轧辊埋弧堆焊过程多场耦合数值模拟方法研究

埋弧堆焊是冶金行业轧辊修复的重要方法,目前多是对轧辊埋弧堆焊过程中温度场或应力场的单一场进行研究,而埋弧堆焊流场的研究极少。堆焊中的电磁力、温度梯度与熔池内流动密切相关,基于热-弹-塑性理论和流体动力学计算方法(CFD),建立轧辊堆焊过程热-弹-塑-流多场耦合模型,获取堆焊过程温度场、应力场和流场的演变规律,分析表面张力、电磁力、浮力对堆焊熔池流动状态及形貌的影响规律,同时对堆焊工艺进行材料学表征分析。研究成果对预测埋弧堆焊过程多物理场的变化规律、熔池流场演变机理和有效预防堆焊开裂具有一定的实践意义。     

Cr5支承辊用钢马氏体相变的相变塑性研究

以Cr5支承辊用钢为研究材料,采用热模拟实验对单轴应力作用下马氏体相变的相变塑性进行了研究。介绍了从径向膨胀曲线分离出相变塑性应变的数据处理方法,并讨论了该方法带来的误差,分析了马氏体相变动力学对实验结果的影响。实验结果表明,在Cr5支承辊用钢马氏体相变结束时,相变塑性应变与应力成线性关系,Greenwood—Johnson模型中的相变塑性参数是与应力无关的常数。     

马氏体相变对堆焊冷却切向应力影响的数值模拟

采用红外热像仪和X射线应力仪分别测定了热轧辊钢堆焊过程的温度场和残余应力场,根据试验数据和材料的物理、力学参数,采用二维有限元计算方法,建立了堆焊应力场模型,对切向残余应力进行了数值模拟,模拟结果与测量结果相吻合,证明所建立的模型有效性.根据这一模型,对热轧辊钢堆焊冷却过程发生马氏体相变前后切向应力进行了数值模拟.模拟结果表明,在堆焊冷却过程中,当发生马氏体相变时,试样表面出现切向压应力,随着冷却时间的延长,马氏体数量增多,试样表面开始出现较大的切向拉应力,并保持到室温.     

厚板带极埋弧堆焊温度场的有限元模拟

由带极埋弧堆焊原理及GoldaK(热源模型理论设计了带极埋弧堆焊有限元热源模型,基于有限元软件MSC.MARC平台,编写FORTRAN子程序来实现移动热源的加载,并采用了MARC软件对厚板带极埋弧堆焊温度场进行了数值模拟,同时对焊缝形貌及试验测得的热循环曲线进行验证,得到了与试验结果较吻合的温度场计算结果.结果表明,提出的热源模型适合带极埋弧堆焊过程数值模拟.     

基于SYSWELD的T型接头应力场数值模拟及实验验证

基于SYSWELD软件对Q345D结构钢TIG焊的T型接头的应力场和焊接组织进行数值模拟。应力场模拟结果如下:焊缝处应力为拉应力,热影响区应力为压应力,翼板两侧处应力为拉应力。对热影响区进行相组织模拟,发现焊缝处存在大量马氏体相等组织,并通过实验验证了数值模拟结果的正确性。结果表明,Q345D结构钢TIG焊时,热影响区残余应力为压应力,其原因是热影响区发生了马氏体相变,且马氏体转变造成的体积膨胀而引起的压应力大于冷却收缩所引起的拉应力。     

埋弧焊平板焊接温度场数值模拟

根据埋弧焊的焊接过程和热源特点,利用ANSYS软件建立埋弧焊几何模型和有限元模型,模拟X80管线钢埋弧焊焊接温度场.焊接工艺参数为I=1500A、U=33V、v=1.7m/min,焊接热源选择双椭球热源模型,用APDL程序施加移动热源载荷,计算得出焊接熔池的形状、尺寸及热影响区的温度分布.模拟结果与实验结果吻合较好.     

应力应变对马氏体相变动力学及相变塑性影响的研究

针对应力应变对马氏体相应动力学及相变塑性的影响进行了研究。得到了应力作用下相变动力学和相变塑性的计算模型，而且发现相变前预应变限制了相变塑性的数量和相变反应的速度，使之不能用弹性状态下得到的模型进行简单的外推，并利用应力应变诱导相变，母亲上强化等理论进行了解释。     

装甲钢马氏体相变塑性的实验研究

采用Gleeble热模拟实验机对装甲钢马氏体相变塑性进行了研究。通过对热变形中的热应变、组织应变和弹性应变进行分离,从总应变中分离了相变塑性,并得到了相变塑性的定量关系式,采用Greenwood-Johnson模型得到该种材料的相变塑性系数。分析结果表明,该种材料的相变塑性、组织应变和热应变是引起变形的主要原因,相变塑性与组织应变数值相当,在热处理变形分析中不容忽视;随着温度降低及马氏体体积分数增大,相变塑性迅速增大,马氏体体积分数达到0.8后,相变塑性基本保持不变;随着施加应力的增加,相变塑性逐渐增大,相变塑性与施加应力呈线性关系。文章研究结果不仅为该种材料热处理、焊接过程形状畸变和残余应力研究提供基础,还为该材料复杂热力学行为研究提供参考。     

基于APDL的多丝埋弧焊温度场模拟的算法研究

焊接温度场的分析是焊接研究的基础,多丝埋弧焊焊接温度场模拟的难点在于热流密度的计算和加载。在考虑了焊丝偏转的情况下,采用双椭球热源模型,并应用叠加原理,使用APDL（ANSYS Parameter Design Language）完成移动热源热流密度加载计算。在计算程序中采用标量参数而不用数组,保证其在一次循环中完成计算工作,从而避免了大量数值存储、调用、循环造成的计算量过大。通过三丝埋弧焊直缝管焊接温度场计算和焊缝形状对照结果表明：该方法的计算精度能够达到预计的精度,可以用于多丝埋弧焊焊接温度场的计算。     

基于相变诱导塑性Satoh试验的有限元模拟

通过将相变诱导塑性应变增量引入到总应变增量的分解式中,建立了温度-组织-应力耦合计算的有限元模型.在此基础上,以9Cr1Mo钢作为研究对象,对其Satoh试验进行了有限元模拟,对温度-组织-应力耦合计算以及传统的热弹塑性计算结果进行了对比分析.结果表明,无论在应力的演变上,还是在残余应力水平上,两种计算得到的结果均存在较大差异.由于忽略相变的影响,热弹塑性计算得到的结果无法反映在相变过程中所发生的应力"松弛"现象,与实际结果偏差较大.准确地对焊接应力应变进行预测,需要通过温度-组织-应力耦合考虑相变的影响.     

固定电弧等离子弧焊接热传导的数值计算

针对固定电弧等离子弧焊接过程建立了二维稳态热传导模型 ,在模型中考虑了工件表面与周围环境换热及辐射散热对整个焊接热过程的影响 ,并且将焊接电流在流经工件时产生的焦耳热作为热能方程的源项进行计算。针对所建立的模型 ,采用大型商业软件PHOENICS(Parabolichyperbolicorellipticnumericalintegrationcodeseries)对工件中的温度场以及电流密度的分布进行了计算。采用该软件对焊接热过程进行数值模拟 ,可以很方便地对求解变量和边界条件进行操作 ,显著提高了效率。比较结果显示 ,计算结果与实际测量结果吻合良好     

细丝埋弧焊电弧传感器动态模型的实验研究

为细丝埋弧焊过程的自动跟踪及调节过程奠定基础，本文对细丝埋弧焊电弧传感器动态模型进行了实验研究。在建立电源及电弧传感器幅频特性曲线的基础上，获得了电弧传感器的二阶模型及实际应用的频带范围。通过分析比较，认为电源外特性下降斜率及电源品质、不同的焊接方法都对电弧传感器系统增益和转折频率有一定的影响。     

埋弧焊焊剂成分对软化温度的影响

采用基于数理统计理论的混料优化设计方法建立数学模型,研究了埋弧焊陶质焊剂成分之间交互作用对软化温度的影响规律,得到了焊剂组成成分对软化温度影响规律的定量描述回归方程。结果表明:CaF2对软化温度的影响比较突出,当焊剂中CaF2加入量大于一定数量后,随着组元中CaF2量的增加,软化温度明显降低;而MgO-TiO2-CaCO3-Al2O3的交互作用能够在熔渣中形成相当数量的钙钛矿和尖晶石,从而提高焊剂的软化温度。     

交流方波在多丝埋弧焊中的应用研究

通过交流方波电源参数的对比性试验研究,得出占空比波形参数的调整比偏置波形参数的调整更能有效地控制埋弧焊缝金属熔敷率的结论。进一步试验证明：电源波形的占空比参数对焊接热输入存在较大的影响,当多丝埋弧焊采用较小占空比时,有利于提高焊接接头的低温冲击韧性。     

集成冷丝——埋弧焊新技术

介绍了集成冷丝埋弧焊新技术,采用在同一导电杆上的两根热丝之间平行放置第三根绝缘的冷丝,冷丝的送丝速度独立控制,用两根热丝电弧产生的富余能量来熔化冷丝。该技术无需增加热量即可提升熔敷率,提高了焊接速度和生产效率,热输入降低,减少了变形,改善了焊缝工艺稳定性,可获得稳定的焊缝形状及机械性能,实现了打底焊道的高熔敷率,焊剂消耗减少,更易获得平滑的盖面,节省能耗,具有显著的综合效益。     

双相不锈复合钢板埋弧自动焊

研究了Ｈ１１／Ｘ２ＣｒＮｉＭｏＮ２２．５双相不锈复合钢板埋弧自动焊工艺，焊接材料的选择及其焊接性。结果表明，复层焊缝的δ铁素体含量在３５％～４５％内，其焊接性优良。过渡层的焊接采用较弱焊接规范和单道焊工艺，以控制较小的稀释率和良好的焊缝成形，防止在与基层焊缝的熔合线附近产生大量马氏体组织和其它硬化相。Ｈ１１／Ｘ２ＣｒＮｉＭｏＮ２２．５双相不锈复合钢板埋弧自动焊焊接接头具有良好的力学性能，复层焊缝具有极为优良的抗晶间腐蚀和应力腐蚀的能力。本研究为煤气工程中汽化炉的制造选定了合适的焊接材料并制定了最佳埋弧自动焊工艺。     

MZY—630液化气瓶专用埋弧自动焊机的研制

本文介绍MZY—630液化气钢瓶专用埋弧自动焊机的研制,焊机经两年来的实际使用,性能稳定,焊接质量高,效率高,能耗低。是一种较理想的专用焊接设备。     

管线钢大电流双面高速埋弧焊接用焊丝研制

介绍了石油、天然气输送管线用埋弧焊丝的特征及高韧性焊丝成分设计原则,分别采用92kg高频感应炉实验室冶炼。500kg中频感应炉半工业性冶炼和300t顶吹氧气转炉工业化大生产冶炼、进行焊丝研制。对所研制的焊丝配合烧结焊剂SJ101,进行了无坡口双面埋弧焊试验,测试了焊缝成分、冲击韧度、金相组织、硬度和接头抗拉强度,用扫描电镜分析了冲击断口形貌及夹杂物组成,透射电镜分析了焊缝金属的微观结构,俄歇试验分析了B、Ti、N在焊缝中的分布。结果表明,B在原奥氏体晶界偏聚,可抑制先共析铁素体在晶界析出,弥散分布的细小夹杂物有助于针状铁素体的生成,配合降低S、P、气体元素和杂质含量,可使焊缝金属具有高的韧性,焊缝硬度在HV185～HV214之间,与母材平均硬度HV190为同一水平。焊缝金属横向抗拉强度高于母材。     

相变与超塑性固态焊接

通过对不同工艺参数的超塑固态焊接结合层金相组织的分析，阐明了相变在焊接过程中的重要作用。由于相变时伴随着大量的晶界移运动，造成了小应力一上的超塑变形，细化了晶粒，促进了空位及间隙原子的扩散以及部分晶粒穿过结合面生长，使结合面逐渐消失，形成了一个高质量的整体接头。     

厚壁SA-765 Gr3低温钢容器埋弧焊焊接技术的研究

通过一系列试验研究,制定出一套采用国产焊材应用到厚壁低温钢容器焊接制造的埋弧焊技术,极大地提高了生产效率。经产品应用验证,整个焊接接头性能满足低温使用要求。