层间冷却时间及起弧方式对堆焊成型质量的影响

针对金属熔焊环形堆焊件,利用数值模拟与试验相结合的方式研究了焊道间冷却时间对环形堆焊件成型质量的影响,并通过试验研究了不同起弧方式对堆焊成形质量的影响。结果表明,随着堆焊层数的增多,热量逐层积累,逐层增加焊道间的冷却时间,焊件成型质量较好;采用旋转起弧点的焊接方式可以大大减少堆焊件在弧根和弧稍处的焊接缺陷。     

不同深度堆焊层表面残余应力的有限元分析

基于相同板厚工件的条件,利用有限元模拟软件Marc,综合考虑焊接热源、焊接与冷却时间等影响因素,建立了不同深度堆焊层焊接残余应力的有限元模型。利用盲孔法测量堆焊层中的残余应力值。有限元分析数据与试验的结果均表明焊接残余应力随着焊道深度增加而增加,且两者在趋势上吻合度较好。有限元模拟在提高参数精度的前提下,可指导堆焊残余应力的研究。     

高铬合金明弧堆焊工艺参数对堆焊层显微组织及硬度的影响

为满足单辊破碎机篦板的使用要求,对篦板进行堆焊处理。在不同参数下对高铬合金明弧堆焊进行了试验研究,分析了堆焊焊接过程中不同工艺参数对堆焊层的影响。结果表明,焊接速度、压道比率、焊接曲率半径对堆焊层的形貌、内部组织、力学性能存在不同程度的影响。随着焊接速度的提高,显微硬度有所提高。随着压道比率的增大,堆焊层成型更加美观。随着曲率半径的增加,堆焊层表面更平整,裂纹明显减少。热输入较小时显微组织细小均匀分布,热输入加大会出现尺寸较大的板条状碳化物,但随着热输入的进一步增加,板条状碳化物数量减小。当焊接速度为475mm/min、曲率半径为20 mm、压道比率为50%时堆焊层宏观形貌最好。     

金属堆焊成型层间应力分析及工艺优化

基于焊接有限元分析基本理论,采用Visual-weld调用Sysweld求解器对单道多层堆积熔焊进行了数值模拟计算和分析,得到了焊接件温度场、应力和变形场的变化规律,重点研究了焊接速度、焊接路径对焊接件残余应力的影响,并对优化的焊接工艺进行加工实验验证。结果表明,各层交接处及起弧和收弧处应力集中,为焊接危险区,熔焊区后层对前层有应力释放作用。金属堆焊速度越快,熔焊区纵向残余应力越大,横向残余应力越小;往返式堆积路径降低了焊缝稳定区和基板的残余应力,焊接变形小,改善了堆焊断弧处弧坑缺陷。     

低合金钢与不锈钢异质金属平板堆焊数值模拟

核电设备由于其复杂的服役环境,不同位置对材料提出不同要求,因此大量使用了异质金属堆焊。本文为研究异质金属堆焊接头温度场和焊接残余应力的分布规律,基于有限元分析软件ABAQUS,开发了用于模拟平板堆焊接头温度场、应力场的热-弹-塑性有限元计算方法。计算结果表明,所开发的基于高斯面热源的移动热源模型很好地拟合了实际生产时的熔池形态;同时由于材料性能的差异,在界面上存在明显的残余应力不连续的现象;在多道焊条件下后焊焊道对先焊焊道有一定的退火作用,可以适度降低先焊焊道时形成的残余应力。     

基于GMAW堆焊成形的堆焊层焊道搭接量及力学性能研究

以基于GMAW堆焊成形的堆焊层为研究对象,研究了其焊道搭接量模型,重点分析了焊道搭接量对堆焊层成形表面平整度的影响。通过试验对搭接模型的可靠性进行了验证,并对堆焊层横截面整体显微硬度进行测试,对堆焊层水平方向的力学性能进行了拉伸试验。结果表明:采用电流115 A、送丝速度50 mm/s、焊接速度6 mm/s这组成形工艺参数时,成形质量相对稳定,堆焊层成形表面平整度好;堆焊层的硬度从焊道底部向上逐渐增大,大致在150~180HV之间;堆焊层拉伸性能好,断口为韧性断裂,塑形好,能满足零件的使用性能要求。     

低合金钢厚板窄间隙激光焊接过程数值模拟

基于有限元软件ABAQUS对70 mm厚低合金钢板窄间隙双面激光焊接过程进行了数值模拟。首先根据激光焊接的特点,采用热流密度线性衰减的高斯圆柱热源和该高斯圆柱热源模型与高斯面热源的复合热源模型对激光填丝多道焊进行温度场仿真,得到了和试验焊接接头形貌相吻合的温度场分布。在此基础上,根据实际焊接试验的边界拘束条件,模拟得到了试件三个方向的纵向残余应力和横向残余应力分布,模拟结果表明:在厚度方向,横向残余应力和纵向残余应力均沿着初始焊道上下近似呈对称分布。在初始焊道处均有着最大的压应力,随着离初始焊道距离的增加,压应力逐步变化到较高拉应力再逐渐减小。     

双相不锈钢堆焊温度场数值模拟

采用有限元方法对2209双相不锈钢堆焊温度场进行了模拟,分析了道间冷却时间、焊接电流、电压及焊接速度对温度场的影响。结果表明,多层多道堆焊时,在道间留足够的冷却时间,可以降低各焊道的峰值温度和高温停留时间,降低后续焊道焊接时导致的温度升高,有利于保持堆焊层的相平衡;后续焊道堆焊时,会导致前面相邻焊道靠近后续焊道侧出现较高温度升高,对前面相邻焊道中心及更远处没有显著影响;多层堆焊时,后一层焊道焊接时,会导致前面一层对应焊道产生较高温升;焊接热输入增加,导致堆焊焊道峰值温度升高、高温区范围扩大,而且对前一道焊道造成的温升增大。     

不锈钢带极埋弧堆焊防剥离工艺优化研究

对不锈钢带极埋弧堆焊层进行热模拟试验，研究高温停留时间对堆焊层过渡区硬化层厚度的影响，用剪切试验检测不同硬化层厚度条件下的界面结合强度，用焊接数值模拟分析堆焊层数对界面残余应力的影响。研究结果表明：随着高温停留时间增加，堆焊层过渡区硬化层厚度增大，堆焊层与母材的结合强度降低。随着堆焊层数的增加，界面残余应力增大，堆焊层数达到6层残余应力为380 MPa。较小的热输入、较低的预热温度和层间温度、较少的堆焊层数，可以减小不锈钢带极埋弧堆焊过渡区硬化层厚度，提高堆焊层与母材结合强度，降低堆焊层界面残余应力，防止堆焊层剥离。     

6061铝合金搅拌摩擦增材堆焊工艺研究

采用搅拌摩擦增材制造技术进行A6061铝合金表面堆焊工艺试验。采用光学显微镜和扫描电镜观察堆焊层的晶粒组织形貌,分析工艺参数对堆焊层形状尺寸和晶粒尺寸的影响,并进行拉伸性能测试。结果表明：在其他工艺参数不变的情况下,金属棒料的旋转速度为338 r/min,送料速率为440 mm/min,刀具底部与金属底板表面的间隙为2.8 mm时,热塑变材料在长度方向的堆焊铺展效率最高;堆焊层的晶粒尺寸随着送料速率逐渐增加,表现为先显著减小而后逐渐趋缓;堆焊层的晶粒尺寸随着金属棒料旋转速度增加而增加;堆焊层各区域中的晶粒尺寸大小排列顺序为：中心>上方>下方;堆焊层材料的抗拉强度和屈服强度均略高于锻件材料,两者的延伸率则基本相当,堆焊层拉伸断口为典型延性断裂形貌。     

水蒸气保护堆焊技术与堆焊层质量控制

对水蒸气保护堆焊电弧及熔滴过渡的特点进行了分析和研究,若使送丝速度、焊接电流、焊接电压三者参数很好匹配,可使焊接过程呈“燃弧-熄弧-短路”形式,熄弧时间最短时,短路过渡频率最高,在这种情况下,焊道成形好、飞溅小、焊接过程稳定.结合生产实际,提出了水蒸气保护下常用堆焊工艺参数,以及焊接过程中的堆焊层质量控制方法.     

自保护药芯焊丝激光-电弧复合热源堆焊参数对焊道表面成形的影响

以自保护药芯焊丝(414N-O)为研究对象,借助焊道表面成形系数来评价自保护药芯焊丝激光-电弧复合热源堆焊焊道的表面成形特征,研究了自保护药芯焊丝激光-电弧复合热源堆焊过程中堆焊参数对焊道表面成形的影响. 结果表明,复合热源堆焊过程中,激光的加入明显降低了自保护药芯焊丝电弧作用点漂移概率,有效地克服了自保护药芯焊丝长弧堆焊气孔问题,降低了电弧对工件表面的作用能量. 堆焊参数中,光丝前后位置和光丝间距对焊道表面成形特征起决定性影响,激光前置时光丝间距对焊道表面成形影响显著,激光后置时则影响较小;光丝间距DLA=0 mm和DLA=+2 mm时,有利于焊道表面成形;光丝间距DLA=-2 mm时,恶化了焊道表面成形;激光功率、堆焊速度、堆焊电流和堆焊电压对焊道余高影响显著,激光功率、堆焊电流和堆焊电压对焊道表面成形系数影响显著,焊丝伸出长度对焊道余高和焊道表面成形系数影响较小.     

工艺路径对多层多道激光熔覆残余应力的影响

采用盲孔法测量Q345钢块表面多层多道激光熔覆Co基涂层的残余应力,研究了熔覆工艺路径对激光熔覆残余应力的影响.结果表明,平行焊道方向的残余应力远大于垂直焊道方向的应力,且均为拉应力;增加激光熔覆层单层厚度,熔覆层及试板背部基材残余应力明显增大.与两层熔覆层激光焊道平行叠加的熔覆路径相比,采用两层熔覆层垂直交叉的熔覆工艺路径,降低了熔覆层的残余应力,采用分区熔覆且每个区域各熔覆层垂直交叉堆焊的熔覆工艺路径,熔覆层残余应力水平最低;熔覆前对试板进行2 mm的预弯变形对涂层残余应力影响不明显,但显著降低了试件背面的残余应力.     

合金钢自动堆焊

自动堆焊是一种用埋弧焊的方法,在金属部件表面上堆敷一层特殊用途合金的焊接方法。堆焊设备弧焊机由于交流弧焊机的电弧不稳定,堆焊合金钢焊丝时,合金成分烧损大,而且堆焊层的成型差,故我们在进行合金钢自动堆焊时,不采用交流弧焊机,而采用AB—500型直流弧焊机。最近我们又试制成功硅整流1200安大容量弧焊机,其电气原理见图1。     

利用等离子弧堆焊获得铁基合金+碳化钨硬质合金的复合堆焊层

利用新研制的外送碳化钨等离子弧焊枪系统 ,对F32 1铁基合金粉末和机械破碎的碳化钨硬质合金颗粒进行了堆焊 ,获得的复合堆焊层碳化钨合金颗粒分布均匀 ,堆焊层缺陷率低 ,焊道成型良好 ,碳化钨合金颗粒的质量分数可达 40 %～ 42 % ,堆焊后的碳化钨合金颗粒硬度值仍保持了原有的高硬度 ,颗粒表层重熔量小 ,合金元素扩散率低 ,获得的堆焊层胎体组织为马氏体 残余奥氏体 共晶 (马氏体 碳化物 ) ;碳化钨合金颗粒周围鱼骨状共晶没有扩散到胎体马氏体中 ,避免了复合堆焊层的整体脆化。试验对堆焊层的平均孔隙缺陷率进行了测算 ,测算结果为碳化钨合金颗粒平均孔隙缺陷率低于 1.5 % ,并对裂纹、孔隙分布及产生原因进行了分析     

347型不锈钢丝极埋弧堆焊材料的研制与应用

研制开发347型不锈钢丝极埋弧堆焊材料,包括H309SL和H347SL不锈钢焊丝以及匹配焊剂SJ661和SJ667,解决了采用不锈钢焊条SMAW时堆焊效率低、堆焊焊道表面质量差、成本高、影响生产进度等问题.采用该套材料进行不锈钢丝极埋弧堆焊试验,堆焊层理化性能优良,整体性能达到带极堆焊水平,已经应用于石油石化等压力容器...     

超高速预应力磨削实验研究

基于一种预应力切削方法及理论,进行了GCr15轴承钢预应力磨削实验,对磨削力进行了测量,并分析了加工后的工件表面形貌。实验结果表明:磨削力随砂轮线速度的增大而减小,随工件速度、磨削深度的增大而增大,但基本不受预应力的影响;随着预应力的增大,加工表面的残余拉应力逐渐下降,逐渐产生残余压应力,磨削烧伤程度和凹痕深度略微加深,但预应力在某一区间时,工件表面质量较好,且存在残余压应力,从而验证了超高速预应力磨削的可行性。     

压力容器不锈钢堆焊层剥离行为的研究

在核反应堆的压力容器制造时,为获得压力容器长久的耐腐蚀性,常在压力容器内壁熔敷奥氏体不锈钢。堆焊界面两侧材料组织性能差别很大,在焊接过程中发生剧烈的传热传质现象,大厚度堆焊的容器在堆焊界面处发生剥离现象,导致产品失效。通过显微观察及硬度测试,发现堆焊界面熔合区位置存在不同硬度的三明治夹层结构;利用ABAQUS有限元软件进行堆焊过程的数值模拟,比较不同厚度的堆焊层的界面残余应力,计算结果表明随着堆焊厚度增加,堆焊界面焊后残余应力水平升高。试验与计算结果表明,焊后组织与应力不均匀性,是导致压力容器在服役的过程中堆焊界面发生剥离的主要因素。     

核电管道安全端异种金属焊接接头表面堆焊的有限元分析

根据热弹塑性有限元分析原理,建立核电管道异种金属焊接接头表面堆焊修复的有限元模型。应用ANSYS软件模拟某核电厂稳压器安全端接管堆焊修复试验过程,计算分析焊接温度场和应力场及焊接残余应力。结果表明,焊接过程中的不均匀热过程直接引起了复杂的应力状态。焊接过程中,环向应力变化比轴向应力快,环向残余应力比轴向残余应力大。堆焊后,在原管道内表面原焊缝附近形成了压缩残余应力,沿半径方向残余应力由拉应力逐渐向压应力过渡。     

TC4钛合金微束等离子弧堆焊接头成形研究

分析研究了TC4钛合金薄板微束等离子弧堆焊工艺参数对接头成形的影响。试验结果表明,随焊接电流的增加,堆焊高度明显减小,堆焊宽度明显增加;随焊枪与焊件距离的增大,堆焊高度略微增加,堆焊宽度略微减小;随送丝速度的增大,堆焊高度和堆焊宽度均显著增加。热输入和稀释率是导致上述试验结果的主要原因。