水轮机转轮焊接残余应力研究

本文对数值模拟计算优化后的焊接工艺进行了真机转轮焊接及试验验证,验证结果表明:采用局部加热法,如果加热温度,加热时间及加热区域选择适当,可以大大地降低叶片危险区域残余拉应力,从而有效地降低转轮开裂风险。     

Ti6Al4V钛合金背部加热辅助搅拌摩擦焊的温度场研究

以Ti6Al4V钛合金为研究对象,基于有限元软件Abaqus,建立了搅拌摩擦焊接过程的有限元分析模型,研究了传统搅拌摩擦焊及背部加热搅拌摩擦焊的焊接温度场。结果表明,采用合理的焊接工艺参数可使传统搅拌摩擦焊与背部加热搅拌摩擦焊的温度峰值接近,且温度峰值出现在搅拌头的后方。相比于传统搅拌摩擦焊,背部加搅拌摩擦焊过程中搅拌头前部的高温区域更大且温度梯度较小,有利于降低搅拌头的磨损。     

钛合金搅拌摩擦焊研究进展

搅拌摩擦焊是一种固相连接技术,具有低应力、小变形、绿色环保等优点。在航空、航天等领域广泛应用的钛合金材料的搅拌摩擦焊技术,是目前国内外研究的热点与难点。主要从焊接接头的显微组织、力学性能、搅拌头磨损和复合工艺这几个方面,介绍了钛合金搅拌摩擦焊的研究进展,并对该技术未来的发展趋势进行了展望。     

圆圈形运丝方式下温度影响MIG焊接头组织与断裂位置的规律

以圆圈形运丝为研究对象,利用数值模拟与试验相结合的方法研究了在MIG焊接过程中的温度场分布规律,讨论了温度峰值影响接头显微组织及断裂位置的规律.结果表明,对于圆圈形摆动工艺来说,由于熔池区内左侧的材料经历了周期性的二次加热,导致焊缝左侧及热影响区材料经历的温度峰值均高于右侧;摆动工艺的熔池区温度峰值高于不摆动工艺.与直线运丝相比较,摆动焊焊道内的等轴晶较大,而相邻焊道界面处的柱状晶较小.不同工艺下拉伸试样的断裂位置与焊缝区经历的热循环密切相关.     

盐水环境下2A12铝合金搅拌摩擦焊缝腐蚀速率

采用静态失重法测量了2A12铝合金搅拌摩擦焊缝在3.5% NaCl水溶液中的平均腐蚀速率,结合焊缝腐蚀机理、腐蚀产物成分与腐蚀损伤宏-微观形貌分析了不同腐蚀时间下搅拌摩擦焊缝腐蚀速率的变化规律. 结果表明,焊缝平均腐蚀速率经历了从大幅下降到缓慢回升的过程,这与焊缝的腐蚀经历了由点蚀到沿晶腐蚀,最后发展为剥蚀的腐蚀机理变化密切相关;试件质量去除率表明腐蚀时间越长,焊缝腐蚀越严重;焊缝不同区域腐蚀敏感性不同,焊核区腐蚀严重,前进侧次之,返回侧腐蚀相对较轻.     

焊接顺序对T形接头焊接残余应力场的影响

为了得到T形接头焊接顺序的优化方案,在确定合理的焊接热源形式以及建立有限元模型的基础上,利用单元死活技术从多道焊、分段焊与多层焊的角度对焊接顺序对T形接头焊接残余应力场的影响进行数值分析.对于多道焊来说,焊接残余拉应力出现在焊缝及其附近区域,且峰值出现在焊缝区域;相邻焊道之间采用首尾相接的方法得到的焊接残余拉应力峰值是最小的.对于分段焊来说,采用先焊两端后焊中间的方法不仅可以增加整个焊缝的焊接残余低应力区域;而且可以有效地降低先焊区域的焊接残余应力,降低效果与后焊焊段的焊接方向以及先焊焊段上的点到后焊焊段端部的距离有关.在多层焊的过程中,采用对称施焊的方法得到的焊接残余拉应力峰值是最小的.     

基于相似理论的构件与模拟件之间焊接残余应力关系的建立

以相似理论为基础,提出了基于温度场完全相似的虚拟模拟件的概念,结合热传导理论得到的表征模拟件与实际结构之间焊接残余应力差异的应力修正系数,推导出了模拟件与实际结构之间焊接残余应力对应关系的数学表达式.同时,利用比例系数为1∶1.5的平板模拟件与实际平板的焊接试验证实了焊接残余应力对应关系的正确性.这为缩小的物理模型预测大型实际构件的应力分布规律提供了一种新思路,具有重要的理论意义与实际工程意义.     

搅拌头旋转频率对静止轴肩搅拌摩擦焊接头力学性能的影响规律

利用自行设计的静止轴肩装置对6005A-T6铝合金进行了静止轴肩搅拌摩擦焊的试验研究.结果表明,当焊接速度为200 mm/min时,表面光滑且无缺陷的焊接接头抗拉强度与断后伸长率随着搅拌头旋转频率的增加呈现先增加后减小的趋势;焊接接头的正背弯180°无裂纹;当旋转频率为1800 r/min时,抗拉强度达到最大值234 MPa,接头强度系数达到79%.静止轴肩搅拌摩擦焊接头的显微维氏硬度呈W形分布,最小值出现在前进侧的热影响区;接头的软化程度随搅拌头旋转频率的增加而增加.焊接接头的断裂位置位于热力影响区,断口呈韧性断裂.     

焊接顺序对混流式水轮机转轮焊接应力的影响

在解决叶片与上冠或下环之间的热传导问题以及焊接热源沿任意空间路径移动的加载问题的基础上,对混流式水轮机转轮焊接过程的温度场与应力场进行了数值模拟。结果表明,叶片焊后残余拉应力场出现在焊缝及其附近区域,并且应力峰值出现在焊缝区域的叶片出水边处。同时,不同焊接顺序的转轮残余拉应力峰值的对比表明,焊缝两侧金属在焊接过程中填充的越均匀,残余拉应力的峰值越小。     

7075铝合金薄板搅拌摩擦点焊接头力学性能研究

采用正交试验法对7075铝合金薄板搅拌摩擦点焊工艺参数进行了优化,分析了点焊接头的成形情况,测试了接头的抗拉强度和焊点的硬度,分析了接头冶金结合面积与最大抗拉载荷之间的关系.结果表明,焊接停留时间对焊点抗拉强度的影响最显著,其次是搅拌头旋转速度,而轴肩下压量的影响最小.焊接工艺参数为:停留时间6s、下压量0.2mam、旋转速度1 500 r/min时,焊点最大抗拉载荷为6.07 kN,焊点表面成形良好,冶金结合程度最佳,焊点硬度分布呈“W”形,热影响区硬度值最低.