基于有限元分析的感应钎焊蜂窝板工艺研究

为设计合理的感应线圈结构,并探究不同输入电流、加热时间对焊缝温度最大值的影响,选取适合的工艺参数,从而实现蜂窝板感应钎焊的高效率制备。本文建立了感应钎焊蜂窝板的有限元模型,设计了3种形状的线圈:螺旋形线圈、双回形线圈、M形线圈,并计算得到3种线圈感应钎焊蜂窝板的温度场分布,同时探究了不同工艺参数对温度最大值的影响规律。在模拟的基础上,对Ti_(2)AlNb合金和高温合金组成的蜂窝夹层结构进行钎焊试验,验证了感应钎焊Ti_(2)AlNb/GH4099蜂窝夹层结构具有良好的可行性。结果表明,螺旋形线圈在焊缝处的磁场更加集中,产生的电磁热更多,钎焊效率更高。螺旋形线圈更利于感应钎涂过程中产生大量电磁热,并且当电流为1000 A,加热时间为15 s时钎焊效率最高,且实验得到的Ti_(2)AlNb/GH4099蜂窝夹层结构力学性能优异。

超高速激光熔覆技术及其耐磨蚀涂层材料研究进展

超高速激光熔覆技术是一种新型的表面涂层制备技术,可用于制备具有冶金结合的致密金属防护涂层。与传统熔覆工艺相比,超高速激光熔覆的加工效率高、涂层稀释率低,且涂层内部晶粒组织明显细化,可表现出更加优异的防护性能,在工业生产中具有广阔的应用前景。介绍了超高速激光熔覆技术的原理与加工特点,分析了国内外超高速激光熔覆设备的发展现状,综述了超高速激光熔覆涂层材料的研究进展,讨论了当前超高速激光熔覆涂层发展的主要问题,并展望了超高速激光熔覆技术及其涂层材料的发展趋势。

Ti6321合金TIG焊接接头组织与动态力学性能研究

采用钨极氩弧焊(TIG)焊接双态组织的Ti6321合金,对未焊接母材、近热影响区母材、热影响区和焊缝区进行显微硬度及静动态力学性能测试,并对焊接接头动态压缩前后的组织结构进行观察。结果表明:Ti6321合金经TIG焊接后,热影响区组织为等轴初生α相与β相+针状马氏体α'相构成的近双态组织;焊缝区为大块α相与针状马氏体α'相构成的网篮组织,且晶粒较为粗大。在显微硬度与静动态抗压强度方面,焊接接头热影响区最高,母材与近热影响区母材次之,焊缝区最低。母材、近热影响区母材和热影响区冲击吸收功相近,焊缝区低于前三者。热影响区因形成致密细小的针状马氏体α'相,其硬度与动态抗压强度较高,变形协调能力弱,塑性较低。焊缝区粗大的晶粒使动态塑性与动态强度都较低。在2100~2900 s^(-1)动态压缩应变率范围内,母材、热影响区与焊缝区随着应变率增大,发生了明显的塑性变形。母材与热影响区中的等轴α相由压缩前分布均匀的椭球状转变为方向不一的长条状,转变程度随着应变率的增大而增大。

青岛海洋环境碳纤维复合材料与低合金钢电偶腐蚀研究

目的 探究碳纤维复合材料在舰船应用时与金属材料的电偶腐蚀问题。方法 针对一种典型舰船用碳纤维增强乙烯基树脂复合材料,在青岛海洋大气环境下开展0.5、1、1.5、2 a期的自然曝晒试验,进而采用电化学分析手段考察其与低合金钢的电偶腐蚀效应,结合老化机制探究碳纤维复合材料的老化行为对其与钢电偶腐蚀的影响。结果及结论 在青岛大气环境曝晒不同周期的复合材料试样,开路电位与低合金钢相差较大,存在较高的电偶腐蚀倾向。随曝晒时间的延长,复合材料表面微裂纹不断产生、扩展,导致电化学反应活性点增多,两者电偶电流密度随之增大。在青岛海洋大气环境下暴露2 a后,碳纤维增强乙烯基树脂复合材料与低合金钢的电偶电流为0.356 9μA/cm^(2),两者的电偶腐蚀敏感性达到B级。

深海静水压力对高强钢焊接接头腐蚀影响研究

目的研究深海静水压力对焊接接头腐蚀的影响,探清腐蚀机制。方法采用腐蚀微观形貌观察、腐蚀产物分析与电化学表征相结合的方法,研究高强钢焊接接头在常压低温海水与深海环境中的腐蚀行为。结果静水压力增加会加剧Ni-Cr-Mo-V高强钢焊接接头的腐蚀。高强钢焊接接头在常压低温海水和深海环境中的腐蚀速率随腐蚀时间增加呈现出前期迅速减小、后期变缓的变化趋势。高强钢焊接接头在海水中浸泡不同周期的腐蚀产物主要有α-Fe_(2)O_(3)、γ-FeOOH、α-FeOOH和Fe_(3)O_(4)。高强钢焊接接头在低温海水环境下,表面主要发生以腐蚀坑合并为趋势的全面腐蚀,而在深海环境下主要发生的是局部腐蚀。结论不同静水压力使得高强钢焊接接头的腐蚀规律发生变化,进而影响了其腐蚀速率。

船舶与海工平台建造焊接质量问题统计与分析

对具有代表性的两艘船舶及两座海工平台建造现场存在的典型焊接质量问题进行了统计和分类。结果表明:焊接工艺和材料问题所占比例较高,约80%。重点阐明具体质量问题中居于前四位的未预热、预热/道间温度、焊接材料烘焙、焊缝清理不符合要求和工艺参数超范围等高频次问题的表现形式、危害和产生原因,并提出改善建议。为预防和减少建造中焊接质量问题的发生、保障和提高船舶及海工平台焊接质量提供参考。

TC4焊接接头热变形行为及组织演变研究

基于Gleeble高温拉伸试验,研究TC4钛合金焊接接头在温度为700~950℃、应变速率为10-4~10-1s-1条件下的热变形行为,使用Arrhenius双曲正弦模型建立TC4焊接接头的热变形本构方程,并采用金相显微镜、SEM、EBSD等手段研究焊接接头在热变形过程中的显微组织演变规律。结果表明:TC4焊接接头在热拉伸过程中的流变应力对变形温度和应变速率敏感,随变形温度的升高和应变速率的降低而降低;焊接接头的伸长率受变形温度和应变速率的耦合作用,随变形温度的升高和应变速率的降低而升高。通过本构方程计算得出焊接接头在(α+β)两相区的变形激活能为547.385 kJ/mol,软化机制为动态再结晶。随变形温度的升高,焊缝金属内部β相含量升高、大角度界面减少、几何必要位错密度降低,导致焊接接头的流变应力降低,伸长率升高。

TC4钛合金T型接头双面双弧MIG焊接特性研究

对30 mm厚TC4面板和15 mm厚TC4腹板构成的T型角焊缝采用双面双弧MIG方法进行焊接,采用高速摄影对熔滴过渡形态进行了观测,采用数值模拟方法对比了单侧焊接和双面双弧焊接的温度分布,并对双面双弧焊接的焊缝成形进行了观测,对焊接接头组织进行了分析,并对接头显微硬度和拉伸性能进行了测试。结果表明:采用双面双弧MIG焊接可以获得成形良好内部无缺陷的焊接接头。焊接熔滴过渡形式为连续的滴状过渡,过渡过程稳定均匀。双侧焊接时,两侧温度场对称分布。接头冶金结合良好,焊缝组织为粗大的柱状晶,晶粒内部为长针状α'、层片状α和块状α相。面板侧热影响区为残余初生α、层片状α和残余β相。腹板侧热影响区为针状α、层片状α和残余β相。腹板和面板侧热影响区的显微硬度均高于母材。焊接接头抗拉强度达到969 MPa以上,断裂位置位于母材。

钛合金焊接接头表面超疏水涂层的构建及性能研究

为提高钛合金焊接接头的耐蚀性能,以TA2焊接接头为基体,采用微弧氧化和低能修饰相结合的方法,分别在母材区、焊缝区和热影响区制备超疏水涂层。使用金相显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、傅立叶变换红外光谱仪(FTIR)表征了试样的显微组织、微观形貌和化学成分,通过电化学阻抗谱(EIS)测试了试样在3.5%(质量分数)NaCl溶液中的耐蚀性能。结果表明:微弧氧化处理获得了大脑状微米级沟槽结构,其物相组成为锐钛矿型TiO_(2),经过低能修饰后,3个区域的水接触角分别为154.5°、152.3°和153.6°,滚动角分别为2.9°、4.4°和3.2°,表现出良好的超疏水性。在EIS测试中,超疏水涂层的容抗弧半径最大、微弧氧化涂层的次之,二者均提高了基体的耐蚀性能,其中,热影响区超疏水试样的电荷转移电阻相较于基体的提高了近7倍,具有最佳的耐腐蚀性能。

聚氨酯合成轨枕国内研究及应用进展

聚氨酯泡沫合成轨枕最早配合直线电机牵引系统应用于城市轨道交通,因其良好的综合性能,在国内获得广泛研究和应用。对比分析国内合成轨枕的技术发展历程和国外、国际相关合成轨枕技术标准,并调研合成轨枕在国内的应用进展及使用过程中出现的问题和解决措施,主要表现在:横向阻力偏低,部分道钉孔失效或涂层破损;这些问题可通过产品结构改进及安装维护方案优化进行解决。结合国内轨道交通领域的发展需要,及聚氨酯合成轨枕产品性能特点和市场现状,提出聚氨酯合成轨枕产品在我国未来发展建议。

温度与应力耦合作用下高强钢海水腐蚀行为研究

目的保证船舶设备安全,明确船用Ni-Cr-Mo-V高强钢在不同海水温度中的服役状态变化。方法在实验室模拟环境中,通过四点弯曲装置向Ni-Cr-Mo-V高强钢施加不同应力,并结合电化学测试、腐蚀形貌和产物分析,研究温度与应力耦合对Ni-Cr-Mo-V高强钢在不同温度海水环境中腐蚀行为的影响及规律。结果温度升高会加快Ni-Cr-Mo-V高强钢腐蚀产物的生成,但是在较高温度海水中,会使高强钢由点蚀转变为均匀腐蚀,因此较高温度海水中对高强钢施加外加应力未发现点蚀坑加深。较高温度海水相对于低温海水条件下,高强钢腐蚀产物层中的Cr、Ni含量增加,低温海水中施加应力致使腐蚀产物层中的Cr、Ni含量降低,而较高温度海水中施加应力对腐蚀产物成分的影响不大。温度对Ni-Cr-Mo-V高强钢的腐蚀作用明显强于外加应力对其的腐蚀作用。结论在不同温度海水中,较高的温度使得Ni-Cr-Mo-V高强钢的耐蚀性能降低,但是相对于低温海水中,较高温度海水条件下施加应力对Ni-Cr-Mo-V高强钢腐蚀的影响较小,因此对于高强钢在海水中的腐蚀,温度对高强钢的影响明显大于应力的影响。

超声对TC4表面金刚石复合涂层组织的影响研究

为提升钛合金表面的耐磨性,采用超声辅助气保护钎焊技术,在TC_(4)钛合金表面制备了金刚石复合钎涂层,以探究超声对涂层微观组织的影响,并揭示其细化晶粒的机理。通过在AlSi钎料中加入一定比例金刚石粉末和CuTi合金粉,并施加超声波作用,制备了不同工艺参数下的金刚石复合钎涂层。研究结果表明,钎涂层中Cu、Al反应产物的先后生成顺序理论上应依次为Cu9Al_(4)、CuAl_(2)和CuAl;Ti与Al、C三种元素反应,可能形成的化合物分别为TiC和TiAl_(3);超声辅助可以有效促进金刚石颗粒在钎涂层中的均匀分布,并加速钎涂层中的Ti、Al、Cu原子间的相互扩散,在750℃保温90 s,Ti(Cu,Al)_(2)便可在钎涂层组织内出现;钎涂基体组织中存在大量团聚的未长大的Ti(Al_(1-x)Si_(x))_(3),钎涂层组织晶粒发生明显细化,实现了CuAl2相在钎涂层组织中的弥散分布。

金属复合板断裂失效行为研究进展

介绍了金属复合板断裂失效行为、表征方法及断裂失效行为影响因素的研究进展,主要分析了复层性能、界面性能、基层与复层材料性能差异、组成层厚度及复合过程中产生的残余应力等对复合板断裂失效行为的影响规律,并对金属复合板断裂失效行为研究方向进行了展望。

316L/Q345R爆炸复合板热处理工艺研究

对比研究了爆炸焊接制备的316L/Q345R复合板进行不同热处理后的性能和组织状况。结果表明:热处理温度和冷却方式对复合板的组织与性能有不同程度的影响,爆炸态复合板强度最高、塑性和冲击性能差,910℃退火淬火后,复合板的冲击韧性和塑性最差;620~910℃退火后空冷和风冷对复合板性能的影响较小,但高温退火后结合界面附近的脱碳和碳扩散更明显,最终确定的复合板优化退火制度为800℃退火后空冷。

TMCP态桥梁钢与316L不锈钢制备的爆炸复合板热处理工艺研究

介绍了研究控轧控冷(TMCP)生产的Q370qD桥梁钢和316L不锈钢制备的爆炸复合板热处理性能与组织演变过程。结果表明:316L/Q370qD(TMCP)爆炸焊接复合板低温退火后强度偏高延伸率较低,900℃高温退火后强度不合格、冲击值离散性大;优化热处理方案进行630~710℃退火,最终确认适宜的热处理温度区间为650~680℃、时间为1.5~2 h,大规格复合板退火(680℃/1.5 h退火后空冷)验证测试性能合格,后续生产处理效果良好,表明TMCP状态的Q370qD桥梁钢与316L不锈钢制备爆炸复合板具有可行性。

城轨交通DI型弹条接触疲劳断裂机理研究

以DI型弹条为研究对象,基于实验得到正常行车状态下弹条的频域特性,采用有限元仿真对弹条进行失效特性分析。研究表明,弹条的断裂为疲劳断裂,表面缺陷产生的应力集中是弹条发生疲劳断裂的主要原因;在正常行车条件下,弹条和钢轨均在360 Hz和700 Hz附近产生峰值,其中钢轨的垂向及横向振动频谱变化趋势基本一致;弹条安装深度过大将导致弹条与铁垫板接触点产生一定应力集中,在长期强迫振动激励作用下弹条容易发生疲劳折断。

不同热处理状态H62/Q355B复合板性能试验研究

介绍了以H62/Q355B复合材料为研究对象,开展了该材料在650~800℃范围内的热处理状态下的界面性能、拉伸性能、冲击性能、界面组织等试验研究,确定700℃为最佳热处理温度,为该材料在实际应用中起到一定参考作用。

3D打印技术在钛及钛合金精密铸造工艺中的应用研究

钛及钛合金因其优异的机械性能、耐腐蚀性和生物相容性,在航空航天、生物医疗等领域具有广泛应用。然而,传统铸造工艺存在精度不高、成本较高等问题。3D打印技术提供了一种新的解决方案,能够实现复杂结构的快速成型,提高铸造精度,降低成本,缩短生产周期。本文对3D打印技术的含义和钛及钛合金材料特性进行了概述,并探讨了3D打印技术在钛合金精密铸造工艺中的应用情况。通过研究,为钛及钛合金精密铸造工艺的改进提供了新思路和方法,同时,分析了3D打印技术在钛及钛合金精密铸造工艺中的前景与挑战。

船用复合材料基座优化设计与试验研究

为了提高船用基座的减重隔振特性,以普通金属基座为出发点,采用有限元仿真计算方法评估了金属基座的隔振性能,并设计出复合材料基座和阻尼钢金属基座,通过改变复合材料基座的肋板结构进行隔振性能优化设计,结合仿真结果与减重,确定了复合材料基座的基本结构形式。本研究通过制作了3种不同材料体系的基座模型,同时制定试验方法与考核标准。实验结果表明,优化后的复合材料基座隔振性能最好,优于金属基座约4.7 dB(10 kHz内)。本研究对复合材料基座在船舶上的应用具有一定的指导意义。

爆炸焊接制备铝-钛复合板工艺研究

开发了1060铝/TA2钛直接爆炸复合新工艺,研究装药量、间隙距离和垫板等参数对复合效果的影响。结果表明:装药量和布药方式对铝-钛板复合强度有明显影响,结合面剪切强度随装药量增多而先增加后降低,分析对比后确定了装药量、间隙距离和垫板形式;爆炸焊接时对6种工艺参数制备的铝-钛复合板结合性能进行分析对比,确定了适宜的焊接参数,进一步优化垫板缓冲层和阶梯布药方式,生产的大规格铝-钛复合板有效区结合率达到100%,批量生产合格,复合质量和结合强度优良,掌握了大规格铝钛直接爆炸复合的工艺技术。