表面张力对激光深熔焊熔池流动的影响

为研究激光深熔焊中表面张力对熔池流动行为及熔池形貌的影响,获得活性剂对Q235低碳钢和304L不锈钢焊缝截面形貌的影响规律. 基于有限元计算软件Fluent,计算分析了激光深熔焊时表面张力在改变熔池流动行为中的重要作用. 结果表明,未添加活性剂焊接时,熔池液态金属的表面张力温度系数为负,熔池表面熔融金属以匙孔为中心由内向外流动,焊缝横截面形貌宽且浅. 添加活性剂焊接后,表面张力温度系数为正值,在熔池表面形成了由外向内的反向流动,形成了窄且深的焊缝形貌. 随表面张力温度系数绝对值的增大,表面张力变大,流体流动速度增大.     

不锈钢钢筋的临界氯离子浓度

采用动电位扫描测量技术和扫描电镜测试了304L和316L不锈钢钢筋与Q235钢筋在模拟混凝土孔溶液中的临界氯离子浓度,并采用XPS分析了304L和316L不锈钢钢筋的钝化膜成分。结果表明,普通碳钢(Q235)、304L、316L不锈钢在pH=12.6的模拟混凝土孔隙液中的临界氯离子浓度分别约为0.06 mol/L、1.2 mol/L、4.0mol/L;相比304L不锈钢钢筋,316L不锈钢钢筋试样表面钝化膜中含有耐腐蚀性的Cr3+的氧化物量更高。     

活性MAG焊电弧特征及熔池流动分析

提出了活性熔化极气体保护焊新方法,可增加焊接熔深,改善难熔焊接结构的熔合不良,获得高质量的焊接接头.对活性熔化极气体保护焊电弧状态和熔池表面形态进行了采集和分析,用钨粒子示踪法进行试验,分析了电弧形态和熔池流动.结果表明,活性熔化极气体保护焊电弧收缩显著,电弧形态更加集中,熔池内部液态金属的流动方向为从熔池周边向中心流动,熔池流动更为有序.对于钢的活性熔化极气体保护焊方法,熔池流动行为改变是增加焊接熔深的主要因素.     

化工不锈钢设备的焊接特性分析与焊接变形的处理工艺

采用埋弧焊焊接化工不锈钢设备时,在同样的焊接热输入下,不锈钢母材的熔化速度和对焊丝伸出端的预热作用比碳钢要大。必须制定出不锈钢埋弧焊合理的焊接工艺,使不锈钢母材及焊丝的熔化速度和焊缝金属凝固速度平衡,从而避免焊缝金属的过烧和满溢。1Cr18Ni9Ti、304、316L等奥氏体不锈钢具有良好     

电子束定点焊接304不锈钢熔池流动行为数值模拟

基于电子束焊接过程的传热与受力物理过程分析,建立相应模型,对电子束定点焊接304不锈钢的温度场与流场进行数值模拟,研究电子束焊接熔池流动行为及焊缝成形规律.结果表明,电子束加热阶段,熔池上表面温度梯度达到106 K/m,熔池表面峰值温度高,在沸点温度附近波动,强烈的金属蒸汽反作用力成为熔池流动的主要作用力,促使熔池中心下凹并不断波动,熔池冷却凝固阶段,金属蒸汽反作用力下降,熔池金属表面张力梯度引起的Marangoni对流成为熔池金属流动主要驱动力,促使焊缝表面熔宽增大,熔池凝固后焊缝上表面宽度为1.9 mm,中心处宽度为1.6 mm,下表面宽度为1.8 mm.     

脉冲MAG-TIG双电弧打底单面焊双面成形机制分析

基于中厚板打底焊接存在着自动化程度及效率低的问题,采用脉冲熔化极气体保护焊-钨极氩弧焊(MAG-TIG)双电弧热源焊接对板厚为24 mm的Q235-B进行打底焊接单面焊双面成形工艺研究及机制分析. 结果表明,脉冲MAG-TIG双电弧热源打底焊接时,利用TIG电弧与MAG电弧间的电磁力来调节MAG电弧在熔池前端的加热位置,使得一部分电弧热量直接作用于钝边上;结合焊接电弧放电行为与熔池流动分析发现,打底成形稳定性最佳时,利用TIG电弧与熔池的剪切力使得液态金属向后方流动,熔池前端底部液态金属减少,易于平衡稳定,可获得熔透均匀、连续、稳定的打底焊缝背面成形.     

碳钢与304不锈钢焊接残余应力的计算

采用弹塑性有限元法计算了Q235碳钢与304不锈钢的焊接温度场和焊接残余应力,计算结果表明,由于二者物理性能的差异造成了焊接温度场和残余应力分布的不均匀,焊接残余应力的峰值出现在304不锈钢一侧,其值略低于304不锈钢的屈服强度.当焊接热源偏向Q235钢时,焊接残余应力峰值变化较小,但高应力区减小,焊接变形明显减小,当焊接热源偏向304不锈钢时结果相反.当焊接热输入增大时会导致焊后高应力区范围的扩大,残余应力的峰值略有降低.采用红外热像仪测量了焊接过程中焊接接头上表面的温度变化情况,有限元计算的结果与其符合较好.     

磁场和活性焊联合作用对焊接熔池形态的影响

为了研究磁场和活性焊联合作用对焊接熔池中液态金属流动形态的影响,文中建立了移动热源作用下镁合金TIG焊三维瞬态数学模型. 利用fluent软件及其二次开发功能,模拟了单独磁场、单独活性焊和两者联合作用对焊接熔池温度场和速度场的影响. 模拟结果表明,在单独磁场作用下,熔池中液态金属呈顺时针定向旋转运动,速度场呈不对称双峰分布,最大速度偏向熔池一侧;在单独活性焊作用下,熔池中液态金属形成由外向内的对流模式,从而冲刷熔池底部增加熔深;在两者联合作用下流体流动较为复杂,熔池表面附近液态金属流动主要受表面张力的影响,熔池内部主要受外加电磁力的影响.     

中厚板脉冲双丝高速打底焊自由成形及稳定性分析

采用不同直流脉冲匹配的tandem焊枪实现了12 mm厚Q235钢共熔池打底焊接,并利用高速图像(HSI)和实时电信号对焊接过程进行实时动态检测,研究了焊接速度对焊缝成形、焊接电弧形态和焊接过程稳定性的影响.结果表明,焊接速度主要对焊缝成形和焊接过程稳定性造成影响,对电弧形态的影响不大.随着焊接速度的增加,电弧稳定性先增大后减小,在焊接速度为40 mm/s时,背部自由成形最佳.不同焊接速度下,主丝电弧都保持较高的挺度,几乎不发生偏移,从丝电弧形态在单个脉冲周期内通过产生9°～15°的规律性摆动,促进熔池中部金属向侧壁流动,减小熔池后端金属的累积,从而消除焊缝表面的驼峰和起脊缺陷,提升了整体光洁度.主丝的焊接稳定性整体高于从丝,当焊接速度为40 mm/s时,两电弧稳定性最好.     

小功率脉冲激光-TIG电弧复合焊的电弧及熔池行为研究

利用小功率脉冲激光-TIG电弧复合焊在2mm厚度的不锈钢上进行堆焊,研究脉冲激光束(持续时间4 ms、峰值300 W、频率15 Hz)对电弧形态、熔池行为和焊缝成形的影响。结果表明,脉冲激光加入后,电弧中心高温区发生膨胀,并将电弧阳极斑点稳定在激光斑点处,TIG电压发生升高。当脉冲激光作用到熔池上时,熔池液态金属迅速向后方流动,熔池长度迅速增大;激光脉冲消失1ms后,熔池长度才开始逐渐减小,2 ms后液态金属向前回流,致使焊缝表面形成了鱼鳞纹,改善了焊缝表面成形。激光-TIG电弧复合焊的熔深是TIG焊的1.77倍,是激光焊熔深的2.6倍。而在相同熔深下,复合焊接速度比TIG焊提高了50%。     

外加横向磁场对304不锈钢焊接熔池影响机理分析

为了改善焊缝成形及提高焊接零件组织和性能,文中采用有限元法对外加磁场作用下的304不锈钢焊接熔池进行电磁场和热流场之间的耦合分析,得到了有无外加横向磁场作用下熔池内液态金属流动的速度矢量分布. 结果表明,外加磁场使熔池横截面最大流速分布由单一的熔池中心中部改为熔池中心上表面略靠下和熔池底部;熔池纵截面最大流速由首尾端漩涡交汇处改为沿两个漩涡流动方向较均匀分布,这是由于电磁压力抵消了部分表面张力,使表面张力的作用位置更靠近熔池中心位置. 在304不锈钢上进行堆焊试验,焊道横截面组织形貌证实了上述模拟结果.     

不同组元活性剂对不锈钢脉冲TIG焊熔池表面张力的影响

准确获取焊接条件下熔池金属表面张力的基础数据对深入理解焊接过程中熔池金属流动及传热机制、焊缝缺陷形成等具有重要意义，但实时测量十分困难. 采用激光视觉法测量了单一组元(TiO₂，CaF₂)及二组元(30%TiO₂ + 70%CaF₂，70%TiO₂ + 30%CaF₂)活性剂下304不锈钢脉冲钨极氩弧焊熔池振荡频率，并根据特定模式下熔池特征频率与表面张力的解析模型计算了熔池金属表面张力，分析了不同组元活性剂对熔池金属平均表面张力的影响规律，在此基础上研究了不同组元活性剂对焊缝熔深的影响和增加熔深的机理. 结果表明，TiO₂能够改变熔池金属表面张力温度梯度，使熔池金属流动方向发生变化，CaF₂能够降低熔池金属表面张力绝对值，使熔池金属流速增加；二组元活性剂增加熔深是熔池金属流速增加和表面张力温度梯度改变共同作用的结果.     

不锈钢/普碳钢双面爆炸复合的数值模拟

为了提高能量的利用率，使用双面爆炸焊接装置可以一次性得到两块复合板. 借助LS-DYNA软件与光滑粒子流体动力学，采用SPH-FEM耦合算法，选取厚度为3 mm的304不锈钢、16 mm的Q235钢和乳化炸药，对不锈钢/普碳钢的双面爆炸焊接试验做了三维数值模拟，计算并建立了爆炸焊接窗口. 对模拟过程中的复板竖向位移、碰撞压力和碰撞速度进行了分析，并将模拟得到的结果与试验结果进行了比较. 模拟结果表明，7 mm药厚下复合质量较好，而10 mm药厚下可能会由于碰撞能量过大导致焊接失效，模拟与试验结果一致性较好. 引入了Gurney公式对试验结果进行预测，计算结果显示:Gurney公式的预测结果与试验结果吻合较好，表明了SPH-FEM耦合算法与Gurney公式用于不锈钢/普碳钢双面爆炸焊接的有效性.     

城市输水用Q235B+304不锈钢复合管环焊焊接工艺

不锈钢复合管内侧为具有耐腐蚀性能的不锈钢,外侧为具有一定强度的碳钢,成为新一代环保型输水管。为了研究8 mm+2 mm厚城市输水用Q235B+304不锈钢复合钢管的环焊焊接工艺,试验选用合理的焊接材料及坡口形式等,获得了复合板与复合板、复合板与碳钢板的焊接接头。通过拉伸、冲击、弯曲试验评价两种焊接接头的力学性能;通过检测接头不锈钢焊道化学成分,评估复合管焊接接头内侧不锈钢焊道的耐晶间腐蚀性能。结果表明,所采用的焊接工艺获得的接头力学性能满足技术要求且富余量较大,复合管接头不锈钢焊缝获得了A+(5%~10%)δ组织,耐晶间腐蚀性能优异。     

外加磁场对薄壁零件堆焊层形貌的影响

针对薄壁零件在微束等离子堆焊过程中两侧的液态金属下淌导致成形不好的问题,开展薄壁零件在堆焊过程中熔池力学行为分析和熔池成形的控制策略研究. 提出了外加磁场的方法,向熔池施加指向内侧的电磁力,对向下流淌的液态金属进行干预,从而抑制液态金属的流淌. 采用有限元软件COMSOL对工件上产生的电磁场、涡流场及附加电磁力进行仿真分析. 在304不锈钢上开展单道多层堆焊试验,获得了不同磁感应强度下的堆焊层形貌. 结果表明,外加磁场能明显改变微束等离子焊的力学行为和成形规律,并能有效抑制边沿液态金属流淌.     

气体熔池耦合活性TIG焊方法

提出了一种新型活性TIG焊方法——气体熔池耦合活性TIG焊,即GPCA-TIG焊.该焊接方法将气体分两层流动,内层气体采用惰性气体起到保护熔池的作用;外层气体则为含活性元素O的气体,将活性元素O引入熔池金属,达到增加熔深的目的.文中以SUS304不锈钢为焊接母材,研究了GPCA-TIG焊接法对焊接电弧及焊缝成形的作用,以及该方法主要工艺参数对焊缝熔深和深宽比的影响.结果表明,在相同参数下,与常规TIG焊方法相比,GPCA-TIG焊可不开坡口一次性焊透8 mm不锈钢板,焊接效率明显提高.同时采用该方法,可以有效避免钨极的氧化烧损.     

冷金属过渡条件下4043铝合金在不同钢板上的润湿行为

采用激光背光投影技术研究了冷金属过渡条件下4043铝合金分别在Q235钢板和镀锌钢板表面的润湿行为及其与工艺参数的关系,同时分析了镀锌层的作用. 结果表明,铝-Q235钢在CMT条件下的润湿行为与焊接工艺参数中的送丝速度v和点焊时间t密切相关,具体可以表达为:v≤4 m/min时θ(t)=θ₀+2(54-10v)(1-exp[(0.33-3v)t]),v>4 m/min时θ(t)=θ₀+(58-7v)exp[-(1.7-0.15v)t]. 铝-Q235钢、铝-镀锌钢在较大热输入的情况下两者都可以达到较好的润湿性. 锌蒸汽将导致工艺不稳定,主要归结于液-固界面上的锌蒸汽阻隔了熔滴与母材的接触.     

中间包钢水连续测温技术分析与应用

为了研究中间包钢水温度变化规律,提高中间包温度合格率,准确指导钢水精炼温度调整操作,依托太钢连铸中间包钢水连续测温系统,通过对比分析传统手动测温与连续测温的优劣,研究了不同工艺路线下典型钢种中间包钢水温度变化规律。结果表明,中间包钢水连续测温系统具有稳定性好、响应速度快等优点,测温准确率达92%;对碳钢而言,仅过LF工艺的Q235钢种炉均温降速率为0.17 ℃/min,过“LF+RH”工艺的Q345钢种炉均温降速率仅0.05 ℃/min;对过“AOD+LF”工艺的不锈钢而言,304和316镍不锈钢炉均温降速率均为0.15 ℃/min,430铬不锈钢温降速率为0.09 ℃/min。中间包钢水连续测温技术对稳定连铸生产和提升连铸坯质量具有重要意义。