,对混凝土靶的侵彻深度和侵彻体积分别提高了17.2%和45.6%。     

焊丝药芯成分中FeSi45和FeS的添加量对焊缝金属润湿铺展性的影响

焊缝金属的润湿铺展性对装甲装备备件的焊接快速成形精度具有重要影响。采用焊缝熔宽、余高和润湿角表征焊缝金属的润湿铺展性,通过单道焊试验研究了焊丝药芯成分中FeSi45 和FeS 的添加量对焊缝金属润湿铺展性的影响规律,采用高速摄像研究了焊丝的熔滴过渡形式。结果表明:药芯成分中FeSi45 和FeS 的添加量分别为11. 21%、0. 2%时,可以获得润湿铺展性较好的焊缝;在小电流焊接条件下,药芯中添加FeSi45 和FeS 不会致使熔滴过渡形式发生改变,仍为大滴过渡,并且熔滴过渡稳定,无明显飞溅;在大滴过渡情况下熔滴的热焓较大,是焊缝金属润湿铺展良好的重要原因。     

装甲钢温度-组织-应力耦合本构模型的建立及在焊接模拟中的应用

装甲钢焊接热循环过程中固态相变对焊接残余应力的演变及大小有着重要影响,而现有的有限元软件本构模型无法考虑固态相变的作用。在传热学、固态相变理论和连续介质力学的基础上,建立了温度－组织－应力耦合的本构模型,本构模型中综合考虑了固态相变引起的体积变化、力学性能变化和相变塑性对焊接残余应力的影响,采用ABAQUS子程序UMAT通过二次开发将该本构模型嵌入通用有限元软件中,对装甲钢平板对接焊进行研究,获得了装甲钢焊接热循环过程中温度、组织及残余应力变化规律。研究结果表明：装甲钢平板中断面表面宽度方向,在纵向残余应力表征上,耦合本构模型的模拟结果与X射线衍射测量结果具有较好的一致性,验证了耦合本构模型的正确性,并表明相变塑性对相变区的残余应力存在一定的松弛作用;对于装甲钢近缝区纵向残余应力大小：完全相变区＜部分相变区＜未发生相变区。     

高致密球形黑索今晶体的制备和性能

介绍了一种能够制备高致密黑索今（RDX）晶体的方法。分析溶液浓度、结晶温度、搅拌速率、稀释速率等工艺条件变化对于RDX晶体密度的影响,制备了高致密RDX晶体。测试了高致密RDX晶体的晶体形状和缺陷、晶体密度、熔点、热性能和热感度。结果表明,采用特定工艺条件制备出的高致密RDX晶体和普通RDX晶体相比,密度增加0.023g/cm3,高达1.808g/cm3,是理论密度的99.56%;内部缺陷明显减少;熔点提高1.5℃,分解峰温度提高3.66℃;5s爆发点提高1℃,安全性能略优于普通RDX.     

前混合磨料水射流切割钢板和混凝土的实验研究

探讨前混合磨料水射流切割不同材料的影响因素,找出它们之间的关系,为合理预测切割深度和实际应用提供参考。试验对比研究了前混合磨料射流参数（压力、靶距、磨料浓度和横移速度）对切割钢板、混凝土的深度与宽度的影响,取得了一些有意义的结论,即前混合磨料切割钢板、混凝土时,射流参数对切割影响基本一致,所不同的是影响程度不一致。该研究对前混合磨料射流切割脆性材料和塑性材料具有一定的指导意义。