可调拘束实验测量的焊接凝固裂纹阻力曲线的有限元法修正

利用有限元法对横向可调拘束实验进行了数值模拟,得到了不同弯曲应变条件下熔池尾部的局部应变,结果表明：在进行可调拘束实验过程中,焊接熔池尾部确实存在应变集中,从而对实验测得的平均应变即材料凝固裂纹阻力进行了修正．此外,将横向可调拘束实验模拟得到的局部应变与采用高速摄影和可调拘束相结合测量得到的局部应变进行了对比,能够较好的吻合．同时,计算了不锈钢SUS310焊接凝固裂纹驱动力,并与修正后的阻力曲线进行比较,预测了凝固裂纹敏感性,预测结果与实验结果相符．说明利用横向可调拘束实验结合数值模拟方法,能够定量预测焊接凝固裂纹．     

多束流电子束薄板焊接应力变形数值模拟

为了减小薄板结构的焊接变形,基于电子束高频偏转扫描技术在焊缝两侧添加辅助扫描热源实现了多束流电子束焊接及焊前预热. 建立了矩形均匀加热辅助热源模型,采用热弹塑性有限元分析方法对1.5 mm厚304不锈钢薄板进行多束流电子束焊接数值模拟,并进行了试验验证. 结果表明,焊后残余应力和变形的实测结果与模拟结果吻合良好,多束流电子束焊接方法不仅可以改变熔池前方材料的受力状态,而且可以减小熔池形成瞬间熔池前方材料的压应力峰值,有利于减小熔池的前方压缩塑性应变,进而减小薄板结构的焊接变形.     

焊接现场脉冲GTAW熔池图像动态检测

通过熔池的动态观测可以获得焊接过程的稳定性和连续性等信息.熔池的动态观测目前基本上停留在试验室阶段,焊接现场对熔池进行观测在改进工艺和指导生产等方面更具意义.针对焊接现场焊接电源不能修改,非计算机可控,电流电压波形未知等问题,在焊接现场建立了一套焊接熔池图像动态检测系统.根据焊接现场脉冲GTAW的特点,采用"外同步取像"方式确定了焊接现场取像的关键制约因素--取像时刻;并利用电弧光谱分析建立了减小弧光干扰的复合滤光系统;在适合的取像时刻,CCD摄像系统配合复合滤光系统,在焊接现场检测到了清晰的熔池图像.     

基于阴影的激光深熔焊熔池形态分析

熔池形态特别是熔池体积使用现有测量手段难以直接进行测量.采用大功率盘形激光对304型不锈钢厚板进行平板堆焊,通过外加辅助强红外激光光源投射熔池阴影,采用高速摄像机加装组合滤光片摄取清晰地熔池及其阴影动态图像,提取焊接过程中熔池投射阴影的面积变化,并进行一元线性回归和相关性分析.结果表明,熔池的阴影面积变化与焊接质量存在正相关性,为焊接质量检测提供了新方法.     

不锈钢焊接凝固裂纹应力应变场数值模拟结果分析

对不锈钢凝固裂纹的驱动力即熔池尾部应变场进行了模拟.首先,通过单元再生方案,消除了焊接构件中熔池变形对熔池尾部应力应变场的影响.其次,通过加大材料的线膨胀系数,考虑了凝固收缩对熔池尾部应力应变场的影响,最终得到了各种条件下的焊接应力 -应变场.此外,本文将机械应变随时间变化的关系曲线处理成机械应变随温度变化的关系曲线,从而获得了凝固裂纹驱动力,为凝固裂纹的预测奠定了基础.     

激光焊接过程中残留液体金属的高速高倍在线观察

采用高速摄像机和光学显微镜构成的摄像装置对激光焊接熔池后端的凝固行为进行高速高倍摄像,详细记录了柱状晶从液态熔池后部析出过程以及残留在巳析出柱状晶周围的液体金屑的凝固行为.采用液体Sn急冷将焊接过程中正在凝固的焊缝金属冷冻保存到室温,并与高速高倍摄像观察到的熔池后端的凝固行为进行了对比分析.对3种奥氏体不锈钢材料焊缝凝...     

AZ31镁合金焊缝基于超声搅拌的晶粒细化方法探究

细小晶粒可以优化焊缝的力学性能,降低凝固裂纹的敏感性。该研究利用一个基于外加超声能量的全新晶粒细化方法,将超声能量直接导入焊接熔池,改变了焊接熔池的凝固过程,促进焊接熔池凝固过程中的形核,即将1根超声探针(钨丝)在电弧后面一定距离插入焊接熔池并进行超声频率搅拌,并且利用该方法在AZ31镁合金焊缝中得到了非常理想的晶粒细化效果。同时,根据试验结果及超声搅拌理论分析了AZ31镁合金焊缝晶粒细化的理论机制及超声振幅对晶粒细化效果的影响规律等。     

X70薄壁压力管道在役焊接烧穿试验研究

利用自行研制的在役焊接模拟试验装置,以X70管线钢为试验材料进行了在役焊接烧穿试验。测量了焊接烧穿时的工艺参数,并研究了焊接条件对烧穿形貌和变形的影响。试验结果表明:常规水冷条件下发生烧穿的热输入比常规空冷大,由于管内水介质的压力作用,导致3 MPa水冷所需要的烧穿热输入比常规空冷、水冷条件下小得多。常规空冷条件下,整个熔池被电弧热直接熔透;而常规水冷条件时,熔池前端的高温区最先发生烧穿失稳;在役焊接条件下的烧穿,只是在熔池高温区形成极小的烧穿孔洞。在役焊接时,在管内介质压力和快速冷却的共同影响下,焊接接头产生的是"外凸"变形。     

ARAMIS应变测量系统在铝合金材料拉伸试验中的应用

对5052铝合金板材进行了单向拉伸试验,利用ARAMIS三维光学变形和应变测量分析系统获得了铝合金材料在拉伸过程中的应变场。试验结果表明,利用ARAMIS系统可以动态、准确地测量铝合金板材在拉伸过程中的应变,获得应变云图;通过拉伸过程中各阶段的应变分布云图和不同位置处的应变变化曲线,结合金属学原理,可以深入了解金属拉伸过程屈服阶段吕德斯带的形成以及变化情况,并测量得到铝合金材料发生颈缩失稳现象时的应变集中带,有助于深入了解铝合金材料变形破坏机制。     

熔池自由表面形貌测量的研究现状及展望

熔池自由表面形貌承载着与焊接质量相关的很多信息,其动态变化反映焊接过程的稳定性、焊接熔透状态等。测量熔池自由表面形貌对研究焊接热物理过程,建立复杂焊接过程数学模型,实现熔透控制及发展智能化焊接具有十分重要的理论意义和实用价值。但因熔池自由表面的动态快速变化,类镜面反射以及强弧光干扰使基于视觉传感测量获得的熔池自由表面形貌误差较大,因此详细阐述了国内外熔池自由表面形貌的二维和三维测量方法原理,深入分析各种测量方法的优缺点,展望熔池自由表面测量发展方向,进一步指出熔池自由表面测量的可视化为研究熔池动态行为提供了一种新途径。     

相变潜热对铍材激光钎焊熔池内流场和温度场动态行为的影响

为了能够反映固液相变过程中潜热等对熔池动态行为的影响,基于旋转高斯体热源与高斯面热源相结合的混合热源模型,分析了相变潜热对焊接熔池温度场和熔池形状的影响.计算结果表明,在铍材激光钎焊过程的温度场和流场分析中,潜热的影响不是总可以忽略的,其误差取决于材料在物相转变时交界面温差的范围及材料熔解体积的大小.与不考虑相变潜热的情况相比较,考虑相变潜热时显示出较低的最高温度、较小的熔池范围和较窄的热影响区.通过对铍材焊接温度场、焊缝断面形状模拟结果与实际热循环曲线以及焊接接头形状的对比,表明,考虑潜热的计算模型会得出更精确的结果.     

激光-等离子弧复合焊接熔池流动和传热的数值分析

建立了激光-等离子弧复合焊接过程中液相区、糊状区和固相区的统一模型,在模型中同时考虑了表面张力、热浮力和电磁力的作用,通过数值计算得到了熔池的速度场和温度场,重点研究了电磁力对熔池流动和传热的影响.结果表明,在熔池形成的初始阶段,表面张力对熔池中的对流和传热起主要作用,而电磁力的作用受到抑制,随着熔深增加,电磁力作用增强并引起涡旋,导致熔深和下表面熔宽增加.针对1420铝锂合金的复合焊工艺试验表明计算结果与实际相符合.     

激光-等离子弧复合焊接熔池流动和传热的数值分析

建立了激光一等离子弧复合焊接过程中液相区、糊状区和固相区的统一模型，在模型中同时考虑了表面张力、热浮力和电磁力的作用，通过数值计算得到了熔池的速度场和温度场，重点研究了电磁力对熔池流动和传热的影响。结果表明，在熔池形成的初始阶段，表面张力对熔池中的对流和传热起主要作用，而电磁力的作用受到抑制，随着熔深增加，电磁力作用增强并引起涡旋，导致熔深和下表面熔宽增加。针对1420铝锂合金的复合焊工艺试验表明计算结果与实际相符合。     

脉冲个数调频对铝合金双脉冲焊性能的影响

在保证焊接热输入不变情况下,利用同时改变强弱脉冲个数的方法实现双脉冲低频的调频,并基于直接的电信号波形、间接的焊缝宏观和微观金相对三组不同频率双脉冲和一组单脉冲进行焊缝质量比较.结果表明,双脉冲对熔池的搅拌作用使得焊缝质量优于单脉冲,同时随着双脉冲低频频率的变化,在调制频率3.8 Hz时接近熔池振荡频率,使振荡加强,焊缝热影响区减小,晶粒组织细化,焊接性能最好.     

大线能量焊接EH36船板钢FCB焊接接头组织与性能

对工业化试制的32 mm厚大线能量船板钢EH36进行热输入为228 k J/cm的FCB法焊接试验,并研究了焊接接头的组织和力学性能。结果表明:焊接热影响区的过热粗晶区原奥氏体晶粒尺寸达到300~500μm,组织主要由少量晶界铁素体和晶内形核铁素体(约60%~80%)组成,是该区焊接时峰值温度达到δ相转变温度以上并停留较长时间造成的,并给出δ相转变温度及奥氏体晶粒尺寸与峰值温度之间的关系;粗晶区由15~30μm的多边形铁素体与3~10μm的针状铁素体(10%~20%)构成;细晶区包含10~20μm的多边形铁素体和小于等于10μm的珠光体;临界区表现为混晶组织。焊接接头热影响区的冲击功A_(kv)≥100 J(-20℃),拉伸试样断裂于母材,接头性能满足要求。     

热影响区软化的X70管线环焊缝应变容量分析

针对一种拉伸试验断裂于热影响区附近的X70管线环焊接头,通过数值仿真和韧性试验分别获得断裂驱动力和断裂阻力曲线. 在此基础上使用切线法预测该环焊接头具有较高的拉伸应变容量,与宽板拉伸试验结果一致. 结果表明,与现行标准中要求焊接接头强匹配,并且拉伸试验不应断于“近缝区”的准则相比,使用延性撕裂行为进行热影响区软化环焊接头的定量分析,可以避免对材料性能的过度要求,并且能科学有效的预测环焊接头拉伸应变容量.     

9%Cr-1%Mo耐热钢焊缝金属显微组织特征解析

提出了“焊道热影响区”的概念。通过对多层多道焊缝中焊道热影响区特征区域的划分,不同区域中各特征点所经历的焊接热循环曲线的绘制,解析了9％Cr-1％Mo耐热钢焊缝金属显微组织特征。焊缝金属中各点距其后续焊道熔池的距离,决定了其所经历的焊接热循环的峰值温度、焊接热循环次数;不同的峰值温度决定了各点所处的相变区域不同、所发生的组织转变不同;不同的焊接热循环次数也决定了发生的组织转变不同;各点所经历的焊接热循环可分为不同类型,根据焊接热循环的类型可全面完整解析焊缝金属组织。文中方法为针对9％Cr-1％Mo耐热钢提出的,但它同样适用于其它Cr-Mo高合金钢焊缝金属的组织分析,     

Inconel690/S32101异种合金搭接接头的组织与性能

采用氩弧焊将镍基Inconel 690合金覆板以搭接的形式,焊接于新型乏燃料水池材料双相不锈钢S32101的表面,并对比自熔焊和填充焊两种工艺对接头显微组织及力学性能的影响. 结果表明,在合理的工艺条件下,两种工艺均可以获得成形良好的搭接接头,但填充焊可得到更大的搭接宽度,其抗拉强度最高可达538 MPa. 焊后检测发现,焊缝组织主要由胞状晶所组成,其间分布有颗粒状铁素体析出物. 两侧熔合线处呈现不同的结晶形貌,Inconel 690覆板侧具有明显的外延生长组织,而S32101侧则出现平面晶结构. 与自熔焊相比,填充焊热影响区中奥氏体溶解现象仅出现在熔合线附近极小的范围内.     

高强钢旁路热丝等离子弧打底焊接头组织和性能

采用旁路热丝等离子弧焊接工艺进行高强钢Y形坡口的打底焊,该工艺有效结合了等离子弧穿透能力强、电弧热丝熔敷效率高、旁路分流热输入可控的技术优势,对中厚高强钢板实现单面焊接双面成形. 结果表明,正面焊缝成形美观,无焊接缺陷;背面焊缝轻微突出,厚板完全焊透;经过反复的受热冷却,打底焊焊缝的微观组织得到细化.力学性能分析得出,热影响区硬度最低,焊缝区略高于母材区;打底焊焊缝的硬度高于填充焊和盖面焊;拉伸断裂发生在母材区,断口扫描出现韧窝,为韧性断裂.     

电子束横焊3mm纯铌板的熔池形态研究

高能加速器纯铌超导腔内导体,要求加工后的外表面光滑平整,以保证其特殊性能的要求。在电子束平焊全熔透情况下,超导腔焊缝正面在反冲压力作用下易发生未焊满及塌陷等缺陷。本文采用合适的电子束横焊工艺参数,得到了符合工艺要求的正面余高焊缝。并且建立了3mm厚的高纯铌板横焊过程的二维模型,针对不同的焊接参数分别设计了不同尺寸和形状的熔池,结合VOF算法,模拟焊接熔池里液态金属自由表面存在状态,得到了不同焊接参数下熔池的演变过程。实验结果显示,焊接熔宽随焊接线能量的升高而增大,数值模拟与实验结果较吻合。