S32101双相不锈钢U形坡口激光填充焊接修复工艺

文中采用开设坡口的方式去除裂纹、通过坡口填充焊接修复的方式进行维修,在空气环境中开展了S32101双相不锈钢激光填丝焊接修复工艺试验研究,焊接工艺及相关参数可以作为水下焊接研究的参考依据.为避免过高激光功率输入损坏焊接辅助装置,在5000~6000 W激光功率的工艺窗口下,对开设的坡口进行了3次填充修复及4次填充修复,对焊缝截面、显微组织、力学性能以及耐腐蚀性能分别进行了研究.在试验过程中,采用了光学显微镜和扫描电镜等,分析了焊接过程中热输入对微观组织转变的影响.同时通过对比不同激光功率下焊缝的拉伸性能和显微硬度,进一步揭示了工艺参数对焊缝力学性能和耐腐蚀性能的具体影响,从而优化了修复工艺的稳定性和可靠性.结果表明,3次填充修复后的焊缝存在气孔以及冶金熔合不良等问题,4次填充修复后的焊缝截面未见气孔缺陷,拉伸试件断在母材位置.层间焊道的预热和再热促使焊缝中奥氏体析出,焊缝中奥氏体含量略高于铁素体含量,平均硬度略低于母材.焊缝中较高含量的Ni元素和Mo元素使得焊缝的耐腐蚀性能优于母材,4次填充修复得到的焊缝满足空气环境中修复质量标准要求.

“以学生为中心”的机器人技术课程教学改革探索

围绕“以学生为中心”的教学理念,针对机器人技术课程的主要教学问题,提出基于“理论引导—项目教学—现场实践”的机器人技术课程教学改革思路。在教学模式、知识体系构架、实践项目、考核方式等层面进行了有针对性的改革,构建了基于多模式项目驱动的理论和实验一体化教学方法。该教学方法在提高学生学习积极性、设计与营造有利的学习环境、促进学生素质全面提升方面发挥了良性的推动作用。

基于有限元技术的疲劳裂纹扩展方法研究进展

疲劳裂纹是引起工程结构断裂失效的重要因素之一.目前疲劳裂纹扩展的有限元仿真商业软件有ANSYS、ABAQUS、FRANC3D、ZENCRACK等,这些软件为疲劳裂纹扩展过程的研究提供了有力支撑.本文对目前疲劳裂纹扩展的有限元仿真方法进行了综述.阐明了疲劳裂纹的定义以及研究疲劳裂纹扩展行为的必要性;介绍了三种用于模拟疲劳裂纹扩展的有限元方法:扩展有限元法(XFEM)、内聚力模型(CZM)和虚拟裂纹闭合技术(VCCT);分别总结了三种方法的基本理论和核心思想,对三种方法的应用与发展进行了分类归纳;最后对三种有限元方法进行分析,指出每种方法各自的优势及目前存在的局限性,并对疲劳裂纹扩展有限元仿真技术的未来改进方向给出了建议.

局部干法水下激光焊接装置研制及工艺试验

针对核电站乏池边角位置的水下修复需求,研制了一套局部干法水下激光焊接装置,可在实现常规水下平焊位置焊接的同时,重点兼顾角焊缝的局部干法水下焊接作业需求。同时,该装置还具备水下焊接位置的照明、焊接环境和焊接过程的实时监控、焊接区域的温湿度监测等功能。采用研制的局部干法水下焊接装置,对核电站乏池常用的304不锈钢材料进行了水下焊接工艺试验,结果表明:水下焊接焊缝的成形良好,水下焊缝的宏观形貌、截面形貌和金相组织与空气环境成形焊缝无显著差异。

空气和水下环境304L不锈钢密封堆焊工艺对比

核电站乏燃料池长时间服役后因腐蚀产生裂纹、孔洞等缺陷,影响安全运行,但对水下环境焊接修复的研究较少。采用ER-2209双相不锈钢实心焊丝完成空气环境和水下环境304不锈钢密封堆焊层的制备。结果表明:堆焊层表面成形连续均匀,无裂纹、夹渣、焊瘤和咬边等缺陷。堆焊层内的微观组织包含双相不锈钢组织以及奥氏体不锈钢组织,且两者之间呈区域性分布。堆焊层横向拉伸试件的应力应变曲线抗拉强度高于母材,变形过程中诱发马氏体相变,使得母材的应力应变曲线后段的强度提高,总体伸长率高于堆焊层。在焊道间熔合处,奥氏体晶粒的结晶取向发生偏转,焊道的织构强度增强,两种环境中顶部横向拉伸试件呈现出较高的抗拉强度和较低的伸长率。由于水下环境的快冷作用促使双相不锈钢组织中的δ晶粒向γ的转变受到抑制,存在晶粒度较大的δ晶粒,δ铁素体的层错能较高,堆焊层硬度提高;快冷作用促使奥氏体不锈钢组织中生成大量沿奥氏体晶界分布的板条状铁素体,板条状铁素体区域性分布,提高了奥氏体不锈钢组织的硬度。堆焊层的极化曲线中可以观察到明显的钝化区间,堆焊层具备较好的耐腐蚀性能。分别在空气环境和水下环境制备了304L不锈钢堆焊层,研究了堆焊层的宏观形貌、微观组织和物相组成,分析了堆焊层的力学性能、显微硬度和耐腐蚀性能,研究结果对304L不锈钢浅表裂纹修复工程有重要作用。

六西格玛在船舶领域的应用研究

随着我国船舶工业的迅速发展,很多大型造船企业在研发建造环节均应用了创新方法,其中六西格玛是比较常用的一种。通过对六西格玛方法的概述与分析,综述了其在船舶领域的典型应用,指出了目前船舶应用中存在的单一创新方法使用程度低、多创新方法集成应用少等主要问题。针对船舶建造领域存在的问题,提出了基于六西格玛等创新方法在船舶领域的创新集成框架,并对创新方法在船舶领域的持续深入应用进行了展望。

304不锈钢局部干法水下激光填丝焊接工艺及焊缝性能研究

目的采用自主研制的水下激光填丝焊接装备,在304奥氏体不锈钢板材表面进行U形坡口激光填丝焊接试验,为304不锈钢水下修复工作提供技术参考。方法在功率为5600 W、焊接速度为6 mm/s、送丝速度为205 cm/min、保护气体流量为15 L/min、排水气体流量为30 L/min的条件下进行焊接试验,并对空气和水下环境下的焊缝进行对比检测分析。通过光学显微镜分析2种环境下焊缝的显微组织;对2种焊缝进行拉伸、弯曲等力学性能测试;采用显微硬度计测试1 kg载荷下不同区域的显微硬度;使用VersaSTAT 3F电化学工作站测定在3.5%(质量分数)的NaCl溶液中2种焊缝的开路电位和极化曲线。结果2种环境下的焊缝均无明显裂纹、气孔等缺陷;显微组织主要由奥氏体和铁素体组成,但2种环境下焊缝的奥氏体晶粒大小和铁素体形状均略有差别,焊缝拉伸断口均为典型的韧性断裂形貌且抗拉强度符合304不锈钢标准。2种环境下焊缝的微观组织和晶粒大小不同,水下焊缝硬度高于空气的。通过分析2种环境下焊缝的开路电位和极化曲线,可知水下焊缝的耐腐蚀性略高。结论所开发的局部干法水下激光填丝焊接工艺可以满足实际工程中水下焊接维修的要求,其焊缝性能可以满足304不锈钢空气环境下的焊接质量标准。

TRIZ在邮轮薄板焊接变形控制中的应用

为解决邮轮建造过程中薄板焊接变形带来的装配工艺差、交付周期长、承载能力弱等一系列问题,利用TRIZ理论对薄板焊接变形进行了研究,首先建立焊接过程功能模型,通过焊接变形原因映射图快速、精准定位影响因素;随后结合矛盾矩阵确定拟采用的发明原理,从而提出改进方案。此外,TRIZ理论在邮轮薄板焊接变形控制的运用,为在邮轮建造过程中的应用提供方法参考。

基于局部干法的核电水池覆面缺陷焊接修复工艺研究

针对核电站乏燃料水池钢覆面出现的腐蚀缺陷等问题,采用了局部干法水下TIG焊接的修复方法对覆板进行焊接修复。首先,利用设计的压力环境模拟系统进行0.3MPa压力范围内干式焊接试验,获得不同压力下的覆板焊接最佳工艺;基于干式环境最佳焊接参数,开展局部干法水下焊接工艺探索,并对焊接接头切样进行金相检测。宏观金相结果显示:焊缝成形良好,无裂纹、气孔;微观金相检测结果表明:显微组织基体为呈枝晶状的奥氏体,枝晶间为铁素体,未发现显微裂纹和夹杂物,为核电站乏燃料水池覆板的在役修复奠定了基础。

921A舰船钢激光-MAG复合焊接过程数值模拟分析

目的对厚度为16 mm的921A舰船钢进行激光-MAG复合焊接,得到最佳工艺参数,从数值模拟的角度验证焊接工艺的可靠性。方法利用SYSWELD+Visual-Environment软件对激光-MAG复合焊接过程进行数值模拟,选用3D高斯热源与双椭球热源相结合的复合热源模型对激光-MAG复合焊接过程进行仿真,绘制不同时刻及不同焊缝区域的时间-温度曲线,采用热弹塑性有限元法对应力变形场进行仿真计算。结果双椭球热源模型与3D高斯热源模型相结合的复合热源模型能够获得较为理想、接近真实热源形貌的热源形态;焊缝区域的焊接热源在行进过程中温度稳定,模拟热源温度可达3200℃,具有典型的焊接热循环曲线特征,且距离焊缝越远,升温速率和冷却速率越慢;焊接残余应力主要集中在焊缝处,约为440 MPa,且焊缝两端的结合部位具有较高的残余应力。结论复合热源模型适用于16 mm厚的921A钢激光-MAG复合焊接数值模拟,焊后板材的残余应力低于材料的屈服强度,冷却后板材的变形程度较小,最大变形量为1.13 mm,表明激光-MAG复合焊接方法及工艺适用于16 mm厚921A钢的焊接。

水下激光填丝直接能量沉积法制备贫双相不锈钢2101的组织和织构演变

贫双相不锈钢2101(LDX 2101)是一种可以替代304奥氏体不锈钢的低镍不锈钢材料,以良好的经济性、力学性能和耐腐蚀性而被广泛研究,在核电工程中具有广泛的应用前景。针对核电工程水下维修技术背景,利用光学显微镜和电子背散射衍射等方法,研究了水下环境激光填丝直接能量沉积工艺制备的贫双相不锈钢2101的微观组织和织构演变。结果表明,水下环境对熔池的快速冷却作用抑制了铁素体向奥氏体的转变进程。由于铁素体的表面能最低,大多数铁素体是沿着密排堆积的(111)α和(110)α平面沉积的,沉积结构呈现典型的立方结构和高斯结构。尽管奥氏体的织构不如穿过沉积层的铁素体的织构强,但结果表明,奥氏体相相对于铁素体相形成了更紧密的Kurdjumov-Sachs取向关系。激光填丝直接能量沉积工艺的循环再加热效应不仅改变了贫双相不锈钢2101的组织和织构,还影响了晶粒尺寸和特殊晶界的比例。提高沉积结构中∑3晶界的含量和分布均匀性,有利于增强沉积层的耐蚀性。

应用型高校焊接类课程思政融入教学的思路与实践

焊接工艺与设备作为焊接专业的重要基础课程,对于应用型高校焊接人才的培养起着重要的作用。该文主要介绍本课程在教学过程中从德育目标设计、思政元素融入举措和典型案例开展等方面进行的融思政探索与实践,其特色主要在于通过引入大量焊接在国计民生、国防军工中的思政元素,润物无声地融入课堂,探索以“思政”案例为抓手、寓思政于教学的焊接专业课教学工作的思路和方法,对于实现育人和育才相统一、培养德才兼备的专业人才的教育工作具有一定的借鉴和参考意义。

304不锈钢局部干法自动水下焊接

局部干法水下焊接以其相对经济、灵活的优势,逐渐成为水下焊接中的主要方法之一.研制了局部干法自动水下焊接试验系统,在此基础上利用汉诺威弧焊质量分析仪对包括空气中、5 m水深和15 m水深三种焊接环境下的焊接电参数进行了采集和分析.结果表明,水下焊接试验系统能够实现局部干法自动水下焊接,焊接过程中的熔滴过渡形态与焊接环境有关,为科学评价局部干法自动水下焊接时的焊接工艺以及焊接质量控制提供了试验依据.

核电厂检修局部干法自动水下焊接实验

根据核电厂内部结构维修的特殊性,研制了一套局部干法自动水下焊接实验系统,进行了15 m水深局部干法自动水下坡口对接焊实验,并采用集成汉诺威弧焊质量分析仪对自动水下焊接的工艺过程进行分析.结果表明,焊缝成型良好,能够满足相关执行标准的要求,为核电站堆内构件在役维修技术的发展奠定了基础.

工业焊接机器人空间定位技术研究

为了在复杂环境中进行工业焊接机器人空间定位,设计了一套基于视觉反馈的焊接机器人定位试验系统,详细介绍了摄像机标定、图像特征点提取、立体视觉匹配算法和数据通讯等关键技术,并进行了实际的现场试验。试验结果表明,该系统及相关技术能够提取数量相对较多的特征点,图像匹配保持了很高的匹配正确率和速度。试验结果为机器人前端空间定位及其应用提供了保障,为工业机器人自主焊接奠定了基础。

水下焊接技术的研究与应用现状

随着海洋工程不断向深海推进以及核电站内部构件修复等新问题的提出,对水下焊接技术提出了更高的要求。本文简要介绍了高压干法、局部干法以及深水结构摩擦叠焊等水下焊接技术研究与应用的最新进展,综述了水下机器人在水下焊接领域的研究现状,并对水下焊接技术的发展趋势提出了一些看法。

水下焊接技术研究和应用的进展

水下焊接由于受水的影响,其焊接方法与焊接设备都比陆上的复杂得多,综述了各种水下焊接技术研究与应用的最新进展,介绍了现在的一些新技术在焊接领域的应用现状,并对水下焊接技术的发展趋势提出了一些看法。

基于ANSYS的TIG焊接电弧数值模拟研究

焊接电弧的数值模拟是一个复杂而重要的工程。通过理论假设,对TIG焊接电弧的数学模型进行了简化,成功地建立了实用的焊接电弧瞬态温度分布数学模型。采用有限元分析软件ANSYS,探索了电弧模拟分析中热、电磁、流场和温度场的耦合理论;采用过渡网格划分的非均匀网格划分方式,在保证计算精度的基础上,有效地缩短了模拟计算的时间,电弧温度场、电磁场的模拟计算结果与理论值和实验值基本吻合。

气室式局部干法水下焊接

利用研制的气室式局部干法水下焊接试验系统,在300mm水深环境的试验水槽中,进行了水下平板堆焊和坡口对接焊验证性工艺试验,并对水下坡口对接焊焊缝进行了显微组织和硬度的测试分析,结果表明:在气室排水密封良好的前提下,送丝速度、焊接速度、摆动速度和摆动周期等参数对焊缝成形和焊接质量的影响较大,通过不同焊接参数的优化组合,可以获得优良的气室式局部干法水下焊接焊缝成形;水下焊接环境对焊缝的显微组织和硬度产生一定影响,由于焊缝周围及背面水的快速冷却作用,焊缝中心区域出现了部分魏氏体组织,同时焊缝中心区域的硬度较热影响区高,出现了一定淬火硬化现象.

激光增强GMAW焊接熔滴过渡控制试验

水下环境压力对于焊接熔滴过渡和焊接过程稳定性具有一定的负面阻碍作用,需要提供额外的作用力帮助稳定焊接电弧和改善熔滴过渡状态;为验证激光增强熔滴过渡控制技术的可行性,搭建了空气环境下的相关试验系统,并进行了激光增强前后的熔滴过渡状态对比研究.结果表明,在焊接过程中施加一定功率密度的激光对熔滴过渡行为具有明显的改善作用,可以在一定范围内改善熔滴过渡状态,并可以通过激光控制过渡熔滴的大小,提高焊接过程的稳定性.试验结果为进一步开展激光增强高压干法水下焊接试验奠定了基础.