A-TIG焊中氧含量对熔池流动方式影响的数值模拟

建立了三维移动热源作用下焊接熔池的数学模型,模拟了不同氧含量下熔池中的速度场和温度场.结果表明,氧化物活性剂中的氧元素改变了熔池中的表面张力温度系数,从而影响熔池中的流动方式,是熔深和深宽比增加的重要原因;随着氧含量的增加,深宽比和熔深急剧增加,熔宽减小.当氧含量超过150×10-6时,增加氧量,熔池表面最高温度减小,并逐渐趋于一定值;当氧含量超过200×10-6时,深宽比、熔深和熔宽趋于一定值;氧含量小于300×10-6时,熔池表面最高温度高于正表面张力温度系数作用的温度范围,正、负表面张力温度系数在熔池中同时存在.当氧含量超过300×10-6时,熔池表面最高温度处于正表面张力温度系数作用的温度范围之内,熔池中的表面张力温度系数为正值;随着氧含量的增加,在熔池中出现数目、大小、方向、位置不同的涡流,当两个涡流的方向均由熔池边缘流向熔池中心的环流时,涡流有效地把电弧能带到熔池底部,产生较大的熔深和深宽比.     

微量活性组元氧对焊接熔池Marangoni对流和熔池形貌影响的数值模拟

针对SUS304不锈钢的定点钨极惰性气体保护焊过程,建立三维瞬态定点热源作用下的焊接熔池数学模型,系统研究了不同氧含量下的熔池温度场、速度场以及熔池形貌演变过程.结果表明:随着熔池中活性组元氧的增加,熔池内的对流模式经历了以外对流为主、内外对流共存到以内对流为主的演变过程,熔池形貌由浅且宽形、"勺"形变成深且窄形.熔池中微量氧直接影响熔池表面张力温度梯度系数,改变熔池表面Marangoni对流模式和熔池最终形貌.当氧含量低于80×10-6时,熔池表面以外向Marangoni对流为主,熔池形貌宽且浅;当氧含量超过120×10-6时,熔池表面以内向Marangoni对流为主,熔池形貌窄且深;当氧含量处于(80-120)×10-6之间时,熔池形貌为"勺"形,并且随时间的增加,熔池内外对流区域逐渐变小,内对流区域逐渐变大.定点联合保护焊实验结果表明,熔池形貌变化规律的模拟结果与实验结果吻合.     

活性元素氧对AA-TIG焊熔池传输行为影响的数值模拟

电弧辅助活性TIG焊(arc assisted activating TIG welding,AA-TIG焊),采用辅助电弧以Ar+O₂作为保护气体预熔待焊母材表面以形成氧化层,再进行常规TIG焊,可使熔深明显增加.文中结合AA-TIG焊熔池氧元素分布的实验研究,提出焊接熔池表面氧元素的两种不均匀分布模式,考虑浮力、电磁力和表面张力,建立了更完善的电弧辅助活性TIG焊熔池模型,模拟研究氧元素在熔池表面呈不均匀分布时,AA-TIG焊瞬态熔池中动量及能量的传输行为.假设熔池内部液态金属是湍流、不可压缩Newton流体,使用FLUENT RNG k-ε湍流模型进行处理.结果表明,当氧在熔池上表面呈非均匀分布,并且氧的不均匀分布模型为低氧模型时,熔池内部仍然以内对流流动为主.     

不同Si元素含量9Cr耐热钢熔敷金属铅铋腐蚀行为

为研究Si元素含量对9Cr铁素体-马氏体耐热钢熔敷金属在液态铅铋中腐蚀行为的影响，将不同Si元素含量9Cr铁素体-马氏体钢熔敷金属分别在550℃饱和氧及控氧(氧浓度：1×10^-6%～5×10^-6%，质量分数)静态铅铋中进行腐蚀试验.结果表明，熔敷金属在550℃饱和氧铅铋中形成双层结构氧化层，在550℃控氧铅铋中形成不连续钝化层和厚度不均匀的双层结构氧化层，钝化层在腐蚀过程中会通过渗透机制和断裂机制在部分区域发生失效，失效区域氧化加剧形成双层结构氧化层.随着熔敷金属中Si元素含量的增加，饱和氧铅铋中的氧化层厚度降低，控氧铅铋中的钝化层连续性提高，熔敷金属在铅铋中的耐蚀性提高.     

铝合金脉冲激光焊Mg元素烧损行为及接头硬度分布

采用Nd:YAG脉冲激光对1mm厚5A05铝合金板进行焊接,结合激光焊物理过程,研究和分析了焊接工艺参数(脉冲能量、脉冲宽度、焊接速度和离焦量)对Mg元素烧损和焊缝熔深的影响,以及焊缝中Mg元素含量的变化和接头的硬度分布.结果表明,Mg元素烧损受熔池搅拌作用的影响,随搅拌作用增强和焊缝熔深的增加,焊缝中Mg元素烧损率减小;受Mg元素含量和冷却速度影响,焊接接头硬度在熔合线附近具有最大值,在焊缝中从表面到熔池底部硬度先减小再增大.     

电子束焊接5A06铝合金接头Mg元素蒸发烧损行为分析

研究了5A06铝合金电子束焊接后熔池内Mg元素的分布及其对焊缝硬度的影响,并分析了焊接工艺参数对Mg元素烧损行为的影响.结果表明,在接头区域随着熔深的增加,Mg元素含量增加,即烧损程度减小,同时显微硬度增大;随着加速电压和束流的增加,熔深增加,Mg元素烧损率降低;随着焊接速度增加,Mg元素烧损率降低,熔深却减小.为减小Mg元素烧损,在电子束焊时可适当增加焊接的加速电压与束流、加快焊接速度.     

He与He＋CO_2双层气流保护TIG焊工艺

以0Cr13Ni5Mo水轮机转轮用低碳马氏体不锈钢为母材,开展了内层为氦,外层为He＋CO2的双层气流保护TIG焊工艺研究.内层通纯氦避免电极直接接触外层CO2而氧化烧损,外层添加活性气体CO2向熔池溶解活性元素氧改变熔池表面张力对流模式,进而增加熔深和焊缝深宽比.研究了外层气体中CO2含量的变化对电极保护和焊缝形貌的...     

不同送粉速度对TC4钛合金表面激光熔覆的影响

采用光纤激光对TC4钛合金表面进行熔覆改性,研究送粉速度对熔覆工艺过程和熔覆层性能的影响。采用高速摄像机拍摄了加热粉末在空间的分布形貌,采用光学显微镜观察了熔覆层横截面形貌,采用EDS分析了熔覆层的氮含量分布,并测量了熔覆层横截面的显微硬度。实验表明,送粉速度较小时,粉末吸收少量激光能量,熔池较大,熔覆层宽而浅;送粉速度较大时,粉末吸收大量激光能量,熔池较小,熔覆层窄而深。当送粉速度较大时,熔覆层的氮元素含量和显微硬度均分布基本均匀,无明显梯度;随送粉速度增加,熔覆层显微硬度会增加,并稳定在约9.3 GPa。     

304不锈钢激光深熔焊元素蒸发及焊缝合金含量变化

通过模拟和试验的方法对激光深熔焊304不锈钢焊缝合金成分变化进行了研究. 利用电子探针X射线显微分析对母材及焊缝中的Fe,Cr,Mn,Ni元素含量进行分析. 基于对焊接熔池温度场和流场的计算,建立了深熔激光焊元素蒸发和焊缝合金含量变化的模型. 结果表明,深熔激光焊元素蒸发主要发生在小孔及熔池表面,其中小孔内金属蒸发强烈,而小孔外的熔池表面蒸发量较小. 与母材相比,焊缝中Mn,Cr元素含量减少,而Ni,Fe元素含量增加. 焊缝合金含量变化随焊接功率增大而减小,但对于焊接速度的改变不敏感. 计算结果与试验检测结果吻合良好.     

氧元素分布模式与AA-TIG焊熔池形貌的数值模拟

文中结合电弧辅助活性TIG焊熔池氧元素分布的试验研究结果,提出焊接熔池表面氧元素分别与熔池表面温度和位置相关两种分布模式,建立了更完善的电弧辅助活性TIG焊熔池模型,求解结果与已有的试验结果和理论研究吻合良好. 结合求解结果,利用格拉晓夫数G_r,磁雷诺数R_m和表面张力雷诺数M_a分析了浮力、电磁力和表面张力的相对作用大小; 利用Peclet数分析了熔池热对流和热传导的相对强弱. 结果表明,电弧辅助活性TIG 焊熔池表面张力作用远大于电磁力和浮力,并决定熔池流动形式;熔池热对流主导熔池的传热过程,揭示了不锈钢活性TIG焊活性元素决定深而窄的熔池形貌的内在本质.     

N和O元素引入对GPCA-TIG焊焊缝冲击韧性的影响

通过外层气体引入O和N元素,气体熔池耦合活性TIG焊(gas?pool?coupled?activating?TIG?welding)可以实现深熔深、高质量和连续焊接.?为了研究清楚O和N元素引入对焊缝冲击韧性的影响规律和机理,针对SUS304不锈钢分别测试了外层气体为O2,N2和O2?+?N2时的焊缝低温冲击韧性,并...     

稳态磁场对激光熔覆钴基合金宏观偏析及元素扩散影响

目的 探究稳态磁场对熔覆层宏观偏析及元素扩散的影响机制,为调控熔覆层元素分布提供理论指导。方法 采用同轴送粉方式,利用稳态磁场辅助激光熔覆制备钴基合金熔覆层。通过光学显微镜和扫描电子显微镜,对有无宏观偏析区域的元素含量进行半定量测量,分析了不同磁场强度条件下熔覆层的显微组织及元素扩散规律。结果 在无磁场时,宏观偏析主要存在于熔覆层底部,部分分布于熔覆层上层区域,并有一定的扩散现象。加入稳态磁场后,由于稳态磁场产生的感应洛伦兹力与熔池流动方向相反,抑制了熔池对流,宏观偏析出现聚集现象,且无明显扩散。加入稳态磁场后,熔覆层宏观偏析区域具有较高的Fe含量,最高质量分数可达67.9%,这与基体中的Fe含量接近。熔覆层无宏观偏析区域Co的质量分数增加了8%,Fe的质量分数降低了12.1%,熔覆层底部宏观偏析面积占比由10%增加到25%。结论 稳态磁场能够使宏观偏析产生富集,使更多的Fe元素存在于熔池底部,同时抑制Fe元素在熔覆层中扩散。稳态磁场有效降低了基体元素对熔覆层的稀释,使无宏观偏析区域的元素含量与粉末的元素含量更为接近。     

感应洛伦兹力对激光熔覆Inconel 718涂层中Fe元素分布的影响

为了研究稳态磁场对激光熔覆Inconel 718涂层中Fe元素分布的影响,建立基于体积平均法的三相混合凝固模型,在激光熔覆过程中耦合加入稳态磁场,模拟316L不锈钢表面制备Inconel718涂层。采用2D瞬态模型,结合传热传质,流体流动和感应洛伦兹力,模拟激光熔覆涂层中的元素分布,并与实验结果进行对比。结果表明,未施加磁场时熔覆层中Fe元素呈均匀分布;施加稳态磁场时熔覆层中Fe元素分布不均匀,在熔覆层顶部Fe元素含量较低,熔覆层底部Fe元素含量较高。模拟结果与实验结果吻合良好,证明计算模型的可靠性,也表明稳态磁场能够抑制熔池流动,对移动熔池的传热传质产生影响,最终改变激光熔覆涂层中的元素分布。     

气体熔池耦合活性TIG焊熔池N元素分布骤冷分析

采用骤冷法处理不锈钢气体熔池耦合活性TIG焊高温熔池金属,通过控制开始冷却时间,在不影响焊缝成形的前提下,保留N元素在高温熔池内的分布状态,并采用俄歇电子能谱(auger electron spectroscopy, AES)分析了不同位置处N元素的分布规律.结果表明,在熄弧前0.6 s开始冷却时,骤冷效果最好.熔池内N元素沿深度方向整体呈现均匀分布,局部存在较大范围波动;熔池前部和后部边缘位置的氮含量略高于中心位置,熔池中部边缘位置的平均氮含量略低于中心位置;熔池后部总的平均氮含量略高于熔池前部,熔池中部总的平均氮含量介于两者之间.     

搭接中心距对电弧增材熔池流动及熔积层形貌影响的数值模拟

搭接中心距对电弧增材搭接熔积的熔池流动及熔积层形貌有重要影响,为探究其影响机理,建立了钨极气体保护焊(Tungsten inert gas welding, TIG)电弧增材成形过程的三维数值模型,研究了不同搭接中心距对熔池流动及熔积层形貌的影响。结果表明：不同搭接中心距下熔池表面温度峰值相近,约为1900 K,表面流速呈非对称的双峰式分布。当搭接中心距小时,由于第一道焊道的支撑作用,使得第二道焊道横截面熔池流动和形貌不对称,熔池深而窄,熔池流动为单向的顺时针环流,左侧流速普遍大于右侧;随着搭接中心距的增大,第一道焊道的支撑作用逐步减弱,使得搭接焊道横截面熔池流动逐渐变为以第二道焊枪中心线为对称轴,左侧顺时针、右侧逆时针的两个环流,两侧流动逐渐对称,搭接熔池宽度逐渐增大、深度逐渐减小,两焊道逐渐分离并出现波谷,当搭接中心距为6 mm时熔积层形貌最平整。模拟与试验结果基本吻合,本研究结果可为电弧增材工艺参数调控提供理论支撑。     

活性剂对镁合金TIG焊接熔深的影响

根据最大熔深时TiO2,Cr2O3,CdCl2和ZnCl2活性剂中元素在焊缝中的分布分析了熔池的流动情况,在此基础上对上述4种活性剂对镁合金交流TIG焊接熔深的影响进行了研究．结果表明,这4种活性剂均可增加焊缝熔深,活性剂的涂敷量均有一个饱和值．加大涂敷活性剂后不同程度的改变了熔池中Mg,A1元素的分布．涂敷CdCl2,ZnCl2后在焊缝中没有观察到活性剂元素,而涂敷TiO2,Cr2O3后在焊缝中观察到了Ti,Cr,O元素,氯化物活性剂增加熔深的机理主要是活性剂与电弧的相互作用,氧化物活性剂增加熔深的机理主要是活性剂与熔池金属的相互作用．     

铸造镁合金ZM5的A-TIG多层补焊工艺与性能研究

采用了活性钨极氩弧焊(A-TIG)对铸造镁合金ZM5的中厚板进行多层补焊。研究了多层补焊时TIG,A-TIG焊接方法对铸件焊缝熔深和性能的影响规律。研究表明,采用TIG焊与A-TIG焊对不同坡口深度多层补焊,在相同的焊接参数条件下,A-TIG补焊深度明显高于TIG焊,且焊缝中无焊接裂纹缺陷;当补焊相同的熔深时,TIG焊焊接电流远大于A-TIG焊的,同时出现热影响区(HAZ)组织恶化、焊接裂纹缺陷、合金元素烧损。分析表明,A-TIG补焊工艺性能优于TIG补焊工艺性能,主要是由于活性剂与电弧、熔池的相互作用所致。     

超声辅助对激光熔覆Al2O3-ZrO2陶瓷涂层力学性能的影响

目的 探究超声辅助对钛合金表面激光熔覆Al2O3-ZrO2陶瓷涂层力学性能的影响。方法 使用COMSOL Multiphysics仿真软件,探究熔覆工件中有无超声作用下流场的变化,并将超声波直接引入熔池微区,研究超声辅助对Al2O3-ZrO2陶瓷涂层截面形貌、微观组织、元素分布、显微硬度和摩擦磨损性能的影响。结果 仿真结果表明,无超声时熔池横截面涡流大小呈对称状,流速较为缓慢,超声辅助下熔池截面的声速大小瞬时变化,熔池内流体的流速提高。实验结果表明,超声辅助下,熔覆层的截面形貌发生了一些变化,但抑制了熔覆层裂纹的产生。熔覆层晶粒尺寸细化,尤其是当激光功率为1700 W时,晶粒尺寸最小且相对更加致密;熔覆层内元素分布更加均匀,且界面效应降低。熔覆层的力学性能提高,激光功率为1700 W时,熔覆层平均显微硬度值为979.4HV0.2,相同激光功率下,超声辅助的熔覆层具有更大的平均显微硬度值。超声辅助下熔覆层的摩擦系数和波动幅值都较小,激光功率为1700 W时的摩擦系数最小(约为0.329)且波动较为平稳。结论 超声波直接引入熔池微区可以有效提高熔池的流动性,同时细化了晶粒,均匀化了元素分布,提高了熔覆层的力学性能。     

工艺参数对钛合金激光熔覆 CBN 涂层几何形貌的影响

目的获得制备形貌较佳的CBN激光熔覆层的工艺参数。方法以CBN粉末为熔覆材料,在TC11钛合金表面制备CBN熔覆层。设计正交试验,利用金相法检测熔覆层的几何形貌参数,研究工艺参数(激光功率、扫描速度、离焦量、预置层厚度)对涂层几何形貌的影响规律。结果随着激光功率、扫描速度、离焦量和预置层厚度的增大,熔覆层宽度、高度以及熔池深度都发生相应的改变。其中扫描速度对熔覆层形貌的影响最大,其次为激光功率和预置层厚度,离焦量的影响最小。随着激光功率增大,熔覆层宽度先增大后减小,熔覆层高度逐渐降低,熔池深度逐渐增大。扫描速度、离焦量和预置层厚度的增加都导致熔覆层宽高和熔池深度的减小。结论最优的工艺参数为:激光功率1400W,扫描速度4mm/s,离焦量35mm,预置层厚度0.4mm。     

无氧铜接触线加工工艺及产品性能研究

通过对引进上引法无氧铜杆生产线的技术改造,试制了无氧铜接触线,并研究了无氧铜接触线加工工艺及产品性能.结果表明:Fe含量对无氧铜接触线电阻率影响较大,对于85 mm2无氧铜接触线,在w(Fe)超过20×10-6时,电阻率超标;S、O、H含量对其强度及电阻率影响不大,但对其塑性影响较大,当w(S)超过38×10-6、w(O)超过8×10-6、w(H)超过0.6×10-6时,无氧铜接触线塑性显著下降.S含量取决于电解铜原料,Fe、O、H含量取决于上引法连铸的生产工艺过程.