基于三维数值模拟的焊缝缺陷漏磁场分析

漏磁检测技术对钢板对接焊缝检测鲜有应用,根据铁磁性焊缝的特点,针对焊接结构中较敏感的裂纹缺陷,探讨应用漏磁法检测钢板对接焊缝裂纹缺陷。采用有限元数值模拟方法(FEM),建立了焊缝三维FEM模型;对比分析焊缝不同区域存在裂纹时漏磁场分布规律;建立不同焊缝余高包含相同尺寸裂纹的三维FEM模型,分析由于焊缝余高的存在对裂纹检出率的影响;研究在焊缝余高3 mm结构条件下,漏磁场磁感应强度分量峰值随裂纹深度的变化规律,得到漏磁场相关对比分析曲线。仿真结果表明:漏磁法适用于钢板对接焊缝缺陷的检测研究;焊缝余高越小,可获得更高的缺陷检出率;漏磁场磁感应强度分量峰值均随裂纹深度的增加呈递增趋势。     

基于三维数值模拟的焊缝缺陷漏磁场分析

以压力容器等焊接设备对接焊缝为对象,提出了一种基于数值模拟的焊缝缺陷漏磁场的分析方法。通过仿真分析,对比分析了不同焊接工艺(单面焊和双面焊)无缺陷、焊道上分布矩形槽缺陷及热影响区分布矩形槽缺陷时的漏磁场特征,评述了单面焊同时分布两个矩形槽缺陷对漏磁场分布的影响规律。数值模拟结果表明:双面焊这种结构对于焊道上分布矩形槽时的漏磁场的影响更大;两个缺陷同时存在时,缺陷之间的距离是影响缺陷漏磁场分布的主要因素。     

管道漏磁检测缺陷信号的仿真分析与量化模型

为实现漏磁检测缺陷几何尺寸的量化,运用有限元Ansys软件仿真了管道缺陷的二维缺陷漏磁场,给出了漏磁场缺陷信号的基本特征,并对图形做出对应的解释;其次对内外缺陷漏磁场信号进行了对比,提出了合适的两个特征值;最后根据漏磁场不同特征值与缺陷长度的变化规律对缺陷长度进行了量化,通过对比不同量化模型,给出缺陷信号特征值与缺陷长度的一般关系模型,为管道强度以及剩余寿命评价等提供相关的参数,从而对管道进行维护。     

外加纵向磁场对CO_2焊短路过渡频率的影响

针对CO2气体保护焊熔滴短路过渡时飞溅大,短路过渡频率不稳定的特点,引入与焊枪同轴的直流外加纵向磁场对熔滴短路过渡过程进行控制.通过AH-XIX型汉诺威焊接质量分析仪对不同规范焊接参数和不同磁感应强度下施焊时电弧信号的采样,实验得出当磁感应强度在一定范围时,电弧信号稳定,短路频率十分均匀且偏高.讨论了外加纵向磁场改善电弧形态和熔滴短路过渡的受力方式对过渡频率的影响.     

有限元方法在管道外漏磁检测中的应用

管道漏磁检测及其缺陷漏磁场的仿真技术研究具有十分重要的意义。在对各种漏磁场计算方法进行比较之后,选择了有限元法作为主要研究工具。叙述了漏磁检测的基本原理,介绍了漏磁管道检测装置的工作原理和基本结构,建立了管道漏磁检测中缺陷漏磁场计算的三维有限元模型,并以此为基础分别研究了缺陷漏磁信号特点、缺陷的几何尺寸与漏磁信号的关系、以及材料壁厚等对漏磁信号的影响等问题。通过对多磁化单元结构进行有限元模拟和试验仿真,发现多个磁化单元会造成磁场的叠加,磁化单元数量的增加会使缺陷处漏磁场增强,并且中间磁化单位的增加量要大于两侧。缺陷的几何尺寸影响漏磁场的分布,在一定缺陷直径范围内,缺陷深度与漏磁场信号强度呈近似线性关系。无论被测管道壁厚如何变化,相同几何参数的缺陷漏磁场轴向分量变化趋势仍然相同。适当选取提离值,将有助于获得良好的漏磁场信号。     

低碳钢焊缝力学性能评价的磁记忆检测试验研究

为快速准确检测钢材焊缝质量的力学性能,研究了磁记忆检测技术在低碳钢焊缝质量检测的应用。采用不同的焊接电流对Q235B钢进行对接焊接,采用射线检测技术进行了焊缝质量检测。对不同焊接电流下的试件进行拉伸试验,对不同应力卸载后的焊件进行了磁记忆信号测量,研究了焊件磁记忆信号变化规律与其力学性能的关系。结果表明,不同焊接电流下焊件具有不同的力学性能和磁记忆信号特征。焊件的屈服强度和抗拉强度最大时,不同应力作用下磁性特征参量ΔB_(max)的平均值即磁特征值D最大,平均磁场梯度K_(avg)最小。采用磁特征值D和平均磁场梯度K_(avg),可以有效判定低碳钢焊缝的力学性能。     

螺旋焊缝噘嘴错边缺陷三轴漏磁信号分析

东部管道螺旋焊缝的未焊透、未融合等缺陷严重威胁着管网的安全运行.为了解决此类缺陷检测难题,在东北原油管道开展了三轴高清漏磁内检测技术试验.原试验分析结果认为噘嘴和错边等缺陷是导致螺旋焊缝信号异常的主要原因,并由此判断漏磁检测技术不能检测出导致螺旋焊缝开裂的主要缺陷.通过对漏磁检测技术原理和信号特征进行统计分析,并通过理论推理和试验验证等方法,提出噘嘴和错边等几何缺陷不是导致螺旋焊缝缺陷信号异常的主要因素.更新了业界对三轴高清漏磁检测螺旋焊缝缺陷的认识,拓宽了研究的思路.     

对接接头中焊接缺陷的超声波检测及信号特征

在对斜探头进行前沿长度测量、角度校准的基础上,采用超声波检测仪对焊接接头中的不同缺陷进行了无损检测,提取了不同缺陷的回波波形,探讨了不同缺陷与超声波波形之间的对应关系。而后采用剖切焊件的方法对检测结果进行了验证。试验结果表明:本文提出的方法可用于对接接头中焊接缺陷的无损检测。     

油气长输管道管体损伤的高速涡流磁场检测

针对油气长输管道外壁缺陷影响管道安全运行的问题，提出了一种基于动生涡流磁场的无损检测方法。借助ANSYS Electronics有限元分析软件分析了管道表面缺陷参数、检测速度与动生涡流磁场之间的关系，发现在不同管道表面缺陷参数下，动生涡流磁场会根据缺陷形状、尺寸的差异反馈出不同的磁感应强度信号，缺陷尺寸越大，信号反馈越强烈；随着检测速度的提高，动生涡流的磁感应强度逐渐增大，但整体变化趋势基本一致。根据工程实际研制了基于动生涡流磁场的管道无损检测试验装置，开展了试验研究，得到了与仿真相同的规律性结果，从而验证了该技术的可行性，表明动生涡流磁场无损检测方法能够对管道缺陷进行精准定位与辨别。     

关于对接焊接接头深孔（针孔）缺陷形成的规律与射线检测底片评定的分析研究

论述了对接焊焊接接头采用埋弧自动焊悬空焊接法施焊，针孔缺陷形成的机理，产生的规律性，如何避免的措施，不同板厚、不同施焊工艺焊接质量的特点，以及该种焊接接头采用射线检测如何对针孔缺陷进行评定等。     

微间隙焊缝磁光检测神经网络修正

针对激光焊接微间隙焊缝（间隙小于0.1 mm）,研究提高磁光传感检测焊缝精度的BP神经网络修正方法.以碳钢平板对接激光焊为试验对象,利用磁光传感器检测焊缝区域磁场分布并成像.通过分析焊缝处磁场成像并应用BP神经网络修正磁光传感器得到焊缝中心数据,有效避免焊缝磁光图像低对比度和强噪声干扰问题.经过在不同焊接速度试验下的测试,四组神经网络试验的焊缝位置误差的绝对平均值都在0.015 mm左右,BP神经网络测量误差比磁光成像直接测量平均减少约28%.BP神经网络修正磁光成像测量技术可有效识别微间隙焊缝,为解决激光焊接微间隙焊缝过程自动识别和跟踪焊缝的难题提供了一种新方法.     

焊缝缺陷磁光成像模糊聚类识别方法

以激光焊接高强钢(HSS)为对象,研究基于法拉第磁旋光效应的焊缝缺陷磁光成像检测方法. 通过施加交变磁场改变焊缝处磁感应大小,利用磁光传感器获取焊缝缺陷磁光图像,选定特定区域提取灰度共生矩阵(GLCM)特征,并进行分析. 为准确识别和分类焊缝缺陷类型,建立焊缝缺陷模糊聚类识别模型. 通过调整模糊C-均值聚类(FCM)的模糊指数、输入特征值数量以及焊缝缺陷样本得到不同计算结果并进行对比,分析焊缝缺陷的识别效果. 结果表明,模糊C-均值聚类磁光成像方法对裂纹、未熔透及凹坑等焊缝缺陷和同一种焊缝缺陷的不同表现形式都有较好的识别效果.     

基于ACFM技术的焊缝跟踪传感器空间磁场建模

针对窄间隙I形坡口对接焊缝因其结构特殊性而缺乏直接有效的跟踪方法这一难题,设计了一种基于交流电磁场检测（ACFM）技术的新型焊缝跟踪传感器．建立了传感器焊缝表面感应电流的三维空间简化磁场模型,推导出了空间磁场磁感应强度计算解析式,利用MATLAB软件分析了三维方向的磁感应强度分布规律,重点分析工件焊缝引起的磁场畸变信号与焊缝位置之间的内在联系,采用近似二次多项式曲线拟合表征垂直焊缝方向磁感应强度Bz与焊缝左右偏离距离两者的数学关系,提出了一种新的焊缝偏差检测方法,为I形对接坡口焊缝自动跟踪系统的设计提供理论依据．     

5056铝合金稳恒磁控激光深熔焊接过程熔池流动与传热行为分析

针对外加稳恒磁场条件下6 mm厚度5056铝合金激光深熔焊接过程,建立了热场—流场—电磁场耦合熔池瞬态动力学数值模型,求解了特定时刻温度场、速度场与电磁场分布,建立了熔池沿不同方向的Peclet数模型,分析了不同磁场感应强度对熔池流动与传热行为的影响. 结果表明,稳恒磁场条件下熔池中产生显著的哈特曼效应,表现为液态金属Marangoni对流减弱,流速降低,热对流机制对熔池形貌的贡献减弱,使得熔池沿焊接方向长度明显收缩,固—液界面曲率减小;同时,磁控熔池表面及内部出现热迟滞效应,表现为液相峰值温度升高,温度梯度增大,热扩散速率提高,熔池的局部尺寸得以增大. 铝合金磁控激光深熔焊过程焊缝形貌的变化是哈特曼效应与热迟滞效应共同作用的结果.     

薄板焊接失稳变形的简化模型及其应用

提出了基于固有应变对接薄板失稳分析的基本方程.通过将固有应变等效为焊缝及热影响区的热载荷,可以进行线性失稳分析确定临界载荷,然后采用非线性失稳分析确定失稳变形的大小.对不同焊接工艺条件下的低碳钢薄板对接焊变形进行了研究,比较了数值分析与试验测量结果,并且数值计算考虑了薄板不平整度的影响.最后,使用该简化的方法对有加强筋板分段结构的焊接变形进行预测.研究表明,基于固有应变等效载荷的失稳变形计算方法是简单、有效的.     

长输管道全位置激光-电弧复合焊接技术

采用激光-电弧复合焊接技术开展管道的全位置激光-电弧复合焊接可行性研究．结果表明,激光-电弧复合焊接工艺能够适应管道环焊缝焊接的要求．在从0°～180°的焊接过程中,通过调整焊接参数,均能够获得成形良好的焊缝．金相观察表明,母材和焊材熔合良好;焊接接头中心区狭长,具有激光焊的特点;热影响区具有电弧焊的特点;金相组织不受位置影响．焊接接头的硬度接近母材,抗拉强度接近或超过母材;在无内部缺陷的情况下,弯曲试验和冲击试验结果满足现行标准要求．     

超超临界机组锅炉异种钢小径管镍基焊接接头超声波检测

针对超声检测火力发电厂锅炉小径管奥氏体钢与低合金钢对接异种钢焊缝的技术难题,文章通过理论分析、试验研究及现场检测验证,研究了常规小径管探头异种钢焊缝超声波检测方法。结果表明,对于如熔合线裂纹类缺陷选用小角度探头(K1～1.5)效果较佳;对于焊缝内缺陷宜选用大角度探头(K2～2.5)。利用该方法能有效检测出焊缝内各种缺陷,保证了机组安全运行也取得了较好的经济效益,对异种钢焊缝小径管超声波检测具有较强的借鉴意义。     

CCS-B船用钢板的不同激光焊接工艺分析

激光焊、激光填丝焊以及激光复合焊技术日趋成熟,并被一些著名船厂应用到生产上.我国造船业的激光应用研究正处于起步阶段.CCS-B是我国相当普遍的一种船用低碳钢,通常采用传统工艺进行焊接.采用以上的激光焊接工艺对CCS-B进行堆焊和对接焊,对它们宏观焊缝的差异进行分析,对相应焊缝金属的微观组织进行观察和分析.焊接金属的合金成分会影响其微观组织的形成,采用ICP-AES法对不同激光焊接工艺下的焊缝金属成分进行了检测分析.同时对接头截面的硬度进行了测试.     

常压/真空环境激光焊接焊缝成形特性及残余应力与变形对比

在高功率激光焊接中,采用增大激光功率的方法以获得更大熔深时,面临焊接过程稳定性差、焊接缺陷频发等问题,目前国内外普遍认为真空激光焊接是解决以上问题的有效手段. 文中采用工艺试验和数值模拟的方法,研究了常压和真空环境下中厚度全熔透激光焊接在焊缝成形及残余应力与变形分布的差异. 结果表明,降低环境压力可显著增加激光焊接熔透深度,真空环境可以将常压环境10 mm全熔透激光焊接所需激光功率从10 kW降低到6 kW,并获得更好的焊接质量. 常压环境和真空环境下,全熔透激光焊接工件展现出类似的横向残余应力、纵向残余应力和变形分布规律,但由于真空环境下热输入较低,焊缝深宽比大,焊后残余应力的峰值和变形程度均显著小于常压环境.