一、焊接熔池组织模拟的GBE模型(论文文献综述)
吴弘[1](2021)在《磁控电弧等离子体数值模拟及磁压缩机制》文中认为提高钨极惰性气体保护焊(TIG焊)的生产效率是国内外焊接工作者的研究热点之一,涌现了许多高效TIG焊工艺。磁场辅助TIG焊通过影响电弧形态达到提高电弧能量密度的效果。但是由于磁场种类、位形和参数的多样性,磁场作用下电弧形态和性能呈现复杂的变化,使得系统阐释磁场对电弧的作用本质成为目前研究的难点。在参阅大量国内外文献的基础上,分析了目前常用电弧数值模拟方法,针对其只能获得电弧温度、压力、流速等宏观性能的局限性,提出了从微观角度,通过模拟电弧中带电粒子的运动来揭示磁场与电弧间相互作用机理的思想。在分析各种磁场对电弧形态作用的基础上,选择对电弧形态影响最大的尖角磁场和轴向磁场作为外加磁场,确定磁感应强度和磁场频率为研究参数。针对外加磁场多样性的特点,设计研制了多功能磁头和磁控焊接试验系统,可以实现多类型多参数磁场作用下TIG焊接试验。试验结果表明,外加频率1500 Hz、强度30 m T的轴向交变磁场引起的电弧收缩最明显,电弧锥顶角由不加磁场时的87.6°减小到24.8°,压缩率可达74.67%;深宽比从0.31提高到0.47,增大了51.6%,有效提高了焊接生产效率。提出了基于MATLAB的电弧分区方法。通过对电弧亮度的分析,将电弧弧柱分为电离区、复合区和能跃区三部分,定量分析了磁场对这三个区域尺寸以及电弧能量密度的影响,结合实测的电流密度和电弧压力变化,提出了高频磁控电弧能量传递效率提高的观点,阐释了电弧能量密度分布变化的原因。建立了磁场模型和带电粒子运动模型,基于MATLAB软件模拟了电子和氩离子的运动轨迹,从微观角度阐述了电弧形态变化的原因,揭示了电弧扩张和压缩的机理。研究表明,有磁芯结构磁头产生的磁感应强度呈环形山状分布,无磁芯磁头磁感应强度呈单峰分布特征。在磁场作用下,电子运动轨迹为围绕磁力线的会聚螺旋线,氩离子运动轨迹为螺旋曲线的一部分,它们还可以从一个位置跃迁到另一个位置重新开始运动。同时,外加磁场的频率和带电粒子的初速度能改变螺旋运动的回转半径,影响带电粒子跃迁的几率。频率较低、初速度较大时,回转半径较大,带电粒子易于从一个位置跳跃到另一个位置,其横向运动距离增大,电弧扩张。反之,带电粒子被拘束在磁力线附近运动,横向运动距离减小,表现为电弧的收缩。这一理论和研究思想的提出,为后续开发高效磁控TIG焊工艺提供了新的思路。基于COMSOL软件揭示了磁头结构对外加磁场及其分布的影响规律,为一体式小型焊枪的研发提供了依据,奠定了磁控TIG焊工业化应用的基础。
李晓飞[2](2021)在《铸铁同质焊接工艺设计》文中研究表明由于双重相变特性,灰铸铁同质焊接区易产生白口和淬硬组织。生产中常采用预热600℃~700℃的热态焊和预热350℃~400℃的半热态焊方法,其大多凭借经验制定热过程温度,往往造成预热不足或者能源浪费。本文在计算铸铁相变临界冷速基础上,采用有限差分法建立铸铁焊接温度场模型,对铸铁焊接热过程进行可视化模拟,运用温度场数值模拟与焊接试验相结合的方法,分析焊接工艺主要参数对焊区冷速的影响规律,确定并优化焊接工艺参数,以达到节约铸件再制造成本的目的。计算结果表明:HT250不产生白口的临界冷速Vc为66.1℃/s,不产生淬硬组织的临界冷却时间为t8/5为30s;QT450-10不产生白口组织的临界冷速Vc为41.2℃/s,不产生淬硬组织的临界冷却时间为47s。数值分析与模拟结果表明:焊接区凝固冷速最大的部位在熔合区,连续固态相变冷速最大位置在过热区。焊件板厚、预热温度、焊接电流及后热温度对铸铁焊接温度场均有较大影响,焊件板厚越大、焊接区冷速越快,通过增大焊接电流、升高预热温度以及增大焊件预制缺陷尺寸等可以有效降低焊接区冷速。对于板厚小于15mm的薄壁灰铸铁件,如若焊接时间大于35s,无需焊前预热便可使熔合区冷速小于临界冷速;对于壁厚大于30mm的厚大铸铁件,焊接时间大于35s,需要预热到250℃以上才可避免白口组织的产生。球墨铸铁件无法在冷焊条件下实现同质焊接的修复,壁厚小于15mm的球铁件,需预热1 50℃以上且焊接持续时间大于35s;厚度大于等于30mm的球铁铸件,需热到480℃以上方可避免白口组织和淬硬组织产生。试验结果表明:对厚度为20mm、预制圆锥形缺陷尺寸为Φ20mm×8mm的灰铁HT250焊件,采用200℃预热、215A电流的焊接工艺连续焊接可避免焊接区出现白口组织和淬硬组织;提高预热温度至300℃、或增大焊接电流至250A、或增大焊件预制缺陷尺寸到Φ24mm×8mm,可使焊接区铁素体含量增加,硬度下降;空冷条件下无法避免热影响区马氏体的出现,配合焊后200℃的随炉缓冷,可使基体中铁素体含量增多,熔合区硬度降至246HBW。球铁的白口倾向大于灰铸铁,厚度为20mm、焊件预制缺陷尺寸为Φ20mm ×8mm的QT450-10球铁件在400℃预热、250A电流连续焊接条件下依然有莱氏体产生,熔合区硬度高达300HBW。继续增大预热温度至550℃,焊接区白口基本消失,熔合区硬度降至253HBW;随着焊后缓冷温度的增加,热影响区铁素体含量增多。
郭宇飞[3](2021)在《激光熔覆Inconel 625合金组织演变的数值分析》文中指出随着科学技术的不断进步,传统的钢铁材料在实际应用中已经难以满足需求,而激光熔覆技术的出现为该问题的解决提供了一条新途径。作为一种新型的材料表面改性工艺,激光熔覆技术能够有效地提高基材表面的性能,延长材料使用年限,但激光熔覆时熔覆层具有高温、快速、复杂的冶金特点,熔覆层在成型过程中会发生复杂的物理化学反应,采用传统的试验方法难以进行实时研究,故而,探索一条新的研究熔覆层成型过程的途径就具有重大的实际意义。而数值模拟技术可以直观的重现激光熔覆时温度场和微观组织的演化,且研究周期短,节约资源,目前已成为一种新型的研究方法。本文分别构建了有限元模型和有限差分模型,针对两种模型的建模过程、温度场模拟结果、与元胞自动机模型耦合的难易程度等方面进行了综合考虑,拟在熔覆Inconel 625合金时,温度场分布计算采用有限元模型,微观组织演变模拟采用有限差分模型。通过有限元模型对单道以及多层多道激光熔覆时温度场的演化进行了仿真,温度场呈近似的椭圆状分布,熔覆区域热量高度集中;多道激光熔覆时,前一道熔覆过程会对后续熔覆过程产生预热作用。在此基础上,探究了试样不同节点热循环曲线的转变规律,研究了不同熔覆工艺参数下温度场的演变状况,当激光功率增大,熔覆温度升高,激光扫描速度加快,熔覆温度降低。并针对模拟的温度场结果进行了验证性试验,模拟的熔覆层外貌轮廓及尺寸与试验结果基本一致。在有限差分模型的基础上,构建了晶体生长的元胞自动机-有限差分(CA-FD)模型。通过对熔覆层中等轴晶的生长以及溶质偏析进行模拟,证明了所建模型能够正常运行且稳定性良好。采用CA-FD模型对单道和多层多道熔覆层中晶体的生长过程进行了模拟,模拟的晶体形核与生长过程符合晶体凝固学理论,并揭示了不同参数对晶体形貌的影响规律:随着形核基底数的增多或激光扫描速度的加快,熔覆层中晶体数量增多,晶体尺寸减小;随着激光功率的增大,熔覆层中晶体数量减少,晶体尺寸增大。同时,对所模拟的晶体形貌结果进行了验证,模拟结果和试验结果基本一致。基于所建的晶体生长CA-FD模型,构建了相转变CA-FD模型和三维晶体生长CA模型,实现了熔覆层凝固过程相转变以及三维等轴晶的数值模拟,发现熔覆层微观组织最终由γ+NbC+Laves三相组成;随着过冷度的增大,晶体生长速度加快,晶体发生粗化,二次枝晶数量增多;随着扰动振幅的增大,二次枝晶数量增多,一次枝晶和二次枝晶都有所细化。同样的,对相变结果进行了试验验证,模拟的相转变过程较为合理。综上所述,本文采用数值模拟技术对激光熔覆Inconel 625合金进行了系统的研究,阐明了熔覆时熔覆层温度场和微观组织的演化机理,揭示了不同参数对熔覆层凝固过程的影响规律,为熔覆工艺的选取和熔覆组织的调控提供借鉴。
李娟[4](2021)在《多丝埋弧焊热循环及其对硬度的影响规律研究》文中进行了进一步梳理多丝埋弧焊作为高强度厚壁输送管制造的核心技术,不仅可以实现高速焊接,同时也可得到性能优良的焊接接头,但是由于焊接热影响区(HAZ)是整个焊缝的薄弱环节,其性能主要取决于热循环参数,因此明确温度场和热循环对研究HAZ性能有重要意义。本文开发了一种复合热源模型,通过数值模拟得到粗晶区和细晶区的热循环曲线。通过逐一添加热源的模拟方法,明确了每个热源对其温度场、热循环特征的作用。以雷卡林薄板温度场为基础,t6/5为评价指标,建立了适合于四丝内焊+五丝外焊的当量线能量,采用该线能量能够利用雷卡林公式获得准确的热循环曲线。通过数值模拟获得焊接热影响区各个分区的热循环曲线,利用热模拟试验获得焊接热循环对其硬度的影响规律。四丝内焊的温度场中,第三个热源对熔深的影响最大,在第一个和第二个热源作用的基础上,熔深增加的幅值占总熔深的20%,第四个热源对熔宽的影响最大,熔宽增加的幅值占总熔宽的36%。当第三个热源作用时,出现了首个t8/5值,第四个热源作用时,粗晶区的t8/5为35s。在五丝外焊的温度场中,第四个热源对熔深的影响最大,在第一个、第二个和第三个热源作用的基础上,熔深增加的幅值占总熔深的14%,第五个热源对熔宽的影响最大,熔宽增加的幅值占总熔宽的21%。当第四个热源作用时,出现首个t8/5值,第五个热源作用时,粗晶区的t8/5为44s,其中的t6/5增加最多。热影响区硬度及强度的实验结果表明,细晶区中存在明显的软化现象。峰值温度为1000℃处于焊接接头热影响区的细晶区,抗拉强度和屈服强度分为674MPa和534MPa,硬度200Hv0.2,屈服强度比母材下降了27%,硬度比母材下降了13%。主要原因是准多边铁素体的数量更多、体积更大,同时在晶界处存在大量细小块状M-A组元。由于M-A尺寸增大,其强化作用减弱,而准多边铁素体数量增加也将使该区的强度降低。当峰值温度为1300℃处于焊接接头热影响区的粗晶区,随着t8/5的增加,硬度降低,主要是因为贝氏体含量降低,铁素体组织增加导致硬度降低。冷却速度V6/5越大,硬度越高,V6/5越小,晶粒的尺寸增大,M-A尺寸增大,其强化作用减弱,从使得硬度降低,V6/5越大,组织内部弥散分布大量的细小的M-A岛,从而提高了硬度。
邢博[5](2021)在《Ti2AlNb电子束焊接温度场和应力场研究》文中研究表明Ti2AlNb合金中含有β稳定元素Nb可提高材料熔点,改善α2相室温塑韧性,用以替代镍基合金应用于航空发动机可减重40%以上。Ti2AlNb合金焊接时接头易形成脆硬金属间化合物,并伴随产生再热裂纹和组织不连续问题。基于电子束焊能量密度集中、深宽比大、变形小等优点,本文结合Ansys有限元软件主要研究工作如下:(1)采用复合热源模型模拟Ti-22Al-25Nb合金电子束焊接过程中温度场变化,获得不同工艺参数下热循环曲线分布,预测热影响区组织相变,分析影响熔池形貌因素;(2)利用热力间接耦合法模拟焊件各路径残余应力分布,探究工艺参数与焊缝三向残余应力变化间的联系。温度场分析表明,“高斯面+高斯旋转体”相较“高斯面+改进锥体”复合热源相同参数下能量密度更大,熔池截面更能体现电子束焊深穿透匙孔形貌。焊接时狭长的椭圆状等温线围绕热源对称分布于焊缝两侧,冷却至室温后应力基本不变。正交试验表明电子束流影响焊缝尺寸最大,焊接速度次之。焊缝温度为2000~3000℃,距焊缝2mm热影响区温度为800~1300℃,焊缝中心冷却速度835℃/s远高于B2相临界冷却速度是造成焊缝产生单一B2相的主要原因。应力场分析表明,等效应力集中于焊缝及热影响区处。距焊缝3mm内残余应力分布十分复杂,凝固与冷却不同时性是应力集中主要成因。各截面三向应力分析表明沿焊缝及热影响区的横向应力集中于两端,中部过渡平稳;纵向应力表现约为600MPa的高值拉应力;法向应力峰值与横向都较小,约为100MPa。垂直焊缝三向应力在近缝区形成较窄拉、压应力区间而后趋于稳定。模拟试验表明通过降低焊接速度、提高电子束流使残余应力降低并向母材侧移动。最佳工艺参数为电子束流10m A,焊接速度360mm/min,加速电压60kV。
单晨[6](2021)在《稀土合金元素粉末改善钢铝激光焊接接头性能的研究》文中研究指明为了响应国家节能减排放和可持续发展的政策,汽车轻量化技术已经成为新时期现代科学家的研究重点。其中,在汽车车身采用钢铝焊接结构代替全钢结构是实现汽车轻量化的重要途径之一。由于钢铝在焊接过程中容易生成脆性Fe-Al金属间化合物,导致焊接接头强度降低,因此,抑制Fe-Al金属间化合物的生成、降低Fe-Al金属间化合物的厚度是提高接头强度的关键。本文对1mm厚的DP600双相钢和1mm厚的6061铝合金进行钢上铝下搭接方式激光深熔焊接实验研究。研究优化焊接工艺参数和添加中间层合金元素粉末两方面对焊接接头成形形貌、力学性能、断口形貌以及焊缝界面金属间化合物种类和分布的影响;并建立了钢铝激光深熔焊焊接的二维数值模型,模拟了钢铝激光深熔焊匙孔的动态形成过程。在数值模拟方面,建立了钢铝激光深熔焊焊接的二维数值模型,模拟了钢铝激光深熔焊匙孔的动态形成过程。采用Level-Set水平集法追踪匙孔的气液界面,利用混合连续模型处理匙孔固液界面。仿真结果成功模拟出了钢铝激光深熔焊接匙孔的动态形成过程以及不同时刻熔池内部温度场的分布,并通过实验对比验证了模型的准确性。在优化焊接工艺参数方面,利用单一因素实验分析激光功率、焊接速度、离焦量对焊缝表面成形的影响,确定本次实验的工艺参数条件。利用正交实验优化焊接工艺参数,获得最佳工艺参数为:激光功率为420W,焊接速度为10mm/s,离焦量为+0.6mm,保护气体流量为15L/min。在最优工艺参数下得到的焊接接头力学性能为75.6N/mm,分析焊接接头的断口形貌为脆性断裂。对焊缝部分界面进行EDS点扫描,可得焊接界面处出现的IMC主要为片状、棒状的Fe2Al5相和针状的Fe4Al13相。在添加中间层合金元素方面,基于上述优化的工艺参数,通过在铝合金表面预置Al-0.3%Ce、Al-0.5%Ce、Al Si12-0.3%Ce、Al Si12-0.5%Ce四种稀土合金元素粉末进行钢铝激光焊接实验。与不添加合金元素时进行对比,分析添加中间层粉末对焊接头力学性能、焊缝界面成形的影响,并分析拉伸试样钢侧断口形貌以及接头界面金属间化合物的种类和分布。结果表明在添加Al基Ce粉末时,添加Al-0.3%Ce中间层得到焊缝截面成形性优于添加Al-0.5%Ce中间层,几乎没有孔洞、裂纹等缺陷。添加Al-0.3%Ce中间层时接头线载荷为83.8N/mm,提高了10.8%,且断口形貌为混合断裂。添加Al-0.3%Ce中间层时焊缝界面内侧生成Fe Al0.3富铁相、Fe3Al相、Fe Al2相以及Fe Al相,焊接界面边界处出现的IMC主要为片状Fe2Al5相和锯齿状Fe4Al13相,且相比不添加粉末时厚度明显降低,Ce原子偏聚于晶界处有效阻碍Fe-Al化合物的生成,同时焊接过程中Ce和熔池内部O元素、S元素可以形成的氧化物和硫化物作为异质形核剂,细化了晶粒,提高接头的力学性能;在添加Al Si12基Ce粉末时,添加Al Si12-0.3%Ce中间层时缝截面成形性优于添加Al-0.5%Ce中间层,没有裂纹、孔洞等缺陷。添加Al Si12-0.3%Ce中间层时接头线载荷为86.7N/mm,提高了14.7%,且断口形貌为混合断裂。添加Al Si12-0.3%Ce中间层时焊缝界面内侧生成了Fe Al0.8Si0.1相、Fe Al相及Fe Al2Si0.1相,焊接界面边界处出现的IMC主要为Fe2Al5相、Fe3Al相、Fe4Al13相,IMC厚度降低,除了稀土Ce的作用外,界面处延性的Fe Al0.8Si0.1相和Fe Al2Si0.1相阻碍了脆性Fe-Al IMC的生成,提高了焊接接头的力学性能。
李军兆[7](2021)在《316L不锈钢窄间隙激光焊接熔池动态行为及电磁调控特性研究》文中认为窄间隙焊接技术采用深窄坡口形式代替传统大角度坡口,填充面积仅为常规方法的1/4-1/2,极大提高焊缝填充效率并改善焊后组织性能。其中,窄间隙激光焊接具有热源能量集中、微角度坡口形式、高速焊接等优势,在厚壁构件焊接领域具有广泛的应用前景。针对现有窄间隙激光焊接方法存在的焊缝侧壁熔合不良、气孔、组织性能均匀性差等问题,从焊接熔池调控技术出发,提出了电磁辅助窄间隙激光焊接新技术,利用恒定磁场和交变电流,驱动热丝周期性横向摆动。研究了电磁辅助作用下窄间隙激光焊接能量分布和熔池动态行为的变化规律,阐明了窄间隙坡口侧壁熔深增加机制,对厚壁构件的应用具有重要意义。旋转扫描激光工艺提高激光热源对窄间隙焊接的适应性。旋转扫描激光改变热源分布形式,扫描激光中心区域具有最低的能量峰值,而最高的能量峰值出现在两侧区域,激光能量呈现“凹”型分布特征。随着旋转扫描频率和幅度的增大,激光热源连续性和熔化面积增加,能量密度显着降低,这能够增加焊缝熔宽并抑制指状熔深的产生。当旋转激光频率150 Hz、幅度2.0 mm时,激光束旋转行为能够改变熔池表面流动状态,在熔池中形成涡流区,使熔池沿宽度方向明显扩张,增强其与基板表面的润湿性;熔融金属在匙孔附近均匀分散,降低对匙孔壁的压迫,同时激光束高频旋转增加匙孔重叠率,提高匙孔连续性,因此显着降低焊缝气孔率。然而窄间隙坡口间隙的限制使旋转扫描激光能量难以直接作用于坡口侧壁,窄间隙激光焊接依然存在侧壁熔合不良缺陷。为适应小窄间隙空间约束并改善旋转激光热源的局限性,提出了电磁辅助窄间隙激光焊接方法。研究结果表明,辅助电流电阻热显着降低焊丝熔化对激光能量的依赖性,随着焊丝偏离中心位置,熔池热传导所占的比例逐渐增加。相比于常规激光焊接,电磁辅助作用改变了等离子体的喷射方向,使得激光入射位置的等离子体电子密度降低,有利于削弱等离子体对激光能量的吸收,提高传输效率;而等离子体扩张提高了窄间隙坡口侧壁位置的加热面积,可视为有效热源对侧壁进行局部加热。填充焊丝在电磁辅助作用下横向摆动,能够促使高温熔融金属在熔池中均匀分布,增强对坡口侧壁的热传导。同时,熔池强制对流增加液态金属横向流动量,促使高温金属向窄间隙侧壁流动,增加其在侧壁停留时间,改善侧壁润湿。随着电磁作用频率和幅度增加至30 Hz和6.0 mm时,熔池液态金属强制对流作用逐渐增强,此时电磁辅助驱动力对熔池流动起主导作用,促使熔池周期性横向流动特征更加明显。熔池稳定性与电磁作用频率和旋转激光频率耦合关系有关,导致焊缝凝固形貌的变化。电磁辅助作用改变了窄间隙焊接传热行为,对窄间隙激光焊接工艺窗口的扩大具有显着作用。焊接温度场数值分析结果显示,电磁辅助作用下窄间隙焊接熔池温度分布更加均匀,峰值温度降低7.6%,侧壁温度增加10.7%,熔池固/液界面凝固前沿的温度梯度降低,冷却速率有所提高。电磁辅助技术通过增强高温熔池热传导和高温等离子体热辐射,提高对侧壁的能量输入,最终增加窄间隙坡口宽度适应性和焊缝表面弯曲度,焊缝呈现润湿良好的“月牙形”焊道。采用优化后的工艺实现40 mm厚度316L不锈钢多层窄间隙焊接,包括1层自熔穿透焊和11层窄间隙填充焊,窄间隙焊接接头成形良好,每层焊缝形状基本保持一致,无气孔、未熔合等缺陷。电磁辅助窄间隙多层焊接温度场显示各填充层的温度场特征基本相似。随着焊缝填充,熔池热积累逐渐增加,散热能力降低,有利于延长熔池高温停留时间,增强熔池能量向坡口侧壁热传导,使得熔池面积逐渐增加。而已凝固焊缝在后续焊道的作用下会产生重熔区和热处理区,峰值温度和冷却速率均降低。电磁辅助能够改善窄间隙激光焊接接头组织性能均匀性。电磁辅助技术搅拌高温熔池液态金属,有利于降低熔池凝固前沿的温度梯度、增加熔池凝固速率,同时,熔池液态金属周期性横向流动会冲刷固/液界面处已凝固结晶的枝晶,弱化熔合区枝晶沿最优方向生长的趋势,抑制粗大柱状晶的生长,细化焊缝枝晶尺寸。316L焊缝晶粒细化和取向多样化能够提高焊缝整体性能。窄间隙多层焊接接头研究表明电磁辅助窄间隙激光焊接接头具有优良的强度和塑性匹配。
陈超[8](2021)在《脉冲超声辅助电弧焊接特性研究》文中认为针对现有连续超声辅助电弧焊中,超声利用效率低、焊接过程调控单一等问题,提出了脉冲超声辅助电弧焊新方法。该方法是通过控制超声电源的电流输出波形,实现脉冲超声输出。文中介绍了新型脉冲超声辅助电弧焊接系统,并研究了电弧空间的脉冲超声场分布特征,以此为基础研究了脉冲超声对电弧、熔滴过渡的影响规律,并与连续超声作用下的电弧、熔滴过渡行为进行了对比分析,获得了脉冲超声、连续超声对电弧、熔滴过渡的作用关系。采用理论分析和数值计算详细讨论了脉冲超声作用下的电弧、熔滴过渡变化机理。在电弧、熔滴过渡的研究基础上,以2A14铝合金为例,研究了脉冲超声-MIG焊接工艺。为今后脉冲超声辅助电弧焊接的推广应用提供了理论与试验基础。首先,通过驻波方程理论建立了脉冲超声场数值模型,对电弧空间的脉冲超声场的分布特征进行了求解计算,结果表明脉冲超声基-峰值各个阶段的声场空间分布趋势相同,不同之处主要体现在声场强度大小上,随振幅的增加声场强度随之增加。同时,声传播介质的波长越短电弧空间声场分布越复杂,第一谐振高度的最大声压明显大于其它谐振高度;随谐振高度增加,最大声压值逐渐减小。接下来以电弧空间声场分布特征为基础,研究了脉冲超声对电弧、熔滴过渡的影响规律。在电弧形态方面。低频脉冲超声(~20 Hz)时,获得了一种脉冲变化的电弧形态,即脉冲峰值阶段电弧压缩程度明显大于脉冲基值阶段的电弧压缩程度,随脉冲频率改变,电弧发生明显的脉动变化;高频脉冲超声(20 Hz~)时,低频脉冲作用下的脉动电弧形态被一种相对稳定压缩的电弧形态取代。当超声平均输出功率相同时,与连续超声相比,高频脉冲超声对电弧形态的影响更显着,能够获得相对更高效的超声作用效果;高频脉冲超声对电弧压缩、增加单位弧长电压降的影响趋于峰值功率下连续超声的作用效果。在滴状过渡中,脉冲超声谐振高度附近,弧长急剧压缩,滴状过渡转变成了一种混合过渡,该过渡包括滴状过渡与短路过渡;脉冲超声频率小于20 Hz时,MIG弧长脉动明显,当脉冲频率增加到20 Hz以上时,弧长基本稳定压缩;与普通MIG相比,脉冲超声-MIG熔滴过渡频率增加明显,随着脉冲超声频率的增加,其熔滴过渡周期变化不大。在短路过渡中,与普通MIG相比,谐振高度附近的脉冲超声-MIG的过渡频率增加最为明显;脉冲超声频率为20 Hz和50 Hz时,脉冲超声-MIG的短路过渡周期明显小于其它脉冲超声频率作用下的短路过渡周期;脉冲超声作用下的短路过渡U-I循环图范围明显缩小,焊接过程稳定性得到提高。与连续超声作用下的熔滴过渡相比,脉冲超声在促进熔滴过渡方面效果更佳。采用理论分析与数值模拟相结合的方式,对脉冲超声作用下的电弧、熔滴过渡变化机理进行了研究。通过数值模拟发现,与普通电弧相比,超声电弧的电弧电压、电弧最高温度和电弧压力均有所提高;结合理论推导,电弧内部粒子动能增加是超声-电弧温度提升的根本原因;电弧热惯性是引起低频脉冲超声作用下电弧形态脉动变化的直接原因。根据通过静力平衡理论可知,脉冲超声-MIG中的声辐射力弥补了重力和等离子体流力的损失,声辐射力是促进熔滴过渡的根本原因;结合数值模拟,高频脉冲超声对熔滴的作用效果,趋近脉冲峰值大小的连续超声对熔滴过渡的影响。以2A14铝合金为研究对象,对脉冲超声-MIG焊接工艺进行了研究。1 Hz的脉冲超声被采用时,焊缝获得了清晰的鱼鳞纹,脉冲频率增加到5 Hz后,焊缝表面光滑,鱼鳞纹消失;与普通MIG相比,焊缝熔深逐渐增加,熔宽变化不明显。引入脉冲超声后,普通MIG熔合线附近的柱状晶转变成了等轴晶,此区域的晶粒尺寸和第二相尺寸明显减小,焊接接头的显微硬度和抗拉强度均得到了一定程度地提高。当连续超声-MIG的超声功率等于脉冲超声-MIG的峰值功率时,二者对焊缝成形、焊缝显微组织和接头性能的改善程度相当,由此可知说明,脉冲超声对焊接过程的调控效果更佳明显,超声利用效率得到极大提升。
陈曦[9](2021)在《基于温度场和表面微结构调控的TC4/6061异种合金激光深熔钎焊接头强化研究》文中提出Ti/Al异种材料焊接结构以其钛合金耐高温、铝合金易成形等结构功能化和结构轻量化特点,在航空、航天领域具有广阔的应用前景和迫切需求。新一代大推重比航空发动机、大推力液体运载火箭发动机等急需突破中厚Ti/Al结构可靠焊接难题。近年来,国内外研究人员围绕Ti/Al异种材料激光熔钎焊的界面理论、组织性能调控方法开展了大量研究,主要集中在采用激光热导焊的方法解决1~2mm厚的薄板连接问题。为解决中厚板激光深熔钎焊界面IMC调控的难题,本文以5mm厚TC4钛合金和6061铝合金为研究对象,基于摆动激光焊接和真空激光焊接的温度场调控能力以及表面微结构化对润湿铺展的促进作用,提出了Ti/Al异种合金激光深熔钎焊复合接头组织性能调控的新方法,核心思想是:通过摆动激光及真空激光焊有效降低Ti/Al结合面峰值温度及厚度方向温差从而实现IMC厚度及均匀性控制,通过纳秒激光在TC4侧壁表面制备微结构提高浸润特性和形成“钉扎”强化结构。TC4/6061激光熔钎焊接头强度由6061铝合金侧熔焊接头和TC4钛合金侧钎焊接头两部分共同决定。本文针对单激光、摆动激光、真空激光等焊接工艺下接头的成形质量、微观组织及力学性能展开了系统研究。结果表明,相较于传统的激光熔钎焊,通过摆动激光焊和真空激光焊方法均改善了接头成形,显着降低了熔焊区气孔缺陷,促进了熔焊区晶粒细化,提高了接头强度。利用EBSD对熔焊区结晶行为进行分析,采用摆动激光、真空激光调节能场后熔焊区平均晶粒尺寸由激光熔钎焊的27.7μm分别减小至7.2μm、14.7μm;接头抗拉强度分别为173MPa、181MPa,调控能场后熔钎焊接头均在IMC层与铝合金界面位置发生准解理断裂。在优化TC4/6061熔焊区的基础上,针对TC4侧钎焊区IMC层开展了组分、形貌、分布表征及调控研究,利用SEM、EDS和TEM对IMC层进行分析,结果表明,界面IMC层由纳米级层状Ti Al扩散层和在扩散层上生长出的连续锯齿状Ti Al3反应层构成,摆动激光深熔钎焊接头IMC平均厚度1.1μm,不同位置最大厚度差0.7μm;真空激光深熔钎焊界面IMC沿厚度分布更均匀,平均厚度1.0μm,界面不同位置最大厚度差仅为0.2μm。两种方式均实现了对中厚板界面IMC层的尺寸及分布的调控。利用原位TEM拉伸分析了TC4/6061微区断裂行为,试样加载过程中,裂纹倾向在IMC层附近的铝合金或钛合金处萌生随后扩展并最终断裂,当界面温度场调控得当时,IMC层将不再是TC4/6061接头的薄弱位置。建立了多物理场热流耦合模型,通过数值模拟获得了单激光、摆动激光、真空激光能场调控下的界面温度场及不同位置的热循环规律。三种方法的获得的Ti/Al界面最高峰值温度分别为1520 K、1346 K、1222 K,沿厚度方向温度差分别为479 K、311 K、99K。证实了摆动激光和真空激光均有效降低了界面沿厚度方向温度差,实现对TC4/6061激光深熔钎焊界面IMC层的有效调控。结合界面IMC层尺寸及分布特征,揭示了温度场对IMC的调控机制:峰值温度决定了IMC层厚度,沿厚度方向温度梯度决定了IMC层分布均匀性。在熔钎焊中,钎料在母材表面的润湿铺展能力是形成高质量接头的关键因素。为了促进6061Al在TC4上的润湿铺展并进一步强化TC4/6061异种材料深熔钎焊接头,本文采用纳秒激光在TC4表面制备沟槽微结构,开展了TC4表面纳秒激光微结构化工艺探索,利用SEM、AFM、XRD等手段对制备出沟槽的尺寸、表面微纳形貌及物相进行标定,通过高温真空钎焊炉进行微结构化表面润湿铺展特性测试。最佳纳秒激光工艺参数为:单脉冲能量2.33m J、振镜扫描速度450mm/s、扫描次数10次,加工后表面沟槽宽163μm、深107μm,表面未产生新物相依旧为TC4典型物相α-Ti、β-Ti,此时6061铝合金钎料在TC4表面润湿铺展速率最快,高温润湿角最小为1.8°。在明确最优微结构尺寸及工艺基础上,最终实现微结构化TC4/6061多能场调控下的接头强化,熔化的6061铝合金在TC4表面润湿铺展良好,完整的填充于TC4表面沟槽中,实现了“钉扎”结构强化,接头抗拉强度达到231 MPa。
张鹏程[10](2021)在《Inconel617镍基高温合金电子束熔覆NiCoCrAlY熔池研究》文中进行了进一步梳理Inconel617合金在高温下具有良好的瞬时和长期机械性能,其高抗氧化性,高抗碳化性被广泛应用在航空航天等工业领域。金属材料在应用中失效大多数都是从表面开始,而电子束熔覆表面处理技术是有效提高合金表面质量的方法之一,NiCoCrAlY可以提高材料表面的抗氧化性。在电子束熔覆过程中能量比较集中,合金表面形成熔池并产生较大的温度梯度及过熔现象,影响材料的机械性能。电子束熔覆温度场和熔池是当前研究热点,可以提高对电子束熔覆与工艺参数之间规律的认识。本文选取Inconel617合金作为基体,NiCoCrAlY合金粉末作为熔覆层,制备相应的实验材料。基于有限元分析软件Ansys,建立电子束熔覆过程中的温度场模型。通过APDL编写相关程序,分析工艺参数电子束束流、束斑直径和扫描速度对温度场的影响和变化规律。仿真结果表明:熔覆层的温度场峰值与电子束束流近似成正相关关系;电子束扫描速度越大,温度场峰值减小,成负相关关系;电子束光斑直径越大,温度场峰值减小,成负相关关系。熔覆过程中温度场分为三个阶段,快速升温阶段、稳定阶段和冷却凝固阶段。电子束熔覆过程中熔覆涂层熔化而基体微熔形成熔池冶金结合,通过fluent软件使用UDF编写相关程序,分析熔池熔深熔宽与工艺参数之间的关系。仿真结果表明:熔池熔深熔宽与电子束束流近似成正相关关系;电子束扫描速度越大,熔覆层和基体形成熔池熔深熔宽减小成负相关关系;电子束束斑直径越大,熔覆层和基体形成熔池熔宽减小成负相关关系。沿着试件厚度方向,越向下熔池越小,熔覆层和基体形成的熔池符合高斯热源椭圆形分布。结合温度场的仿真结果,综合得到比较理想的电子束Inconel617表面熔覆NiCoCrAlY工艺参数为:I=20m A,D=4mm,V=8mm/s。通过分析温度场和熔池的仿真结果,得出最优工艺参数,利用SEBW60-6P型电子束加工设备进行电子束熔覆实验。将实验结果与数值模拟结果进行对比分析。经过SEM观察熔池形状符合高斯热源椭圆分布,熔池的宽度为4.3mm,熔深为1.7mm。利用有限元仿真的方法研究电子束工艺参数与熔深熔宽之间的关系,得出熔池宽度为4.5mm,熔深为1.75mm,仿真结果与实际实验结果相近,证明了模型的合理性和可靠性。本研究为进一步研究电子束熔覆熔池与工艺参数之间的关系提供一些参考依据,具有一定的指导意义。
二、焊接熔池组织模拟的GBE模型(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、焊接熔池组织模拟的GBE模型(论文提纲范文)
(1)磁控电弧等离子体数值模拟及磁压缩机制(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 课题研究的目的和意义 |
1.2 压缩电弧的机理 |
1.2.1 等离子弧压缩电弧的机理 |
1.2.2 改性非熔化极氩弧焊压缩电弧机理 |
1.2.3 电弧压缩机理研究现状 |
1.3 磁控TIG电弧行为的研究现状 |
1.3.1 不同类型磁场作用下的电弧行为 |
1.3.2 磁控电弧的研究方法 |
1.4 电弧数值模拟的研究现状 |
1.4.1 早期电弧的数值分析 |
1.4.2 自由电弧的数值模拟 |
1.4.3 非自由电弧的数值模拟 |
1.4.4 电弧数值模拟的发展方向 |
1.5 本文主要研究内容 |
第2章 磁控焊接实验系统的构建 |
2.1 磁控焊接系统的基本原理和组成 |
2.2 磁场发生装置 |
2.2.1 磁头的设计与安装 |
2.2.2 励磁设备 |
2.3 焊接系统 |
2.4 实验方案的确定 |
2.4.1 实验基本内容 |
2.4.2 实验材料及参数 |
2.4.3 等离子体的电弧信息特征 |
2.4.4 焊缝质量分析 |
2.5 本章小结 |
第3章 磁场调控TIG电弧的宏观特性 |
3.1 电弧形态研究 |
3.1.1 磁场类型对电弧形态的影响 |
3.1.2 磁感应强度对电弧形态的影响 |
3.1.3 磁场频率对电弧形态的影响 |
3.1.4 轴向磁场和尖角磁场的对比分析 |
3.2 磁场对电弧电特性的影响 |
3.2.1 磁感应强度对电弧伏安特性的影响 |
3.2.2 磁场频率对电弧伏安特性的影响 |
3.3 电弧压力的变化 |
3.3.1 磁场对电弧压力的影响 |
3.3.2 焊接电流波形对电弧压力的影响 |
3.4 磁场对电弧电流密度的影响 |
3.5 磁场对焊缝成形的影响 |
3.5.1 焊接接头表面质量 |
3.5.2 磁场频率对焊缝成形系数的影响 |
3.5.3 磁场作用下焊缝熔深变化的机理分析 |
3.6 本章小结 |
第4章 磁控电弧弧柱的导电机构及导电性 |
4.1 电弧弧柱径向导电区域的划分 |
4.1.1 电离导电区 |
4.1.2 复合导电区 |
4.1.3 能跃区 |
4.2 磁场对电弧弧柱各导电区域的影响 |
4.2.1 电弧弧柱各导电区域尺寸的变化 |
4.2.2 磁场对电弧导电性的影响 |
4.3 电弧的能量密度及其变化 |
4.4 本章小结 |
第5章 磁控电弧等离子体带电粒子的约束 |
5.1 研究的基本思路 |
5.2 电弧中带电粒子的受力及其运动轨迹 |
5.2.1 恒定磁场作用下带电粒子的受力及运动 |
5.2.2 交变磁场作用下带电粒子流的运动与电弧性能 |
5.3 外加轴向磁场的表述与模拟 |
5.3.1 外加轴向磁场的模拟 |
5.3.2 磁感应强度和分布测量 |
5.4 带电粒子运动模拟 |
5.4.1 初始条件 |
5.4.2 带电粒子的热运动 |
5.4.3 带电粒子在电场中的运动 |
5.4.4 带电粒子在电磁场中的运动 |
5.4.5 带电粒子运动轨迹的模拟结果 |
5.5 磁场对带电粒子的约束机理分析 |
5.5.1 传统TIG电弧中带电粒子的运动与电弧形态 |
5.5.2 低频轴向磁场作用下带电粒子的运动和电弧的形态 |
5.5.3 高频轴向磁场作用下带电粒子的运动和电弧的形态 |
5.5.4 外加轴向磁场改变电弧形态的机理 |
5.6 本章小结 |
第6章 结论 |
参考文献 |
在学研究成果 |
致谢 |
(2)铸铁同质焊接工艺设计(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
1 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 铸铁焊接性 |
1.2.1 灰铸铁的焊接性 |
1.2.2 球墨铸铁的焊接性 |
1.3 铸铁焊接方法与工艺 |
1.4 铸铁焊接应用与研究现状 |
1.4.1 铸铁焊接国外研究进展 |
1.4.2 铸铁焊接国内研究进展 |
1.5 焊接过程数值模拟 |
1.6 课题主要研究内容 |
1.6.1 研究目标 |
1.6.2 研究内容 |
2 实验条件及方法 |
2.1 铸铁同质焊接临界冷速确定 |
2.2 铸铁焊接温度场的数值计算 |
2.3 铸铁同质焊接工艺试验 |
2.3.1 焊接材料及设备 |
2.3.2 焊接操作要点 |
2.4 铸铁同质焊接工艺参数及规范 |
2.5 焊接时间的确定 |
2.6 焊接区组织及硬度分析 |
2.6.1 组织分析 |
2.6.2 硬度测试 |
2.7 研究方案 |
3.铸铁焊接区临界冷却速率理论计算 |
3.1 铸铁凝固转变石墨化条件 |
3.2 铸铁熔池凝固临界冷速计算 |
3.2.1 焊接熔合区硅含量的计算 |
3.2.2 稳定系转变临界过冷度计算 |
3.2.3 铸铁稳定系凝固转变临界冷速计算 |
3.3 铸铁固态淬硬相变临界冷速计算 |
3.4 本章小结 |
4 铸铁同质焊接工艺设计 |
4.1 铸铁焊接温度场的建立 |
4.1.1 焊接热传导方程差分计算 |
4.1.2 热源模型的选择 |
4.1.3 差分格式的稳定性及时间步长的确定 |
4.1.4 相变潜热的处理 |
4.2 铸铁焊接区温度场模拟与计算流程 |
4.2.1 焊接温度场计算流程 |
4.2.2 焊接区的温度场模拟结果 |
4.2.3 焊区冷速最大位置确定 |
4.2.4 温度场计算 |
4.3 焊接工艺参数对焊区冷却速率的影响 |
4.3.1 预热温度对焊区冷速影响 |
4.3.2 焊接电流对焊区冷速影响 |
4.3.3 焊件厚度对焊区冷速影响 |
4.3.4 预制缺陷尺寸对焊区冷速影响 |
4.4 铸铁焊接工艺及参数优化 |
4.4.1 灰铸铁焊接工艺及参数优化 |
4.4.2 球墨铸铁焊接工艺及参数优化 |
4.4.3 试验条件下工艺参数制定 |
4.5 本章小结 |
5.铸铁同质焊接区组织及硬度分布 |
5.1 预热温度与焊接区组织及硬度的关系 |
5.1.1 预热温度与灰铁焊接区组织及硬度的关系 |
5.1.2 预热温度与球墨铸铁焊接区组织及硬度的关系 |
5.2 焊接电流与焊接区组织及硬度的关系 |
5.2.1 焊接电流与灰铁焊接区组织及硬度的关系 |
5.2.2 焊接电流与球墨铸铁焊接区组织及硬度的关系 |
5.3 焊件预制缺陷尺寸与焊区组织及硬度的关系 |
5.3.1 焊件预制缺陷尺寸与灰铁焊接区组织及硬度的关系 |
5.3.2 焊件预制缺陷尺寸与球墨铸铁焊接区组织及硬度的关系 |
5.4 焊件厚度对焊区组织及硬度的关系 |
5.4.1 焊件厚度与灰铁焊接区组织和硬度的关系 |
5.4.2 焊件厚度与球墨铸铁焊接区组织及硬度的关系 |
5.5 缓冷温度对热影响区组织的影响 |
5.5.1 缓冷温度对灰铁焊接区组织的影响 |
5.5.2 缓冷温度对球墨铸铁焊接区组织的影响 |
5.6 铸铁焊接灰口-白口组织临界转变工艺 |
5.6.1 灰铁焊接的灰口-白口组织临界转变工艺 |
5.6.2 球铁焊接的灰口-白口组织临界转变工艺 |
5.7 本章小结 |
6.结论 |
致谢 |
参考文献 |
(3)激光熔覆Inconel 625合金组织演变的数值分析(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
1 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 激光熔覆技术 |
1.3 激光熔覆模拟研究进展 |
1.3.1 激光熔覆温度场模拟进展 |
1.3.2 激光熔覆组织演变模拟进展 |
1.4 研究内容及技术路线 |
2 温度场模型建立 |
2.1 有限元模型建立 |
2.1.1 定义材料属性及单元类型 |
2.1.2 建立几何模型及网格划分 |
2.1.3 施加热源 |
2.2 有限差分模型建立 |
2.2.1 试样内部传热方程 |
2.2.2 定义边界条件 |
2.2.3 差分方程的收敛性与稳定性 |
2.3 模型对比分析 |
2.4 本章小结 |
3 温度场模拟及分析 |
3.1 单道激光熔覆温度场模拟 |
3.2 不同工艺参数下温度场模拟 |
3.2.1 激光功率对温度场演变的影响 |
3.2.2 激光扫描速度对温度场演变的影响 |
3.3 多层多道激光熔覆温度场模拟 |
3.4 温度场模拟结果验证 |
3.5 本章小结 |
4 微观组织演变过程的耦合模型建立 |
4.1 宏微观温度场转变 |
4.2 微观组织模拟条件简化 |
4.3 晶体形核与生长模型 |
4.3.1 晶体形核模型 |
4.3.2 晶体生长模型 |
4.4 溶质扩散与再分配模型 |
4.5 模型检验 |
4.5.1 模型运行检验 |
4.5.2 模型稳定性检验 |
4.6 本章小结 |
5 微观组织演变过程的数值模拟及分析 |
5.1 单道熔覆层晶体生长模拟 |
5.1.1 熔覆层微观温度场模拟 |
5.1.2 熔覆层晶体生长模拟 |
5.1.3 熔覆层局部区域晶体生长模拟 |
5.2 不同参数下晶体生长模拟 |
5.2.1 形核基底数对晶体生长的影响 |
5.2.2 激光功率对晶体生长的影响 |
5.2.3 激光扫描速度对晶体生长的影响 |
5.3 多层多道熔覆层晶体生长模拟 |
5.3.1 多层多道CA-FD模型建立 |
5.3.2 多层多道熔覆层晶体生长过程模拟 |
5.4 相转变模拟 |
5.4.1 相转变模型建立 |
5.4.2 相转变过程模拟 |
5.5 模拟结果验证 |
5.6 三维晶体生长数值模拟 |
5.6.1 三维等轴晶生长过程模拟 |
5.6.2 不同参数下三维等轴晶生长模拟 |
5.6.3 三维多个等轴晶生长过程模拟 |
5.7 本章小结 |
6 结论 |
致谢 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间主要研究成果 |
(4)多丝埋弧焊热循环及其对硬度的影响规律研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景、目的及意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 多丝埋弧焊分类及特点 |
1.2.2 多丝埋弧焊热源作用模型 |
1.2.3 多丝埋弧焊热循环特征及其对性能的影响 |
1.3 研究内容 |
第二章 实验材料及实验方法 |
2.1 实验材料及焊材 |
2.2 实验过程 |
2.2.1 焊接工艺及设备 |
2.2.2 热模拟 |
2.2.3 宏观金相 |
2.2.4 显微组织 |
2.2.5 硬度试验 |
2.2.6 拉伸试验 |
2.3 多丝埋弧焊的温度场数值模拟 |
2.3.1 几何模型 |
2.3.2 材料模型 |
2.3.3 网格划分 |
2.3.4 初始条件及边界条件 |
2.3.5 热源模型 |
2.3.6 热流密度的移动加载和计算 |
第三章 多丝埋弧焊热循环特征 |
3.1 基于雷卡林公式理论计算的t_(8/5) |
3.2 多丝焊温度场分析 |
3.2.1 模拟结果验证 |
3.2.2 温度场分析结果 |
3.3 多丝焊热循环特征分析 |
3.4 多丝焊中各丝对温度场的影响 |
3.4.1 内焊过程中各丝对温度场影响 |
3.4.2 外焊过程中各丝对温度场影响 |
3.5 多丝焊中各丝对热循环参数的影响 |
3.5.1 内焊过程中各丝对热循环参数的影响 |
3.5.2 外焊过程中各丝对热循环参数的影响 |
3.6 基于t_(6/5)的当量线能量分析 |
3.6.1 内焊基于t_(6/5)的当量线能量 |
3.6.2 外焊基于t_(6/5)的当量线能量 |
3.7 本章小结 |
第四章 焊接热循环对硬度的影响规律 |
4.1 焊接接头热循环与性能之间的联系 |
4.2 多丝埋弧焊焊接接头组织 |
4.3 热循环对硬度的影响规律 |
4.3.1 峰值温度对硬度和强度的影响规律 |
4.3.2 冷却速度对硬度的影响规律 |
4.4 本章小结 |
第五章 结论 |
致谢 |
参考文献 |
攻读学位期间参加科研情况及获得的学术成果 |
(5)Ti2AlNb电子束焊接温度场和应力场研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 本文的选题背景及意义 |
1.2 Ti_2AlNb合金的特性 |
1.2.1 Ti_2AlNb合金的组织性能 |
1.2.2 Ti_2AlNb合金主要焊接方法及焊接性分析 |
1.3 电子束焊接 |
1.3.1 电子束焊接的基本原理 |
1.3.2 电子束焊接的特点 |
1.4 电子束焊接数值模拟的研究现状 |
1.4.1 电子束焊接温度场模拟的研究现状 |
1.4.2 电子束焊接应力场模拟的研究现状 |
1.5 本文的主要研究内容 |
第二章 焊接有限元分析的理论基础 |
2.1 焊接温度场分析基础 |
2.1.1 焊接温度场的意义 |
2.1.2 焊接传热形式及控制方程 |
2.2 焊接应力场分析基础 |
2.2.1 焊接应力变形原理 |
2.2.2 焊接应力变形预测方法 |
2.2.3 焊接残余应力计算准则 |
2.2.4 热弹塑性求解过程 |
2.3 小结 |
第三章 Ti_2Al Nb焊接温度场的数值模拟 |
3.1 焊接温度场的计算过程 |
3.1.1 定义材料属性 |
3.1.2 定义单元类型 |
3.1.3 模型网格划分 |
3.1.4 定义初始条件和边界条件 |
3.1.5 温度场加载及求解 |
3.2 电子束焊热源模型 |
3.2.1 高斯面+高斯旋转体复合热源 |
3.2.2 高斯面+改进锥体复合热源 |
3.3 焊接温度场模拟结果分析 |
3.3.1 焊接工艺参数正交试验表构建 |
3.3.2 温度场云图分析 |
3.3.3 热循环曲线分析 |
3.3.4 焊缝熔池截面形貌对比 |
3.3.5 熔池影响因素 |
3.3.6 两种热源模拟结果对比 |
3.4 小结 |
第四章 Ti_2Al Nb焊接应力场的数值模拟 |
4.1 焊接应力场的计算过程 |
4.1.1 定义材料属性 |
4.1.2 热单元类型转换为结构单元 |
4.1.3 定义约束条件 |
4.1.4 应力场加载及求解 |
4.2 焊接应力场模拟结果分析 |
4.2.1 应力场云图分析 |
4.2.2 残余应力分析节点路径 |
4.2.3 沿焊缝中心残余应力分布 |
4.2.4 垂直焊缝中心残余应力分布 |
4.2.5 热影响区残余应力分布 |
4.2.6 垂直焊缝末端残余应力分布 |
4.3 小结 |
第五章 结论 |
致谢 |
参考文献 |
附录 A:“高斯面+高斯旋转体”复合热源温度场和应力场APDL程序 |
附录 B:“改进锥体”热源APDL程序 |
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果 |
(6)稀土合金元素粉末改善钢铝激光焊接接头性能的研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
§1.1 课题研究背景与意义 |
§1.2 钢铝异种金属焊接性难点分析 |
§1.3 钢铝异种金属常用焊接方法 |
§1.4 钢铝异种金属激光焊接的研究现状 |
§1.4.1 钢铝激光焊接工艺的研究进展 |
§1.4.2 钢铝激光焊接添加中间层合金元素的研究进展 |
§1.5 本论文主要研究内容和创新点 |
§1.5.1 主要研究内容 |
§1.5.2 创新点 |
第二章 钢铝激光焊接实验材料、设备及方法 |
§2.1 实验材料 |
§2.1.1 实验母材 |
§2.1.2 中间层合金元素粉末 |
§2.2 焊接设备系统 |
§2.2.1 激光加工设备 |
§2.2.2 焊接夹具 |
§2.3 钢铝焊接搭接方式的选取 |
§2.4 焊接实验方法 |
§2.5 实验结果检测 |
§2.5.1 焊接接头力学性能测试 |
§2.5.2 金相显微组织、表面形貌测试设备及方法 |
§2.6 本章小结 |
第三章 钢铝异种金属激光焊接匙孔形成过程数值模拟 |
§3.1 激光深熔焊接匙孔模拟的研究进展 |
§3.2 多物理场分析软件COMSOL Multiphysics介绍 |
§3.3 激光深熔焊接模型基本假设 |
§3.4 匙孔气液界面追踪模型 |
§3.5 匙孔固液界面追踪模型 |
§3.6 模型边界条件 |
§3.7 钢和铝合金的热物理性能参数 |
§3.8 几何模型的建立、网格的划分 |
§3.9 仿真模拟结果及实验验证 |
§3.9.1 匙孔形貌随时间的动态变化过程 |
§3.9.2 匙孔形貌温度场随时间的变化 |
§3.9.3 仿真结果的实验对比 |
§3.10 本章小结 |
第四章 焊接工艺参数对钢铝激光焊接接头质量的影响 |
§4.1 焊接工艺参数对焊缝成形的影响 |
§4.1.1 激光功率对焊缝成形的影响 |
§4.1.2 焊接速度对焊缝成形的影响 |
§4.1.3 离焦量对焊缝成形的影响 |
§4.2 焊接工艺参数优化 |
§4.2.1 正交实验参数设定 |
§4.2.2 正交实验的实验设计 |
§4.2.3 正交实验结果及分析 |
§4.2.4 验证最优工艺参数组合 |
§4.3 焊缝截面形貌、断口形貌及界面金属间化合物的种类和分布 |
§4.3.1 焊缝截面形貌观测 |
§4.3.2 焊接接头的断口形貌 |
§4.3.3 焊接界面金属间化合物的种类和分布 |
§4.4 本章小结 |
第五章 添加稀土合金元素粉末对钢铝焊接接头质量的影响 |
§5.1 添加Al基Ce粉末对焊接接头质量的影响 |
§5.1.1 添加Al基Ce粉末对焊缝截面成形的影响 |
§5.1.2 添加Al基Ce粉末对接头力学性能和断口形貌的影响 |
§5.1.3 添加Al-0.3%Ce粉末对接头界面金属间化合物的影响 |
§5.2 添加Al Si12基Ce粉末对焊接接头质量的影响 |
§5.2.1 添加Al Si12基Ce粉末对焊缝截面成形的影响 |
§5.2.2 添加Al Si12基Ce粉末接头力学性能和断口形貌的影响 |
§5.2.3 添加Al Si12-0.3%Ce粉末对接头界面金属间化合物的影响 |
§5.3 本章小结 |
第六章 结论和展望 |
§6.1 结论 |
§6.2 展望 |
参考文献 |
致谢 |
硕士期间主要研究成果 |
(7)316L不锈钢窄间隙激光焊接熔池动态行为及电磁调控特性研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 课题背景及研究的目的和意义 |
1.2 厚板激光焊接方法研究现状 |
1.2.1 激光自熔穿透焊接 |
1.2.2 窄间隙激光电弧复合焊接 |
1.2.3 窄间隙激光填丝焊接 |
1.3 窄间隙激光焊接质量控制研究现状 |
1.4 电磁辅助激光焊接方法及机理研究现状 |
1.5 国内外研究现状的简析 |
1.6 本文主要研究内容 |
第2章 试验材料、设备及方法 |
2.1 试验设备与方法 |
2.2 试验材料与工艺 |
2.2.1 试验材料 |
2.2.2 激光自熔穿透焊工艺 |
2.2.3 窄间隙激光焊接工艺 |
2.3 分析测试方法 |
2.3.1 高速摄像数据采集 |
2.3.2 焊接热循环测试 |
2.3.3 微观组织表征 |
2.3.4 力学性能测试 |
第3章 旋转扫描激光填丝焊接工艺研究 |
3.1 引言 |
3.2 激光焊接参量对焊缝成形和气孔缺陷的影响 |
3.2.1 相对送丝速度/激光能量密度的影响 |
3.2.2 旋转扫描激光参量的影响 |
3.2.3 焊缝气孔率分析 |
3.3 旋转扫描激光对热源分布的影响 |
3.4 旋转扫描激光对焊接稳定性的影响 |
3.4.1 匙孔稳定性 |
3.4.2 熔池流动行为 |
3.4.3 旋转扫描激光窄间隙焊接分析 |
3.5 本章小结 |
第4章 电磁辅助窄间隙激光焊接等离子体和熔池行为 |
4.1 引言 |
4.2 电磁辅助窄间隙激光焊接技术 |
4.2.1 电磁辅助技术基本原理 |
4.2.2 电磁辅助技术验证 |
4.3 电磁辅助窄间隙激光焊接等离子体特征 |
4.3.1 旋转扫描激光的影响 |
4.3.2 电磁辅助技术的影响 |
4.3.3 窄间隙约束空间的影响 |
4.4 电磁辅助窄间隙激光焊接熔池流动行为 |
4.4.1 旋转扫描激光的影响 |
4.4.2 电磁作用频率的影响 |
4.4.3 电磁作用幅度的影响 |
4.4.4 窄间隙坡口间隙的影响 |
4.5 本章小结 |
第5章 电磁辅助窄间隙焊接能量分布及焊缝成形机制 |
5.1 引言 |
5.2 电磁辅助窄间隙激光焊接焊缝成形 |
5.2.1 窄间隙焊缝成形规律研究 |
5.2.2 焊缝表面成形无量纲分析 |
5.2.3 40 mm厚度不锈钢窄间隙焊接 |
5.3 有限元数值分析模型建立 |
5.3.1 数学模型与网格划分 |
5.3.2 材料特性及计算条件 |
5.3.3 激光焊接热源模型 |
5.4 电磁辅助窄间隙激光焊接温度场演变 |
5.4.1 电磁辅助窄间隙焊接温度场分析 |
5.4.2 40 mm厚度不锈钢窄间隙焊接温度场分析 |
5.5 窄间隙侧壁熔深增加机制研究 |
5.6 本章小结 |
第6章 电磁辅助窄间隙激光焊接接头组织性能研究 |
6.1 引言 |
6.2 厚壁窄间隙激光焊接缺陷分析 |
6.3 电磁辅助对接头显微组织的影响 |
6.3.1 316L焊接接头物相演变 |
6.3.2 显微组织 |
6.3.3 显微硬度 |
6.3.4 耐腐蚀性能 |
6.4 电磁辅助对接头组织均匀性改善机制 |
6.5 40 mm厚度不锈钢窄间隙焊接接头组织及性能分析 |
6.5.1 接头显微组织 |
6.5.2 接头力学性能 |
6.6 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读博士学位期间发表的论文及其他成果 |
致谢 |
个人简历 |
(8)脉冲超声辅助电弧焊接特性研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
1.1 课题背景及研究目的和意义 |
1.2 超声在电弧焊接中的应用 |
1.2.1 高频电流激励超声 |
1.2.2 超声机械振动辅助电弧焊 |
1.2.3 超声同轴复合辅助电弧焊 |
1.3 电弧与熔滴过渡控制方法 |
1.3.1 脉冲电流与机械控制方法 |
1.3.2 附加能场控制方法 |
1.4 超声在金属凝固中的作用机理研究 |
1.4.1 空化对金属熔体的影响 |
1.4.2 声流对金属熔体的影响 |
1.5 课题主要研究内容 |
第2章 试验设备与分析测试方法 |
2.1 试验设备 |
2.1.1 脉冲超声波电源输出模式 |
2.1.2 焊接设备 |
2.1.3 脉冲超声辅助电弧焊接装置 |
2.2 焊接过程测试方法 |
2.2.1 高速摄像采集系统 |
2.2.2 超声振动测量 |
2.3 焊接接头分析测试方法 |
2.3.1 焊接接头宏观观察 |
2.3.2 焊接接头显微组织观察 |
2.3.3 力学性能测试 |
第3章 电弧空间脉冲声场分布与电弧行为 |
3.1 脉冲声场特征 |
3.1.1 驻波方程理论 |
3.1.2 声场模型建立及求解 |
3.2 电弧试验方法及其形态特征参数 |
3.2.1 试验参数 |
3.2.2 电弧形态特征参数 |
3.3 脉冲超声对电弧形态的影响 |
3.3.1 发射端高度的影响 |
3.3.2 脉冲频率的影响 |
3.4 脉冲超声与连续超声对电弧影响的对比分析 |
3.4.1 电弧形态对比 |
3.4.2 电弧静特性对比 |
3.5 本章小结 |
第4章 脉冲超声作用下的熔滴过渡行为 |
4.1 脉冲超声对滴状过渡的影响 |
4.1.1 试验条件 |
4.1.2 发射端高度的影响 |
4.1.3 脉冲频率的影响 |
4.2 脉冲超声对短路过渡的影响 |
4.2.1 试验条件 |
4.2.2 发射端高度的影响 |
4.2.3 脉冲频率的影响 |
4.3 脉冲超声与连续超声对熔滴过渡影响的对比分析 |
4.3.1 脉冲超声与连续超声对滴状过渡的影响 |
4.3.2 脉冲超声与连续超声对短路过渡的影响 |
4.4 本章小结 |
第5章 脉冲超声作用下的电弧与熔滴过渡变化机理 |
5.1 超声-电弧特性数值模拟 |
5.1.1 超声-电弧复合模型与假设 |
5.1.2 控制方程和源项添加 |
5.1.3 边界条件与保护气物理特性 |
5.1.4 网格划分与求解设置 |
5.1.5 计算结果与讨论 |
5.2 脉冲超声-电弧形态变化机理 |
5.3 脉冲超声-熔滴过渡变化机理 |
5.3.1 滴状过渡受力分析 |
5.3.2 滴状过渡数值模拟 |
5.3.3 超声对短路过渡影响机理分析 |
5.4 小结 |
第6章 脉冲超声辅助电弧焊接工艺研究 |
6.1 脉冲超声对焊缝成形的影响 |
6.1.1 脉冲频率对焊缝成形的影响 |
6.1.2 焊缝成形变化机制 |
6.2 脉冲超声对焊缝显微组织的影响 |
6.2.1 晶粒尺寸的影响 |
6.2.2 第二相分布的影响 |
6.2.3 焊缝显微组织演变机制 |
6.3 焊接接头力学性能 |
6.3.1 显微硬度 |
6.3.2 拉伸性能与断口形貌 |
6.4 小结 |
结论 |
论文创新点 |
展望 |
参考文献 |
攻读博士学位期间取得创新性成果 |
致谢 |
个人简历 |
(9)基于温度场和表面微结构调控的TC4/6061异种合金激光深熔钎焊接头强化研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 课题研究目的及意义 |
1.2 Ti-Al异种材料连接研究现状 |
1.2.1 钎焊 |
1.2.2 搅拌摩擦焊 |
1.2.3 激光熔钎焊 |
1.3 基于不同能场调控激光焊接 |
1.3.1 摆动激光焊接 |
1.3.2 真空激光焊接 |
1.4 高浸润性功能表面制备原理及方法 |
1.4.1 表面润湿状态模型 |
1.4.2 表面微结构制备方法 |
1.4.3 微结构化表面的接头强化效应 |
1.5 本文的主要研究内容 |
第2章 试验材料及方法 |
2.1 试验材料 |
2.2 试验系统 |
2.2.1 摆动激光焊接试验系统 |
2.2.2 真空激光加工系统 |
2.2.3 表面微结构制备系统 |
2.3 分析测试方法 |
2.3.1 显微组织分析 |
2.3.2 高温润湿性测试 |
2.3.3 力学性能分析 |
第3章 TC4/6061 激光深熔钎焊接头成形及熔焊区组织调控 |
3.1 引言 |
3.2 单激光下TC4/6061 激光深熔钎焊特性 |
3.2.1 接头表面成形分析 |
3.2.2 熔焊区典型缺陷分析 |
3.3 激光能场分布对TC4/6061 激光深熔钎焊特性影响 |
3.3.1 激光能场分布对焊缝成形的影响 |
3.3.2 激光能场分布对熔焊区缺陷的影响机制 |
3.3.3 不同激光能场分布下熔焊区微观组织 |
3.3.4 激光能场分布对接头力学性能的影响 |
3.4 环境压力对TC4/6061 激光深熔钎焊特性的影响 |
3.4.1 环境压力对焊缝成形的影响 |
3.4.2 环境压力对熔焊区缺陷的抑制机理分析 |
3.4.3 不同环境压力下熔焊区微观组织分析 |
3.4.4 环境压力对接头力学性能的影响 |
3.5 本章小结 |
第4章 TC4/6061 激光深熔钎焊界面IMC层特性及断裂行为 |
4.1 引言 |
4.2 TC4/6061 接头界面IMC层组织特征分析 |
4.2.1 激光能场分布对IMC层形貌及分布的影响 |
4.2.2 环境压力对IMC层形貌及分布的影响 |
4.2.3 界面IMC层成分分析 |
4.2.4 非均质界面IMC层对接头断裂行为的影响 |
4.3 TC4/6061 界面IMC层微区断裂行为 |
4.3.1 IMC层-6061Al界面断裂行为分析 |
4.3.2 IMC层-TC4 界面断裂行为分析 |
4.4 激光深熔钎焊界面热循环特征数值模拟 |
4.4.1 数值模型 |
4.4.2 摆动激光深熔钎焊界面热循环特征 |
4.4.3 真空激光深熔钎焊界面热循环特征 |
4.5 本章小结 |
第5章 纳秒激光TC4 表面微结构润湿铺展特性及Ti/Al激光深熔钎焊接头强化 |
5.1 引言 |
5.2 TC4 表面纳秒激光功能结构设计 |
5.3 纳秒激光工艺参数对沟槽形貌及尺寸的影响 |
5.3.1 单脉冲能量对沟槽形貌及尺寸的影响 |
5.3.2 振镜扫描速度对沟槽形貌和尺寸的影响 |
5.3.3 纳秒激光扫描次数对沟槽形貌和尺寸的影响 |
5.4 微结构化TC4 表面润湿铺展行为分析 |
5.4.1 微结构化表面促进润湿铺展可行性分析 |
5.4.2 微结构化TC4 表面润湿铺展行为 |
5.4.3 TC4 表面微结构对润湿铺展的促进效应 |
5.5 表面微结构化TC4/6061 真空摆动激光深熔钎焊接头强化 |
5.5.1 接头成形及熔焊区微观组织分析 |
5.5.2 TC4 表面功能结构对界面IMC层形貌及分布的影响 |
5.5.3 TC4/6061 接头力学性能分析 |
5.6 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果 |
致谢 |
个人简历 |
(10)Inconel617镍基高温合金电子束熔覆NiCoCrAlY熔池研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
§1.1 课题的研究背景与意义 |
§1.2 电子束熔覆技术的特点 |
§1.2.1 电子束熔覆简介与原理 |
§1.2.2 电子束熔覆技术的特点 |
§1.3 国内外研究现状 |
§1.3.1 电子束表面熔覆国内外研究现状 |
§1.3.2 电子束表面熔覆温度场国内外研究现状 |
§1.3.3 高能束熔池国内外研究现状 |
§1.4 课题的来源 |
§1.5 论文创新点与主要内容 |
第二章 电子束熔覆及熔池基本理论 |
§2.1 电子束熔覆的基本理论 |
§2.2 电子束传热基本原理 |
§2.3 电子束熔覆热源模型 |
§2.4 电子束熔池的基本理论 |
§2.4.1 电子束熔覆熔池形成 |
§2.4.2 激光熔覆熔池成形 |
§2.5 流体动力学理论基础 |
§2.5.1 质量守恒定律 |
§2.5.2 能量守恒定律 |
§2.5.3 动量守恒定律 |
§2.6 本章小结 |
第三章 基于Ansys熔覆温度场模拟与分析 |
§3.1 建立温度场的有限元模型 |
§3.1.1 有限元模型的建立 |
§3.1.2 温度场相关参数计算 |
§3.2 有限元模型网格划分与边界条件设置 |
§3.2.1 有限元网格划分 |
§3.2.2 有限元模型边界条件设置 |
§3.3 电子束熔覆工艺参数对温度场的影响 |
§3.3.1 束流对熔覆温度场分布的影响 |
§3.3.2 束斑直径对熔覆温度场分布的影响 |
§3.3.3 扫描速度对熔覆温度场分布的影响 |
§3.4 电子束熔覆温度场仿真结果分析 |
§3.5 本章小结 |
第四章 基于fluent熔池变化规律模拟与分析 |
§4.1 建立熔池有限元模型 |
§4.1.1 建立有限元模型 |
§4.1.2 熔池的基本假设 |
§4.1.3 边界条件设置 |
§4.1.4 基体和熔覆层的热物性参数设置 |
§4.2 工艺参数对熔池熔深熔宽的影响 |
§4.2.1 束流对熔池熔深熔宽的影响 |
§4.2.2 束斑直径对熔池熔深熔宽的影响 |
§4.2.3 扫描速度对熔池熔深熔宽的影响 |
§4.3 电子束熔覆熔池仿真结果分析 |
§4.4 本章小结 |
第五章 Inconel617 表面熔覆NiCoCrAlY实验与结果分析 |
§5.1 实验材料 |
§5.1.1 基体材料 |
§5.1.2 熔覆层材料 |
§5.1.3 实验试样制备 |
§5.2 实验设备与实验参数 |
§5.2.1 电子束熔覆设备 |
§5.2.2 实验参数 |
§5.3 实验结果分析 |
§5.3.1 电子束熔覆较优工艺参数的显微组织分析 |
§5.3.2 电子束熔覆较优工艺参数的元素比例分析 |
§5.4 熔池形貌尺寸仿真结果与实验结果对比 |
§5.5 本章小结 |
第六章 总结与展望 |
§6.1 总结 |
§6.2 展望 |
参考文献 |
致谢 |
作者在攻读硕士期间的主要研究成果 |
四、焊接熔池组织模拟的GBE模型(论文参考文献)
- [1]磁控电弧等离子体数值模拟及磁压缩机制[D]. 吴弘. 沈阳工业大学, 2021(02)
- [2]铸铁同质焊接工艺设计[D]. 李晓飞. 西安理工大学, 2021(01)
- [3]激光熔覆Inconel 625合金组织演变的数值分析[D]. 郭宇飞. 西安理工大学, 2021(01)
- [4]多丝埋弧焊热循环及其对硬度的影响规律研究[D]. 李娟. 西安石油大学, 2021(10)
- [5]Ti2AlNb电子束焊接温度场和应力场研究[D]. 邢博. 西安石油大学, 2021(10)
- [6]稀土合金元素粉末改善钢铝激光焊接接头性能的研究[D]. 单晨. 桂林电子科技大学, 2021(02)
- [7]316L不锈钢窄间隙激光焊接熔池动态行为及电磁调控特性研究[D]. 李军兆. 哈尔滨工业大学, 2021(02)
- [8]脉冲超声辅助电弧焊接特性研究[D]. 陈超. 哈尔滨工业大学, 2021(02)
- [9]基于温度场和表面微结构调控的TC4/6061异种合金激光深熔钎焊接头强化研究[D]. 陈曦. 哈尔滨工业大学, 2021(02)
- [10]Inconel617镍基高温合金电子束熔覆NiCoCrAlY熔池研究[D]. 张鹏程. 桂林电子科技大学, 2021(02)