基于BP神经网络薄板P-PAW搭接的间隙自适应工艺参数优化

对大型LNG燃料薄膜舱中1.2 mm厚SUS304L不锈钢板薄板的搭接焊,存在的搭接间隙会带来焊缝成形不良等严重影响船舱安全性的问题。本文通过激光传感器检测搭接间隙变化,设计了不同的峰值电流和焊接速度在不同间隙下的工艺实验,研究了间隙对焊缝成形质量的影响机制;基于BP神经网络建立不同间隙下的脉冲等离子弧焊(P-PAW)的工艺参数和间隙及焊缝成形尺寸之间的拓扑关系模型,通过工艺实验获取模型的训练样本,实现了基于BP神经网络的间隙自适应工艺参数优化系统。结果表明,该系统实现了不同搭接间隙下进行实时工艺参数优化的功能,并对搭接间隙在0~0.6 mm变化时所带来的空洞等缺陷起到了有效的抑制作用,实现了良好的焊接成形一致性控制,提高了在LNG薄膜舱中不锈钢板焊接的自适应能力。

Nb元素对高熵合金涂层组织与力学性能的影响

利用激光熔覆技术在Q235基体表面制备CoCrFeNiTi_(0.8)Nb_(y)(y=_(0.25),0.5,_(0.75),1.0)涂层.采用光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能谱分析仪等方法分析涂层的相结构和微观组织等;用显微维氏硬度计、摩擦磨损试验机测试涂层的硬度与耐磨性能.结果表明,组织中呈现典型的树枝晶结构,加入Nb元素,涂层微观组织的尺寸减小,增加Nb元素含量时,高熵合金涂层的晶体结构由体心立方相(body-centered cubi,BCC)、少量的面心立方相(face-centered cubic,FCC)和Fe_(2)(Ti,Nb)型的Laves相组成;在细晶强化、固溶强化和第二相强化的共同作用下提高了涂层的显微硬度;中间相的存在一定程度上可以阻碍犁削切削过程的进行,进而提高了涂层的耐磨性能;CoCrFeNiTi_(0.8)Nb_(0.75)涂层的硬度和耐磨性最好,硬度为710 HV,约为基体的4倍,涂层的磨损量最小,磨痕较为平整.

SiC-Ni60涂层中添加nano-Cu包覆MoS_(2)对其组织和摩擦磨损性能的影响

采用激光熔覆的方法在42CrMo钢基体上制备了nano-Cu/MoS_(2)镍基合金熔覆层,运用扫描电镜、XRD、显微硬度计以及摩擦磨损试验机等探究了不同含量nano-Cu/MoS_(2)熔覆层的组织及耐磨减摩性能.结果表明,采用激光熔覆技术制备的nano-Cu/MoS_(2)镍基合金熔覆层中上部为细密的等轴晶,中下部至靠近熔合线主要为条柱状晶,添加nano-Cu/MoS_(2)颗粒后覆层中部等轴晶粒部分转变为条带状,覆层中产生了金属硫化物CrS和软金属铜,晶界处分布一些细小MoS_(2)颗粒,受润滑相与部分晶粒粗化影响与C1(无nano-Cu/MoS_(2))相比,C2~C4(5%~15%nano-Cu/MoS_(2))熔覆层的硬度显著下降,但与基体相比有1.45~2.06倍,具有良好的力学性能,而摩擦质量损失增加最高达到0.0198 g,摩擦系数逐渐减小,熔覆层最低摩擦系数0.4430较C1明显降低,兼顾力学性能、摩擦系数和摩擦质量损失角度考虑,nano-Cu/MoS_(2)含量为10%,激光功率290 W、扫描速度6 mm/s时,其熔覆层力学及摩擦学性能为佳.

大厚度TC4钛合金激光增材连接过程分区组织调控

针对大厚度钛合金构件激光增材连接过程中热累积效应导致的组织粗化及性能劣化问题,本文开展了微观组织分区调控研究,分析了厚板不同位置的晶粒尺寸与析出相形态随着激光功率与扫描速率的变化规律,形成了激光增材连接件分区组织调控方法。结果表明:通过改变激光功率来调控组织形态的参数灵敏度较高,针对激光增材连接过程热累积效应导致的组织粗化问题,需改变激光扫描速率来调控试样中上部及顶部的组织形态。当激光有效能量为5.46×10^(5) J时,增材连接试样的抗拉强度高达915 MPa左右,同时断口韧窝尺寸较大,材料塑韧性较优异。因此,在激光增材连接过程中进行分区组织调控,可实现连接件整体力学性能的显著提升。

低合金高强钢焊缝金属针状铁素体的高温回火性能研究

采用OM、SEM、EBSD、TEM等表征技术,并结合拉伸、冲击和硬度测试等手段,对低合金高强钢焊缝金属中针状铁素体经640℃高温回火前后的显微组织和力学性能进行研究,并借助热力学计算,探讨了针状铁素体回火组织稳定性的微观机制。结果表明,低合金高强度钢焊缝金属经不同时间高温回火后,组织均由体积分数约90%的针状铁素体和少量晶界铁素体构成,无明显的晶粒粗化现象,保持了针状铁素体基体的高位错密度。在回火1 h后,焊缝金属的强度和硬度显著提高;随着回火时间的延长,其强度和硬度略有下降,但整体仍维持在较高水平,这主要归因于短时回火(不超过2 h)期间,大量碳化物的析出产生了显著的析出强化作用;随着回火时间延长,析出物的类型和数量变化不大,这与热力学计算结果相吻合。

镀锌层和焊接速度对镁/钢MIG焊接头微观组织的影响

以MIG电弧作为热源,分别对AZ31镁合金/Q235低碳钢与AZ31镁合金/DX51D镀锌钢进行连接。通过改变焊接速度,研究其对AZ31/Q235、AZ31/DX51D焊接接头焊缝成形、微观组织及硬度分布的影响,并揭示镀锌层的影响机理。结果表明:当焊接速度分别为10、15 mm/s时,AZ31/Q235接头、AZ31/DX51D接头的焊缝成形较好。随着焊接速度的降低,AZ31/DX51D接头焊缝处析出更多的β-Al_(12)Mg_(17)相,界面层厚度增加。AZ31/DX51D接头界面结合较好,而AZ31/Q235接头界面出现未熔合、开裂等现象,这说明镀锌层有效促进了镁/钢界面的冶金结合。AZ31/DX51D接头界面处的硬度值最高达到250 HV,高于AZ31/Q235接头界面处硬度值。

钢板夹杂缺欠对焊缝性能的影响

针对某项目腹板熔透角焊缝热影响区缺欠,确定其对焊缝性能的影响程度。对问题钢板进行了力学性能试验及微观金相、能谱分析,发现钢板中存在深度不一的夹杂缺欠。通过制作模拟焊接试件,将实际产品问题再现于模拟试件上,并对模拟试件进行破坏性检验。结果表明,探伤指示的热影响区缺欠为原材料夹杂缺欠所致,缺欠危害性较低且很难完全消除,但原材料缺欠及多次返修操作对焊缝力学性能影响不大。同时,对钢板夹杂缺欠成因进行了简要分析,并给出了相关优化建议。

加热速度对高强钢SHCCT曲线及微观组织的影响

【目的】通过研究不同热循环下高强钢热影响区的微观组织与力学性能转变规律,为以后相同钢种的实际工程应用提供理论依据。【方法】以30MnCrNiMo高强钢为研究对象,由于钢在连续加热和冷却过程中,会经历几个相变过程,在此过程中,钢的晶格结构发生改变,从而引起体积的变化,所以会在正常的膨胀曲线上出现转折点,基于此原理,利用Gleeble-3500热模拟试验机分别建立低加热速度为150℃/s和高加热速度为1100℃/s的焊接热影响区连续冷却转变(Simulated heat affected zone continuous cooling transforming,SHCCT)曲线,对其微观组织转变规律进行了对比与分析。【结果】结果表明,在低加热速度和高加热速度下的SHCCT曲线图均包含M,M+B,B,B+P+F 4个区域,且4个区域对应的硬度值由500 HV1向200 HV1递减;低加热速度SHCCT曲线在3.0℃/s的冷却速度下就可以发生F和P转变,而高加热速度SHCCT曲线需要在冷却速度为0.5℃/s时才能产生F和P转变;与低加热速度下的SHCCT曲线相比,高加热速度下的SHCCT曲线具有更高的Ac1,Ac3和Ms点,且Ac1与Ac3的温度差增大,F和P转变需要更长的孕育期。【结论】在相同钢种的实际工程应用中,为了得到板条状马氏体组织以达到良好的使用性能,可以在激光-熔化极活性气体保护(Metal active gas welding,MAG)复合焊接时,将冷却速度控制在7.5℃/s以上,在单MAG焊接时,将冷却速度控制在10.0℃/s以上。

选区激光熔化成形AlMgScZr合金组织及性能研究

采用选区激光熔化(SLM)对AlMgScZr合金进行了打印成形,分析了不同激光功率对打印试样致密度、表面形貌、微观组织及力学性能的影响规律。结果表明,激光功率在80~240 W内,AlMgScZr合金的致密度先升后降,当激光功率为200 W时致密度达到最大值,为99.6%;AlMgScZr合金的抗拉强度与致密度密切相关,在近似全致密的状态下,合金的力学性能达到最优,抗拉强度和延伸率分别为492 MPa和18.4%;由于Sc、Zr元素的加入,合金内部形成与基体共格的Al3(Sc,Zr)相,可作为有效的形核质点促进晶粒细化,其强化机制主要为细晶强化和析出强化。

激光熔化沉积钛合金-高熵合金梯度材料组织演变研究

目的研究钛合金-高熵合金梯度材料不同位置沉积层的微观组织形貌及力学性能演变规律。方法采用激光熔化沉积的工艺制备了钛合金-高熵合金梯度材料,并建立了有限元仿真模型来辅助分析。研究对象为TA15基板上单道多层的梯度沉积层,在设计梯度材料成分时,相邻梯度的材料比例变化量为10%(质量分数),TA15钛合金的质量分数由100%逐渐降低至0%,AlNbTiVZr的质量分数逐渐增大。基于实验对有限元模型进行了一定程度的简化处理,通过热物性参数计算软件和经验公式获取了梯度成分材料的热物性参数,进行了单层单道激光熔化沉积实验以完成热源校核,在与实验相同的工艺参数下计算了温度场并进行了分析。结果在一层一冷的冷却策略下,多层沉积仍存在一定的热累积现象,沉积15层后,沉积层中部的温度峰值基本保持在2489℃,根据循环曲线,沉积层中部的重熔范围超过1/2。结论随着高熵合金含量的增加,组织由细小等轴晶、胞状晶和柱状晶转变为多边形晶粒,V、Nb等β稳定元素的增加和Al等α稳定元素的减少抑制了组织中针状α相的形成,V、Nb等元素在晶界产生了明显偏析现象并逐渐增多,抑制了晶粒生长且增强了细晶强化作用,显微硬度随之增大。

退火对双金属带锯条焊接接头组织演变及元素分布规律的影响

双金属带锯条由M42高速钢齿材和B2000高强度钢背材焊接而成,焊接后易产生焊接热应力,影响其焊缝性能。研究了双金属带锯条焊接接头经过820℃(退火炉中)退火再随炉冷却后的组织演变和元素分布规律。结果表明,退火后的焊缝组织由柱状晶逐渐演变为碳化物球化,Mo、Cr、V、W等合金元素与C形成碳化物并逐渐球化,导致合金元素在接头处团聚。此外,退火过程中元素扩散系数增大,使得双金属带锯条的母材中的元素向焊缝中扩散,形成了M_(6)C型、M_(23)C_(6)型和MC型碳化物,降低了焊缝硬度。该研究结果为双金属带锯条焊接接头的退火工艺优化提供了理论依据,有助于提高双金属带锯条的质量和使用寿命。

坡口间隙对409L钢板焊接接头弯曲性能的影响研究

采用熔化极氩弧焊对厚度为10 mm的409L热轧板进行焊接试验,将焊件平对接坡口间隙设定为1 mm、2 mm、3 mm、4 mm,其他焊接参数略有不同。焊接试验完成后对结构接头处进行背弯分析,结果表明,坡口间隙为1 mm、2 mm和3 mm的接头处出现裂纹发生断裂,而坡口间隙为4 mm的接头处组织完好,背弯试验结果合格。

激光熔覆TC4/Inconel 625/316L不锈钢梯度材料组织与性能

为了提高不锈钢工件的综合性能,采用激光熔覆工艺在不锈钢上制备TC4熔覆层、Inconel 625熔覆层作为过渡层,通过光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、能谱仪、硬度计、摩擦磨损和电化学测试等研究了TC4熔覆层微观组织、显微硬度、电化学性能和摩擦磨损性能.结果表明,熔覆层成形质量良好且具有均匀致密的微观组织.熔覆过程中,由于元素扩散与高温作用发生的共晶反应,熔覆层中生成CrNi_(2)和Ti_(2)Ni增强相,大大提升了熔覆层的硬度与耐磨性;TC4熔覆层磨损机制主要为磨粒磨损与氧化磨损,耐磨性优于基体;TC4熔覆层的腐蚀电流密度小于基体,耐蚀性显著高于基体.创新点:(1)通过激光熔覆实现了TC4/Inconel 625/316L不锈钢梯度材料的制备.(2)通过共晶反应生成Ti_(2)Ni,CrNi_(2)增强相,并研究其对熔覆层和基体的磨损机制与腐蚀机制的影响.

钛合金激光填药芯焊丝接头组织性能

通过激光填丝焊接方法并采用自主开发设计的钛合金药芯焊丝,进行TC4钛合金板的焊接,对获得的焊接接头进行850℃保温2 h后随炉冷却退火工艺处理,并与焊态焊接接头的组织性能进行比对分析,结果表明,热处理态焊接接头焊缝中由α_(p)相、α_(s)相集束及点状分布的残留β相构成,没有发现焊态焊缝中的α’马氏体组织;热处理态焊接接头强度降低但断后伸长率和常温冲击韧性增加;热处理态焊接接头拉伸断口由大量撕裂唇包围,韧窝深且均匀,呈微孔聚合韧性断裂.通过XRD测试发现焊态焊缝中主要由α’马氏体组成,还有少量极弱的多角度α相衍射峰,而热处理态焊缝中α相衍射峰中心角度位置与焊态焊缝中α’马氏体一致,另外还发现了较为明显且尖锐的β相(110)衍射峰.

1Cr18Ni9Ti不锈钢供油管裂纹故障分析

某类型发动机在进行可靠性测试时,其中一件材料为1Cr18Ni9Ti的供油管出现漏油现象。经过X光探伤检查发现,在供油管扩口R角位置存在一条裂纹。通过对供油管裂纹进行外观检查、金相检查、断口分析检查、化学成分检测及零件在发动机测试过程的情况分析,确定了该R角位置裂纹的性质及产生原因。试验结果表明:供油管上的裂纹性质为疲劳裂纹,疲劳裂纹起源于零件的外表面,呈点源特征,疲劳裂纹的起始应力和扩展应力也相对较小;疲劳裂纹萌生的主要原因,与发动机测试时螺母松动导致的异常振动及源区存在打磨痕迹有关。建议类似供油管零件不再使用砂轮打磨,需要在供油管附件安装卡箍支撑给予固定,防止后续螺母松动再次发生异常振动。

TC25合金零件含钨金属夹杂检出及模拟实验分析

某厂锻造的TC25钛合金盘类零件在交付前需进行水浸超声波探伤,合格后交付。但在交付后验收时进行X光射线探伤,发现其中一件零件的外轮缘部位有一处缺陷显示。因该缺陷用水浸超声波探伤未能及时检测出来,而X光射线探伤时却有效检测出来并对缺陷定位,对此问题开展研究。本文主要进行了模拟缺陷检出实验及能谱分析,确定缺陷的性质及特征。实验结果表明:X射线探伤检查对含钨金属夹杂物有效,属于高密夹杂,利用能谱分析夹杂物中心区域钨的成分接近100%。鉴于此种缺陷,对后续的TC25合金盘件交付状态更改为锻造+热处理(双重退火)+粗加工+X射线探伤,合格后再予以交付。

TA2合金燃滑油散热器裂纹分析

TA2合金燃滑油散热器在试验两个小时后,滑油进口处出现泄露现象。经检查,发现管接嘴焊接的位置附近有一条明显的裂纹存在。通过对裂纹进行检查、断口宏观分析和微观分析、金相组织检查、能谱分析及氢含量测定,确定了裂纹的性质及产生原因。结果表明:TA2合金燃滑油散热器的材质正常,裂纹的性质为一次性热应力裂纹,裂纹在试验过程中有轻微的扩展现象;裂纹产生的原因主要是与焊接过程中产生的热应力有关,校正时应力对裂纹的产生也有一定的影响。

金属/CFRP异种材料连接技术的研究进展及界面结合机理分析

碳纤维复合材料(CFRP)具有质轻高强、高模量和低膨胀优势,在“陆海空天”等领域应用潜力和需求极大.其中热塑性碳纤维复合材料(CFRTP)近年来快速发展,CFRP和CFRTP与金属结构件的连接技术受到国内外学者和工业界的广泛关注.文中综述了金属材料与CFRP连接的主要技术及界面的结合机理;对比分析了不同连接工艺的成形原理,总结了金属与CFRP连接界面的不同作用效果;结合发展现状及未来工程应用需求,对金属/CFRP高质量连接技术瓶颈的突破方向进行了展望.创新点:(1)综述分析了不同连接技术对金属/CFRP结合强度的影响.(2)在不同连接技术基础上系统归纳了金属/CFRP界面的结合机理.(3)展望了金属/CFRP高质量连接技术在工程应用上的突破方向.

大厚度NiCrFe-7熔化焊焊缝微裂纹

通过金相显微镜、扫描显微镜和电子背散射衍射方法对一种大厚度NiCrFe-7熔化焊焊缝中的微裂纹进行了表征和机制分析,焊接方法分别为焊条电弧焊(SMAW)和钨极氩弧焊(GTAW).结果表明,该种热裂纹为沿晶的再热裂纹,其形成是由于焊接热影响区在高温下发生应力松弛现象,导致晶界大尺寸MC型碳化物和氧化物处出现应力集中,造成裂纹沿这些颗粒内部或界面开裂.相比于GTAW工艺,SMAW工艺的焊缝中存在大量氧化物,造成SMAW焊缝再热裂纹倾向高于GTAW焊缝,进而导致前者焊缝弯曲性能不符合国家标准要求.通过此研究,建议采用保护气效果更佳的GTAW工艺.

热处理工艺对FGH96合金惯性摩擦焊组织与显微硬度的影响

采用惯性摩擦焊接方法进行了FGH96高温合金焊接,借助光学显微镜、扫描电子显微镜、显微硬度仪对焊态和热处理态FGH96惯性摩擦焊接头组织和显微硬度进行了研究.结果表明,焊缝中心区内发生完全动态再结晶,再结晶晶粒细小,晶粒尺寸为4.6μm±0.3μm,且二次γ′相完全溶解,导致硬度低于母材组织.随着远离焊缝,二次γ′相含量逐渐增加,距焊缝1.5 mm后γ′相体积分数基本保持不变,但γ′相形貌由球形逐渐向立方体转变,导致硬度逐渐增加.经热处理后,焊缝区域内二次γ′相的含量与形貌变化规律与焊态相似,但热处理后基材晶粒尺寸从11.4μm±0.3μm增大至13.5μm±1.0μm,是导致热处理后基材硬度较焊态较低的原因;另外热处理后三次γ′相的析出是导致热处理态焊缝硬度高于焊态的原因.