热时效对A7N01铝合金焊后残余应力及性能的影响

为研究热时效参数(温度和时间)对铝合金焊接接头残余应力和力学性能的影响规律,对A7N01铝合金焊接部件进行不同参数下的热时效,采用钻孔应变释放法测量时效前后接头焊接残余应力。结果表明,在120~200℃内提高热时效温度有利于焊后残余应力的消除,而延长保温时间并没有显著效果,热时效参数为200℃×2 h时平均下降率能够达到35%;经过200℃×2 h时效处理后焊接接头抗拉强度达到JISZ3040规定的不小于285 MPa的要求,屈服强度和抗拉强度均高于焊态;200℃×2 h时效后接头在100 MPa应力下试样没有发生破裂,疲劳强度为136 MPa,与焊态下131 MPa相比有所提高,力学性能达到标准要求。     

AZ31B镁合金双弧焊接温度场及残余应力有限元分析

为获取AZ31B镁合金薄板非熔化极气体保护双弧焊(double-electrode gas metal arc welding,DE-GMAW)焊接残余应力场分布,用ANSYS软件对焊接过程进行数值模拟,探索焊前预热对镁合金残余应力的影响规律。建立双弧热源模型,通过热应力耦合法,先计算焊接温度场进而计算应力场。获得焊件残余应力的分布规律,沿着焊缝纵向残余应力最大值约为41 MPa,焊缝两端即起弧和熄弧处受较大横向压应力作用,最大值达55.6 MPa;采用盲孔法进行试验测量,测量结果与模拟结果一致。通过实测数据与模拟结果分析,表明镁合金DE-GMAW焊接残余应力的分布特点;镁合金焊前预热温度为100℃时,能够有效降低焊件的残余应力。     

激光冲击强化钢的残余应力数学建模分析

为分析钢在激光冲击强化后的残余应力，以SAPH420结构钢为例，进行激光冲击强化处理。用有限元和无限元结合构建钢残余应力的有限元模型，计算残余应力。结果表明：激光冲击的光斑搭接率为75%时，压应力约为814 MPa，激光冲击时间为3 500 ns时，内能、塑性能及弹性能分别约为65、60、10 mJ，激光冲击强化后钢表面平均硬度为350HV_0.2，屈服强度和抗拉强度分别超过587.3 MPa和594.4 MPa，疲劳性能提升，残余应力影响的最大深度为0.35 mm，有利于提升钢的使用寿命。     

爆炸冲击焊接钢筋温度模拟仿真

为研究爆炸冲击下建筑用焊接钢筋的稳定性,模拟仿真爆炸时间、爆炸冲击波强度、热传导计算、不同工况损伤、与水平距离等对其温度的影响。结果表明:随爆炸时间增加,钢筋温度上升,接近爆炸点处钢筋温度上升速度最快;远离爆炸点处钢筋温度较低,上升平稳;温度随爆炸冲击波强度增加而升高,当爆炸时间为10 ms,爆炸冲击波强度为400 MPa时,钢筋温度达850℃;热传导计算准确性高,与实测值较吻合;不同受火方式下严重损伤区占比与升温时间正相关,爆炸后四面受火时,严重损伤区占比高达90%;水平距离越大钢筋温度越高。     

铝-镁异种合金搅拌摩擦焊的数值模拟

建立铝-镁异种合金搅拌摩擦焊的数值模型.用耦合欧拉-拉格朗日方法对铝-镁合金焊接过程的温度、残余应力、材料流动和焊接缺陷进行预测.结果表明:Al侧的温度、梯度略高于Mg侧.最高温度出现在轴肩热影响区,达626℃.随转速增加,纵向、横向残余应力减小,纵向残余应力明显大于横向,Al侧最大纵向拉伸残余应力达125 MPa,搅拌头偏置对残余应力的影响不明显.另外,材料流动速度对焊接缺陷影响明显,模型准确预测孔洞缺陷的产生.     

焊后热处理对FSW和TIG焊残余应力影响的数值模拟

为展示FSW在焊接残余应力方面的优势和特点,采用顺序热力耦合模型模拟FSW和TIG两种焊接构件的残余应力,在与已有文献验证对比的基础上,讨论和对比焊后热处理工艺对残余应力分布的影响。结果表明:FSW的焊后残余应力低于TIG焊接,在焊接厚度方向上,FSW的残余应力有较明显的变化,而TIG焊的残余应力变化很小;热输入功率的改变对TIG纵向残余应力的影响相对较小,而对FSW的影响较大;随着热处理温度的升高,焊后热处理对残余应力的降低作用越明显;同样的焊后热处工艺对TIG焊的残余应力降低更为明显。     

连续油管钢带斜焊温度场及残余应力场数值模拟

采用有限单元法,模拟连续油管钢带斜焊及形变热处理过程中温度场和残余应力场的分布情况。结果表明:在焊接过程中焊缝附近温度梯度很大,远离焊缝的地方温度梯度渐渐趋于平缓;随着焊接热源的移动,温度中心也随之移动,最高温度可达母材的熔点,能量集中在很小的范围内,造成高度集中的瞬时热输入。焊后残余应力主要集中在焊缝附近,最大应力值为432 MPa;形变热处理之后残余应力集中分布在热处理区域的边界,最大应力值为431 MPa。对比发现形变热处理并不能减小或消除焊接残余应力,只能使残余应力重新分配,远离焊缝附近,使该位置的材料趋于安全。     

焊接叶轮残余应力的数值模拟

采用双椭球热源模型建立叶轮TIG焊接的移动热源模型,以计算得到的温度历史作为热载荷,计算焊缝附近的残余应力分布,通过对比已有的文献实验数据以验证模型的有效性。进一步建立叶轮残余应力和残余变形的计算模型,分析焊接温度历史、叶轮应力和变形历史之间的内在联系,研究焊接参数和叶轮参数对焊后残余应力和残余变形的影响规律。分析结果表明:在叶轮叶片焊接时,获得的热应力随焊接温度的增加而增加,当焊接温度达到峰值时,热应力滞后几秒达到最大值;随着叶片厚度的增加,焊接变形略有减小,远离焊缝位置的叶片残余应力随叶片板厚增加而减小,同时叶片的残余应力和变形与叶片和叶轮的刚度比有关。     

微弧等离子喷涂制备空心莫来石隔热涂层研究

采用微弧等离子喷涂方法制备了空心微珠莫来石隔热涂层。研究了涂层的结合强度、隔热性能和抗热震性能。实验结果表明：拉伸断裂发生在莫来石涂层内,涂层的平均结合强度约为5.63 MPa;稳态测量涂层隔热温度,当涂层表面温度为400℃～800℃时,涂层的隔热温度变化范围为11.5℃～40℃;热震温度为400℃～800℃间隔100℃时,涂层的抗热震次数分别为165、135、117、81和34次;涂层先从试样边沿开始剥落,并呈加速剥落的趋势。涂层失效主要原因是由于热震过程中残余应力积聚造成的。     

NEPE推进剂固化降温过程残余应力应变分析

为研究硝酸酯增塑聚醚（NEPE）推进剂药柱固化与降温过程中残余应力/应变的形成机制,基于ABAQUS有限元软件对推进剂在固化与降温过程中的温度场、固化度场和应力/应变场进行数值分析。结果表明,NEPE推进剂药柱在50 ℃高温固化过程中,药柱内部存在温度梯度与固化速率梯度,药柱截面中心位置温度与固化速率较高,但在固化完成时内部固化度趋于一致,药柱内部的温差不会影响药柱最终的残余应力和残余应变;NEPE推进剂药柱在固化与降温2个阶段中,总残余应力/应变基本符合应力/应变叠加原理,药柱的残余应力/应变主要由固化收缩应力/应变与降温过程产生热应力/应变构成,总残余应力在这两阶段占比分别约为20%与80%,总残余应变占比分别约为30%与70%;本方法获得的残余应力/应变与传统采用温度折算方法计算结果分布趋势基本一致,但计算结果整体偏小。     

铝铜超声波焊接接头组织、性能及电阻研究

用紫铜和1060铝合金进行超声波焊接,对焊接接头表面形貌、界面中心温度峰值、界面特性、接头力学性能和电阻进行分析。结果表明:过高的焊接压力不利于工件连接;界面中心峰值温度最高约为330℃,说明超声焊接属于固相焊接;界面处发生较大的塑性流动,铝侧和铜侧均出现互渗,在接头边缘区域尤为明显,存在明显机械互锁;在焊接参数为0.3 MPa、1.5 s、50%时剪切强度最大,达24.19 MPa;界面连接处硬度约为45HV～90HV,超过铝母材硬度。研究焊后电阻与焊接质量关系,基于电阻的无损检测可用于超声波焊接的初步质量评价。     

钢桥面板U肋焊接处残余应力影响因素

以某跨海大桥钢桥面板U肋为研究对象,用ProCAST软件对钢材焊点残余应力进行计算机模拟,在冷却条件和稳态条件下,计算顶板与U肋间的纵向残余应力,改变顶板厚度、顶板宽度、焊件长度、U肋高度、坡口角,分析不同因素对残余应力的影响。结果表明:在稳态条件下,顶板宽度、U肋高度和坡口角对钢材U肋焊接处的残余压应力影响显著,而顶板厚度和焊件长度对焊接处残余压应力影响不明显。因此用顶板上缘和U肋内侧计算钢材残余应力是最优方案。     

超声冲击时间对SMA490BW钢焊接接头组织与性能的影响

对转向架用SMA490BW钢焊接接头表面进行10、15、20 min的超声冲击,在相同应力水平下进行接头疲劳试验,对比试件不同时长冲击后的疲劳寿命。通过金相、表面硬度、残余应力、表面粗糙度测试分析超声冲击提高SMA490BW钢焊接接头疲劳寿命的机理。结果表明：超声冲击处理可提高焊接接头表面硬度、降低表面粗糙度,并引入了残余压应力。超声冲击处理后试样的表层组织塑性变形大,晶粒被拉长、破碎,形成了塑性变形层。超声冲击处理10、15、20 min后,平均疲劳寿命分别提高了82%、342%、482%。     

超声冲击处理对P265GH厚板焊接残余应力的影响

为研究超声冲击(UIT)对P265GH钢厚板焊接接头残余应力的影响,制备50 mm厚对接焊试样,采用X射线衍射法(XRD)测试焊接接头经超声冲击前后的表层及沿深度残余应力分布。结果表明:经过超声冲击后,冲击区的表面拉伸焊态残余应力全部转变为压缩应力,其峰值达到熔敷金属的室温屈服强度;超声冲击对横向、纵向残余应力深度和幅值的结果基本一致,对冲击区外的原始残余应力影响不显著;超声冲击后的纵向压应力深度达到(1.9～2.5)mm,横向约为3.3 mm,且横向和纵向压缩应力峰值达到熔敷金属的屈服强度,在距表面约为0.8 mm处。     

国产T23钢再热裂纹敏感性试验研究

采用斜Y型坡口焊接裂纹试验方法研究再热温度对国产T23钢再热裂纹敏感性的影响,探讨国产T23钢再热裂纹形成机理。结果表明,国产T23钢有再热裂纹倾向,再热裂纹敏感温度区间为550~690℃,在620℃时再热裂纹敏感性最大,再热760℃则无再热裂纹产生。分析认为,晶界的弱化和晶内的强化是T23钢再热裂纹形成的内因,外因则是高拘束导致的焊接残余应力。     

铝合金搅拌摩擦焊温度场及残余应力场研究

建立8 mm厚铝合金板有限元模型模拟搅拌摩擦焊稳态和动态过程,得到温度场和残余应力场的分布,将稳态及瞬态残余应力与实测值进行比较,分析了下压力和主轴转速改变对温度场和残余应力场影响,为实际工艺提供合理的取值范围。结果表明:应力温度非对称分布随转速、下压力增大而增强;稳态计算结果与瞬态计算结果在焊缝区、热机影响区、热影响区分布趋势一致,数值相差较小,可用稳态计算代替瞬态计算;上、下表面残余应力分布形式相似、个别数值略有差异,残余应力以纵向应力为主,轴肩处拉应力最大为90 MPa,远离焊缝的母材区压应力最大为40 MPa。     

影响纳米铝粉活性的壳层因素的TG-DSC研究

采用TG-DSC研究不同包覆壳层厚度、不同壳层种类纳米铝粉的热性能,并对影响纳米铝粉活性的壳层因素作了深入分析。结果表明:同一粒径的纳米铝粉,包覆层越厚,氧化前的质量损失比例越大,氧化增加的质量分数越小,10%和30%高聚物包覆的50 nm铝粉在520~800℃增加的质量23.5%和17.4%,而5%和10%高聚物包覆的100 nm铝粉则增加质量42.5%和36.5%;50 nm铝粉在熔点前的能量释放速率最快,达到最大氧化速率时的温度远低于100 nm铝粉,二者为550℃和590℃,但其活性低于100 nm铝粉。纳米铝粉经高聚物包覆后经185℃热解处理能显著降低壳层厚度,并提高纳米铝粉样品的热性能。     

影响纳米铝粉活性的壳层因素的TG-DSC研究

采用TG-DSC研究不同包覆壳层厚度、不同壳层种类纳米铝粉的热性能,并对影响纳米铝粉活性的壳层因素作了深入分析。结果表明：同一粒径的纳米铝粉,包覆层越厚,氧化前的质量损失比例越大,氧化增加的质量分数越小,10%和30%高聚物包覆的50 nm铝粉在520~800℃增加的质量23.5%和17.4%,而5%和10%高聚物包覆的100 nm铝粉则增加质量42.5%和36.5%;50 nm铝粉在熔点前的能量释放速率最快,达到最大氧化速率时的温度远低于100 nm铝粉,二者为550℃和590℃,但其活性低于100 nm铝粉。纳米铝粉经高聚物包覆后经185℃热解处理能显著降低壳层厚度,并提高纳米铝粉样品的热性能。     

底火初温对能量释放特性影响的实验研究

为了研究不同初温条件下底火的能量释放特性,在考虑热散失修正的基础上,设计了专门的微型绝热密闭爆发器,分别开展了绝热效果对比试验和3种初温条件下(-20 ℃、28 ℃和50 ℃)底火的击发试验研究,获得了不同工况下击发底火时密闭爆发器内压力随时间的变化关系。试验结果表明:对微型密闭爆发器进行绝热处理,压力损失和损失率分别降低了0.21 MPa和8.9%,而底火药的燃烧时间差别不大; 底火初温分别为-20 ℃、28 ℃和50 ℃时,底火击发后在微型绝热密闭爆发器中产生的最大压力依次为2.24 MPa、2.33 MPa和2.61 MPa,底火药的燃烧时间分别为1.30 ms、0.98 ms和0.78 ms,底火药燃气压力冲量分别为2.40 MPa·ms、2.29 MPa·ms和2.03 MPa·ms。由此表明,底火初温越高,底火药燃烧越猛烈,其燃烧时间越短,在密闭爆发器中产生的最大压力越高,但产生的压力冲量越小。该研究揭示了底火初温对其能量释放特性的影响规律。     

消除铝合金结构件焊接残余应力的工艺研究

研究了消除LC5 2热处理时效强化铝合金焊接残余应力的工艺 ,分析对比了热时效、振动时效 (VSR)和超声波时效三种不同消除铝合金焊接残余应力工艺的优缺点 ,指出合理的振动时效工艺是消除热处理时效强化类铝合金焊接残余应力的一种较理想的方法。利用ZSX - 0 5振动时效设备对铝合金结构件 (管箱体 )进行处理 ,可以明显降低和均匀化焊接残余应力 ,降低率可以达到 4 0 %以上