表面工程技术的发展与应用

表面工程技术是20世纪80年代世界十项关键技术之一。突出特点在于无需整体改变材质而获得原基体所不具备的某些特殊性能,在科研、生产中得到了广泛应用,取得了良好的经济效益,简要概述了热喷涂技术、激光表面工程技术、堆焊表面工程技术及其它表面工程技术的特点、应用范围、研究现状和发展中存在的问题。     

焊接接头显微组织模型的研究及发展趋势

在焊接工艺中,焊件的质量在很大程度上取决于焊接接头的微观组织形态,模拟显微组织的形成过程、组织类型及存在状态可以对焊件的力学性能进行预测,实现化学成分、组织和性能的定量分析,从而优化工艺参数,提高焊件质量。阐述了建立焊件显微组织模型的主要研究内容及国内外发展动态,概括介绍了模拟显微组织所用的方法和手段,并提出了显微组织模拟的发展趋势及今后研究的主要任务。     

X70管线钢冲击韧性与环焊工艺之间回归方程的建立

应用一次回归正交试验设计法,对X70管线钢环焊过程的焊接工艺参数进行设计,采用设计后的焊接参数对X70管线钢进行焊接,焊后对环缝接头进行冲击试验,最后得到冲击韧性与焊接工艺之间的回归数学模型.X70管线钢环缝接头冲击韧性的影响因素主要为焊接热输入、预热温度和板厚,应用该数学模型计算的冲击吸收功与试验值符合较好.     

焊接热影响区奥氏体晶粒长大的计算模型

分析了传统的焊接热影响区(HAZ)晶粒长大模型，在此基础上，介绍了适用于高强度管线钢的奥氏体晶粒长大的耦合模型。为了体现沉淀物粒子对晶粒长大的影响作用，该耦合模型通过引入一个变量(限制晶粒尺寸)，把晶粒长大过程和沉淀物变化过程进行充分耦合，建立了稳定沉淀物、沉淀物粗化和沉淀物溶解情况下的晶粒长大耦合方程，并且，可通过耦合模型建立的晶粒长大方程绘制晶粒长大图。     

用CAD软件系统研究焊接参数对碳锰钢熔敷金属组织和性能的影响

采用CAD软件系统研究焊接工艺对C-Mn钢熔敷金属组织和力学性能的影响规律,并建立了相应的数学模型,从而能够预报、控制和优化熔敷金属的力学性能,选择合理的焊接工艺参数。     

金属磁记忆法检测焊接裂纹的时间空间有效性

预制了焊接裂纹试板,在试板的不同空间区域,以及焊接之后的不同时刻进行了金属磁记忆检测.采用快速傅里叶变换对检测信号进行了特征分析,研究了焊接裂纹周围不同区域在不同时刻的金属磁记忆信号以及其傅里叶变换相位突变特征.结果表明,在焊接裂纹存在的70 mm范围内是金属磁记忆检测的空间有效区域.在焊接完成后,接头温度低于100 ℃以后的任何时间进行金属磁记忆检测,取得的结果都是有效的.     

X80管线钢焊接粗晶区的组织和性能

采用热模拟技术研究了X80管线钢粗晶区组织和低温韧性的变化规律,讨论了冷却时间、组织和性能之间的关系。结果表明,焊接粗晶区主要由板条束状贝氏体和粒状贝氏体组成。当t_8/5在6~8s时,粒状贝氏体含量较多,其分割作用使板条贝氏体的方向性减弱,使板条更为细小;M-A组元呈块状,尺寸较小且均匀分布在基体上,冲击韧度最优越;当t_8/5增大或减小时,板条束状贝氏体的含量均增加,板条粗大,M-A组元在冷却速度较快时呈长条状,冷却速度较慢时呈块状且相对含量增加,尺寸增大,均使冲击韧度显著下降。     

超高硬度堆焊材料的硬度及耐磨性

通过在堆敷合金系统中添加多种强碳化物形成元素，在焊接热循环作用下或随后的回火过程中以弥散碳化物形式析出。弥散碳化物的析出既可以在强化堆敷金属的同时，提高堆敷层抗磨损的能力，又可以降低基体组织中的碳含量，增加基体的韧性。利用上述思想，以C、Cr、Mo、W、V作为基础合金系统，采用二次旋转回归设计方法设计试验方案，建立了超高硬度堆敷金属的硬度、耐磨性与合金元素间的数学模型，并研究了药芯焊丝中合金元素对堆敷金属硬度及耐磨性的定量影响规律。     

X80管线钢环焊缝接头残余应力的数值模拟

利用SYSWELD有限元分析软件,以热弹塑性理论为基础,采用双椭球焊接热源模型,对X80管线钢环焊缝接头的焊接温度场和应力场进行了模拟仿真.得到了焊接残余应力的分布规律,即焊缝及近缝区的残余应力值较大,远离焊缝中心残余应力值逐渐减小;由于表面和心部散热条件不同,造成了管道表面和心部的残余应力方向上的差异或数值大小的不同.研究了焊接工艺参数对残余应力的影响规律.结果表明,随着热输入的增大和预热温度的提高残余应力值逐渐降低;为了减小焊接残余应力,应尽量采用较大热输入和较高预热温度进行焊接.     

二次正交旋转组合实验设计孵化器

从分析二次正交旋转组合设计的数学理论入手,提出通过建立关联关系的方法使二次正交旋转组合设计的实验设计和回归分析一次实现,编制了二次旋转组合实验设计孵化器．软件的输出是一个单元格间具有关联关系的Exeel表格,可以根据“根”表数据的变化,自动更新关联表内容．软件生成的Excel表格具有通用性,其关联关系思想可推广到其他应用型数学软件的编制．