API X65深水海底管道J形铺设横向焊接变形

对深水海底管道铺设中关键的GMAW自动焊焊接应力与变形进行了研究,其工艺特点是背面不加衬垫、窄坡口、横向位置焊接。在焊接应力与变形理论分析的基础上,以SYSWELD软件为工具,提取焊缝截面平均热循环曲线作为多道焊的加载热源,对与管道厚度、坡口参数相同的API X65板材进行了多道焊焊接变形与应力分布数值仿真,搭建横向自动焊接试验系统进行了多道焊焊接验证。研究结果表明,最终焊接变形的数值模拟结果与试验结果大致吻合,二者之间存在的误差主要源于热流分布、二维截面模型的计算精度、约束及热循环曲线的自身特点等因素;在多道焊焊接过程中,前几层焊缝对最终焊接变形影响大,而后几层焊缝产生的影响小,其原因是前几层焊接中焊接的基础变形大,而后几层焊接中残余应力释放产生的变形补偿明显地抵消了一部分焊接变形。     

电弧热流分布模式对GMAW焊接温度场的影响

提出了ＧＭＡＷ熔池表面产生较大变形时的电弧热流分布模式,以此为基础并考虑熔滴过渡过程及焊缝余高,建立了焊接温度场的数值分析模型,通过数值模拟,定量分析了焊接工艺参数－ＧＭＡＷ熔池表面变形－电弧热流分布－熔池形态及其温度是之间的相互影响。焊接工艺试验结果,与高斯热源模型相比,采用本文给出的ＧＭＡＷ电弧热液分布模型的计算结果更符合实际。     

API 5L X65 长输压力管线的焊接工艺

介绍了API 5L X65长输压力管线的焊接工艺.实践证明,通过对API 5L X65长输压力管线采用纤维素型焊务根焊和药芯焊丝半自动自保护焊填充、盖面工艺的向下立焊,并制定合理的焊接工艺,可以达到预期的效果.     

X65管线钢焊接工艺性能测试分析

针对用于海洋油气资源运输的X65管线钢,通过无损检测、力学性能测试及饱和硫化氢浓度的应力腐蚀试验对焊接接头进行测试。结果表明,采用CMT打底、GMAW填充的焊接工艺,能有效保证焊接接头的低温力学性能;但由于焊缝和粗晶热影响区的硬度过高,焊接接头在硫化氢环境中会发生断裂失效。     

电子束焊接数值模拟新型热源模型的初步探索

旋转高斯曲面体热源模型,能较好的反映电子束焊接深熔焊的特点,但只能得到圆滑的“抛物”形焊缝。作者对此进行了改进,使其能较好的反映常见的“酒杯”形或“钉”形焊缝,并采用了ANSYS软件对平板电子束焊接温度场进行了数值模拟,同时从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。     

局部干法环境下GMAW横向焊接熔滴过渡特性

提出了一种水下结构件局部干法横向焊接方法,该方法通过对排水罩结构进行设计,使高压气体在排水的同时在排水罩内部形成向上流动的风场,利用风场对熔池的吹袭作用来抑制熔池下淌. 采用高速摄像技术研究了在侧向风场作用下GMAW焊的熔滴过渡特性. 结果表明,在短路过渡状态下,由于受到侧向风场的影响,更容易发生B型短路过渡. 在滴状过渡时,由于熔滴体积较大,侧向风场的支托作用不明显,熔滴沿焊丝倾斜向下过渡到熔池中. 在射流过渡时,侧向风场对电弧的影响较小,使熔滴略微向上偏斜,有助于减小熔池下淌程度,获得较好的焊缝成形质量. 研究结果对于水下结构件横向焊接质量控制有一定的参考价值.     

聚乙烯管道电熔焊接的温度场模型

聚乙烯管道焊接过程中,温度场的分布对焊接的质量有重要影响。本文在分析了聚乙烯管道电熔焊接过程的基础上,提出了焊接过程中热量传输的数学模型,采用完全隐式差分方法对电熔焊接过程中的瞬态温度场进行了数值模拟,并利用热电耦温度自动采集系统对焊接时的温度场变化进行了实时自动检测。通过实际测量值和模型预测值的比较表明,所建立的数学模型是合理的,计算结果与实际测试结果基本吻合,这一模型的提出有助于焊接质量的保证     

深水海底管道铺设焊接系统设计

为了满足南海深水油气田开发的需要,研制了以焊接工作站为核心的深水海底管道铺设焊接系统。焊接工作站配备2套独立的双炬焊接系统,焊接小车外形尺寸小、质量轻,特别适合于海管铺设工程应用。焊接工作站控制系统采用CANOpen现场总线和网络技术,不仅增加了系统柔性和可靠性,而且实现了现场焊接设备的远程监督。     

单双面焊接结构的温度场

针对T型板单、双面两种焊接结构的焊接温度场分布的异同问题,建立了两种焊接结构的有限元模型,利用焊接热过程分析理论,通过SYSWELD分析比较两者的温度场云图和焊趾线上温度热循环曲线。结果表明,焊接过程中双面焊熔池的最高温度比单面焊熔池的最高温度高约150℃。单面焊焊趾线上选取点的最高温度达到1 460℃~1 500℃;对于双面焊,由于第一道焊缝焊接时对第二道焊缝的预热作用,使得在第二道焊缝未焊接时E2~H2点的最高温度就达到约550℃,且选取点的最高温度为1 700℃~1 750℃。此研究结果可指导实际生产中焊接结构的选择。     

不锈钢焊接温度场的三维数值模拟

分别详细分析了焊接热源的三种计算模型即高斯热源模型、双椭圆高斯热源模型及双椭球热源模型的数学表达式与物理特点。利用三维有限元网格划分技术，对工件进行网格划分，并采用网格自适应技术对焊缝金属的网格进行自动加密与生成，为缩短焊接过程数值模拟时间创造了条件。在此基础上又对其中两种焊接热源模型所建立的温度场进行了计算，得到了不锈钢SUS310材料温度场的分布规律，研究了各种参数对温度场分布的影响，并与工艺试验结果进行了比较，提出了适合三维有限元分析的最佳焊接热源模型。     

输油管TIG焊接电弧温度的光谱诊断

测定电弧温度对于深入理解焊接电弧在不同环境下的物理特性,从而寻求改善焊接质量的新途径有重要意义.笔者介绍了电弧等离子体光谱理论及光谱诊断方法,对TIG焊电弧光谱进行了采样分析.通过对光谱数据的分析指出钨元素谱线具有较好的利用价值.利用等离子体光谱诊断法对不同电流和不同弧长的电弧光谱和电弧温度进行了对比分析,并时其变化规律做出了解释.本研究工作对于输油管TIG焊接电弧物理的研究具有参考价值.     

高强Al-Mg合金钨极氩弧双丝增材制造工艺与组织性能

针对水下湿法焊接质量评定中缺乏简便、客观的评价指标的现状,提出利用焊缝余高的变异系数表征焊接质量. 该指标具有支持定量分析客观性强、步骤简单易操作等优点. 余高变异系数越大,焊缝外观成形均匀性越差,焊接质量越低;反之,焊缝越平滑、美观,焊接质量越好. 为验证该指标的准确性,设计了相关的工艺试验. 依据脉冲电流对焊接过程稳定性的影响,开展不同脉冲频率条件下焊接. 鉴于送丝方式对焊接过程影响较大,利用焊缝余高变异系数分析送丝方式对水下湿法药芯焊丝焊接过程稳定性研究. 结果表明,余高变异系数评价结果与焊接质量相关度较高. 焊接过程中采用X射线高速成像技术,从焊接过程稳定性与熔滴过渡类型等方面深入分析了焊接过程对余高变异系数的影响,进一步验证了该指标的可靠性.     

间隙对GMAW立焊熔滴过渡的影响及温度场特性

采用高速摄像采集系统对间隙存在及变化时GMAW摆动电弧立向上焊焊接过程中的熔滴过渡行为实时图像进行采集,分析了熔滴过渡行为对电弧质量和焊接过程的影响,结合电弧质量分析仪采集的焊接电流、电弧电压概率曲线图对试验结果加以验证和补充解释,最后通过有限元数值模拟技术对GMAW立向上焊接过程数值模型进行建立,并对瞬态焊接温度场进行验证和分析. 结果表明,随着间隙的出现及尺寸的增加(0 ~ 4 mm范围内),GMAW立向上焊熔滴过渡形式由短路过渡向特殊的滴状过渡发展,模拟结果说明GMAW立向上焊热影响区具有较大的温度梯度特性.     

基于ANSYS的GMAW温度场计算

根据传热学、流体力学、物理冶金等理论，建立了运动电弧下熔化极气体保护焊(GMAW)的三维非稳态熔池的数学模型。在数学模型的基础上建立了GMAW堆焊的有限元模型，并使用通用有限元软件ANSYS对熔池温度场进行了计算，在计算的过程对有限元模型进行了非均匀网格划分，加入了熔滴对熔池的能量和表面变形的影响，采用了双高斯热源叠加的双峰热源分布模型，应用有限元生死单元的处理方法。并通过不同工艺参数下的工艺试验的熔宽和熔深的测量值与ANSYS计算值进行了比较，熔池的熔宽和熔深的误差均控制在8％以内。结果表明，使用ANSYS和使用双峰分布的热流来计算GMAW温度场均是可靠和可行的。     

X80管线钢焊接温度场的数值模拟

利用SYSWELD有限元分析软件,采用双椭球热源模型,对X80管线钢对接接头的焊接温度场进行了模拟仿真,模拟结果与试验值非常接近。利用一次正交回归试验,研究焊接热输入和预热温度对焊接热循环的影响规律,结果表明,热循环参数t8/5和tH随着热输入和预热温度的增大而增大,热输入对t8/5和tH的影响大于预热温度对t8/5和tH的影响,因此,在实际焊接时应特别重视焊接热输入的选择与控制。     

Electrochemical corrosion of X65 pipe steel in oil/water emulsion

The electrochemical corrosion behavior of X65 pipeline steel in the simulated oil/water emulsion was investigated under controlled hydrodynamic and electrochemical conditions by rotating disk electrode technique. Results demonstrated that mass-transfer of oxygen plays a significant role in the cathodic process of steel in both oil-free and oil-containing solutions. Electrode rotation accelerates the oxygen diffusion and thus the cathodic reduction. The higher limiting diffusive current density measured in oil-containing solution is due to the elevated solubility of oxygen in oil/water emulsion. The anodic current density decreases with the increase of electrode rotating speed, which is attributed to the accelerated oxygen diffusion and reduction, enhancing the steel oxidation. Addition of oil decreases the anodic dissolution of steel due to the formation of a layer of oily phase on steel surface, increasing the reaction activation energy. The steel electrode becomes more active at the elevated temperature, indicating that the enhanced formation of oxide scale is not sufficiently enough to offset the effect resulting from the enhanced anodic dissolution reaction kinetics. The corrosion reaction mechanism is changed upon oil addition, and the interfacial reaction is activation-controlled, rather than mass-transfer controlled. When sand particles are added in oil/water emulsion, there is a significant increase of corrosion of the steel. The presence of sands in the flowing slurry would impact and damage the oxide film and oily film formed on the steel surface, exposing the bare steel to the corrosive solution.     

GMAW用焊材复验技术

在化学分析、RT检测、全焊缝金属拉伸实验、冲击等实验基础上,分析了影响焊材复验结果的各种因素,并从保护气体、焊接规范参数以及母材与焊材的匹配性选择等方面给出了具体解决方法,为GMAW焊材复验工作提供了实用的技术方案。     

新型焊接温度场监控系统研究

针对焊接温度场传统检测方法随意性较大和布线困难的现状,利用K型镍铬-镍铝热电偶为温度传感器,结合ZigBee无线通信技术设计了一种新型焊接温度场监控系统。该系统由终端节点、协调器节点和计算机监控中心组成。终端节点以CC2430为控制核心,能实时检测焊接温度,并通过ZigBee射频模块将温度信息无线传输到协调器,协调器汇集温度信息后再通过RS232传送到计算机监控中心。计算机监控中心采用力控组态软件实现人机交互、报警、存储、显示等功能。结果表明,该监控系统提高了测温的效率和准确性,对于制定、评定和优化焊接工艺具有重要意义。     

船用厚板焊接温度场演变规律

船用厚板焊接过程复杂,建立符合焊接热过程的热源模型是温度场和应力场分析的关键.对厚板对接焊接工艺的温度场进行了数值分析,在分析各类热源模型的基础上,建立了面部加载高斯热源和双椭球热源以及组合热源的数学模型,获得了各热源下焊接过程中焊接温度场的发生、发展和分布规律,以及各个节点的热循环曲线变化规律.结果表明组合热源分析的准确性和适用性,为减小和控制焊接应力和变形提供依据.     

受约束内覆薄壁管对接焊温度场和应力场的数值模拟

针对复合管对接焊时,较厚的外层基材对内衬薄管焊接的温度场分布和应力场变化的约束影响,以及基材与薄管的接触效应,运用有限元法,在焊接过程使用"时间幅值"和"单元联接"等技术,建立了相应的有限元分析模型,计算了复合管对接焊内衬薄管的温度场变化和焊后残余应力的分布状况.通过计算,对薄管焊接速度、应力进行了分析讨论,并对薄板材料性质、结构尺寸、焊接热输入等焊接失稳变形的影响因素进行了研究.结果表明,薄板结构尺寸、焊接热输入对变形影响较大,而材料性质相对影响较小.