焊接残余应力计算、测试与调控的研究进展

随着全球能源结构调整及能源利用效率的提高,石化、核电等承压设备日益朝着大型化方向发展,焊接作为一种传统连接工艺,依然是大型承压设备制造的关键技术.然而,焊接不可避免带来残余应力,是引发应力腐蚀、疲劳、断裂等失效的主要原因之一,对承压设备结构完整性及安全服役产生重要影响.因此,有效调控焊接残余应力是保障大型承压设备结构完整性的关键.而焊接残余应力作为一种"看不见、摸不着"的天生缺陷,其精准的计算方法和可靠的测试手段亦是实现其科学有效调控的基础.基于国内外研究成果以及笔者研究团队的研究工作,系统总结了近半个世纪以来在焊接残余应力计算、测试及调控等方面所取得的研究进展,分析工艺、材料与结构仿真三位一体的焊接残余应力集成计算方法研究现状,详细梳理各类焊接残余应力测试方法,总结其优缺点,而后对残余应力调控方法进行分类阐述,重点阐述了最近新出现的残余应力调控方法,并展望发展趋势.     

现代工业再制造技术

环保意识已经逐渐渗透到现代制造工业的生产实践中。全球制造业工作者都在寻求一系列的方法与策略来解决环境污染、资源浪费等诸多社会问题,以达到现代工业的可持续发展,而再制造技术就是这些策略与方法中很重要的一种。文章通过对再制造技术的特征叙述,着重探讨再制造与工厂延寿、环境保护、现代工业的可持续发展等方面的关系,在此基础上,针对当前我国再制造工程中的研究现状,对一些存在的问题提出了可行的解决办法。     

再制造的热喷涂合金涂层的结构完整性与服役寿命预测研究

热喷涂技术是再制造工程的支撑技术,热喷涂涂层是再制造领域中常见的表面涂覆层,其初始质量和服役寿命为人关注.本文以等离子喷涂为例,研究了与工艺相关的涂层完整性和与服役条件相关的涂层寿命和失效机理.以不同H_2流量、功率和送粉量为条件,研究了工艺参数对涂层孔隙率和微观力学性能的影响.以接触疲劳过程为手段,研究了涂层寿命预测方法和寿命衰退机理.结果表明,工艺参数可以不同程度地影响涂层的结构完整性,通过优化设计可以大幅提高涂层质量;基于大样本空间建立的S-N曲线可以直观预测涂层接触疲劳寿命,机理分析表明,点蚀、剥落和分层失效诱因不尽相同,分别由粗糙接触、近表面缺陷和剪切应力导致.     

镍基高温合金深小孔的旋转冷挤压强化工艺优化

采用多级凸包硬质合金挤压工具对镍基高温合金平板中的深小孔进行旋转冷挤压及无旋转冷挤压(主轴转速为0)试验,研究了挤压率(2.4%,3.0%,3.6%)与主轴转速(0,66,200 r·min^-1)对孔壁表面完整性及试样疲劳寿命的影响,确定了旋转冷挤压优化工艺。结果表明：与无旋转冷挤压强化工艺相比,旋转冷挤压强化后孔壁表面微裂纹较少,随着主轴转速的增加,微裂纹增多,表面粗糙增大,且相同主轴转速下,挤压率越大,粗糙度越小,表面硬度越高,残余压应力和压应力层厚度越大。优化旋转冷挤压工艺参数为主轴转速66 r·min^-1、挤压率3.0%,该工艺下的孔壁表面微裂纹少,塑性变形层较厚(约30μm),表层硬度提升(硬度峰值为515 HV),表面粗糙度较低(R_a为0.298μm),沿深度方向形成了厚度约为450μm、应力峰值为498 MPa的周向残余压应力层;在优化工艺下孔强化后试样的疲劳寿命约为未强化试样的6.6倍,疲劳裂纹源由孔壁表面向内部偏移了约45μm。     

涂层缺陷对涂层失效与基体腐蚀行为的影响研究

通过对涂层缺陷、涂层起泡、湿附着力等研究领域的回顾，讨论了涂层缺陷对腐蚀性介质离子在涂层中的传输行为、涂层失效、基体腐蚀行为等方面的影响。在此基础上，针对涂层缺陷研究现状中存在的一些未解决问题，提出了诸如计算机支持技术等可能的解决方法。     

不同材料涂层/基体界面应力的有限元评价

涂层 /基体结合强度是衡量喷涂质量的关键指标。利用有限元方法对涂层 /基体剪切结合强度的测定方法进行了力学分析 ,着重讨论了涂层 /基体交界面上的应力分布。然后 ,在此基础上 ,针对 3种不同涂层材料 (Al2 O3、Al、Cr3C2 / Ni- Cr) ,对涂层 -基体交界面进行了应力分析 ,比较了不同的涂层材料性能对涂层 /基体剪切结合强度的影响 ,给实际喷涂工艺有一定的指导意义。     

退火过程中均质和异质结构纯铜晶粒的生长

通过相场模型和理想晶粒生长模型,模拟了均质结构及异质结构(梯度结构和双峰结构)纯铜在退火过程中的晶粒生长.结果表明:晶界能垒变化对均质结构晶粒生长速率的影响较小;退火时间大于600 s时,均质结构晶粒的生长速率有一个较大的阶梯性变化;对于异质结构晶粒,晶界能垒越大,晶粒生长越慢;梯度结构中,小晶粒的生长速率最快,中晶粒的次之,大晶粒的最慢,且晶粒尺寸越大,晶界能垒对生长速率的影响越小;双峰结构中,晶界能垒对粗晶生长速率的影响较细晶的大,增加粗晶数目,细晶的生长速率明显降低,粗晶的生长速率增加.     

以ABAQUS为平台的激光冲击数值仿真

建立模拟激光冲击残余应力场的非线性弹塑性有限元模型.采用ABAQUS仿真软件实现激光冲击残余应力场仿真,根据显式分析得到材料内部应力,验证显式分析过程的正确性.分析单次和多次冲击下材料内部的残余应力场分布,分析结果与试验结果比较吻合.     

车削速度对GH4169加工表面完整性的影响

加工表面完整性对材料的服役性能有着重要的作用。使用陶瓷刀具,对高温合金GH4169进行车削加工,分析不同车削速度对表面完整性各特征参量的影响,采用光学显微镜、扫描电子显微镜、显微硬度仪和XRD等仪器对表面微观结构、显微硬度和残余应力进行观测。结果表明:表面粗糙度随切削速度的增大而减小;加工表层存在滑移,且有明显的加工硬化现象,表层显微硬度随着车削速度的增大呈现增大趋势;轴向表面残余应力均为拉应力,且随着车削速度的增大拉应力先增大后减小,原因在于当速度增大至一定程度时,热量短时间内无法传递到工件内部,导致热效应的作用效果减弱。