大型邮轮薄板激光复合焊接数值模拟与参数分析

近年来,邮轮建造中越来越多地使用4 mm~8 mm薄板结构以减小生产和运营成本。薄板的大量使用使得焊接变形问题更加严重,因此激光复合焊接等热输入小的焊接方式在邮轮等薄板船舶上的需求不断提高。然而,由于国内邮轮制造业和船舶激光复合焊接工艺起步晚,对激光复合焊接中的关键参数与焊缝成型等的关系研究不足。文章建立邮轮薄板激光复合焊接的热弹塑性模型,并结合试验结果对焊接速度、激光功率、光丝间距、送丝速度、基电流和峰电压等关键焊接参数对焊缝成型的影响进行探究。结果表明:激光参数和电弧参数通过影响2种热源之间的协同效应来影响焊缝形貌;送丝速度和峰电压对余高等焊缝特征尺寸的影响较大,当送丝速度过大时,会加剧气孔等缺陷的产生。

打印方向对3D打印马氏体时效钢电阻点焊接头形成过程的影响

为了满足汽车零部件的个性化定制和快速开发需求,3D打印材料在汽车中的应用逐步增加,但目前3D打印材料的点焊性能在汽车服役过程中是否满足需求尚不清楚。采用实验手段开展3D打印马氏体时效钢和DP600双相钢电阻点焊接头的形成过程及力学性能研究。研究发现,由于3D打印材料的材料属性及表面粗糙度与传统钢板有差异,接头形状和形核过程与传统钢板明显不同。同时3D打印材料/DP600接头的拉剪强度高于传统双相钢接头,满足使用要求。不同打印方向对接头性能有影响,45°打印方向的马氏体时效钢粗糙度约为90°打印方向的3倍,导致电阻点焊接头熔核的形成时间滞后;综合形核过程和力学性能,90°打印方向的马氏体时效钢点焊性能更优。

电/热/力多场激励下的Al/Ni纳米多层膜层内/层间原子扩散行为研究

金属纳米多层膜是由10~100 nm厚度的金属交替排布形成的叠层结构薄膜,在电、热、力等外加物理场的作用下,通过原子扩散形成化合物的化学过程和晶粒长大的物理过程释放大量热量,在微纳连接、材料合成等领域广泛应用.然而,不同物理场作用及其复合激励下的纳米多层膜的原子扩散机制尚不明确.本文通过构建电/热/力多物理场作用下的原子/电荷运动势函数,建立了多物理场作用的Al/Ni纳米多层膜分子动力学模型,获得了不同物理场激励下的原子运动规律.搭建了电/热/力多物理场作用的纳米多层膜自蔓延反应产热性能原位表征实验系统,结合透射电子显微镜(TEM)等表征方法获得了纳米多层膜自蔓延反应产物特征.研究表明,热场通过缩短扩散距离诱导层间扩散,同时促进层内扩散;压力场通过原子层内变形促进原子在宽度-厚度平面的层间扩散;电场通过影响金属原子定向迁移抑制层内扩散;电/热/力多场复合作用能激励金属原子的层内/层间双重扩散行为,促进自蔓延反应速度与产热温度提升.以Al/Ni纳米多层膜为例,电/热/力多物理场作用下的自蔓延反应速度提升4倍,产热温度提升61%.

基于新型碰钉结构的复合材料甲板防火结构传热性能建模与分析

船体防火结构是由船体结构层、防火层和以碰钉为主的连接层组成的多层传热结构。由于碳纤维等复合材料磁性低,作为甲板结构在猎扫雷舰等船体中使用。相比传统钢制船体,碳纤维等复合材料船体耐高温能力差,传统防火结构难以满足复合材料船体的热防护要求。因此,以碳纤维船体防火结构为对象,建立了船舶复合材料多层防火结构热性能分析模型,实现了在高温载荷下防火结构的温度预测,并通过缩比件试验验证了温度预测的准确性。在此基础上,提出了“分流式”碰钉优化结构,将复合材料船体结构最高温度降低了24%,提高了船体防火结构的热防护性能,满足A60防火要求。

基于遗传算法的动力电池涂胶轨迹优化

电池包快速散热是电池安全的重要一环,目前电池包散热主要通过电池壳体与模组间的导热胶完成,散热性能与导热胶覆盖率密切相关。然而,目前提高导热胶覆盖率多采用工装夹具调整、基于经验设计的导热胶轨迹优化等方法,实验成本高、难以适用于不同类型的电池包结构。提出了通过涂胶轨迹优化以提高电池包散热性能的方法,通过建立基于遗传算法的涂胶轨迹优化模型,获得提高电池包导热胶覆盖率的涂胶轨迹、同时减少涂胶量、降低材料成本。仿真和实验结果证明,优化的涂胶轨迹相比原轨迹,覆盖率提升至97%,涂胶量减少6%。基于涂胶轨迹优化实现电池包散热性能提升的方法可推广应用于不同种类的电池包结构产品,对电池安全提升、制造成本降低提供技术支撑。

邮轮薄板焊缝的相控阵超声检测系统设计

相控阵超声焊缝检测是近年来发展的焊接无损检测技术。当前的大型邮轮建造过程中形成了扫查、储存、评定、汇总的相控阵超声焊缝检测数据处理流程。评定相控阵超声焊缝检测数据专业性强,流程步骤多、时效慢不利于开展智能化处理研究。为解决相控阵超声焊缝检测数据来源复杂和多流程难以协同的问题,结合网络端系统的思想及理论,提出相控阵超声焊缝检测分析系统方案。针对该系统基于python的Django库进行设计与实现,系统具有超声数据解析、可视化及标注的功能模块。利用现场采集的薄板激光复合焊缝数据进行验证,结果表明该系统能实现邮轮薄板焊缝的相控阵超声数据在线检测,为数据管理及智能化评定提供了技术基础。