高温高压条件下含瓦斯煤解吸-自燃演化特性研究

随着矿井开拓水平的延深,煤岩赋存环境呈现出高瓦斯压力、高地温特征,而温度、压力是影响含瓦斯煤吸附-解吸-氧化特性的重要因素。为了探究高温高压下遗煤中瓦斯解吸特征及自燃特性的变化,选用高瓦斯易自燃矿井不同埋深的煤样作为试验对象,设计不同温度和压力下煤中甲烷解吸的正交试验,并对原煤样和解吸煤样进行孔隙及表面积测试、TG-FTIR联用、程序升温试验。结果表明:在整个解吸试验过程中,温度的抑制都显著大于压力的促进作用;高温高压环境主要改变了煤中的微孔结构,致使煤体的比表面积和总孔容都出现增加;解吸后,标高320 m和标高343 m煤样的温度突变点提前了8.7%和4.9%,同时虽然煤中的官能团种类相同,但含量出现了不同程度的降低;标高320 m和标高343 m解吸煤样和原煤样CO生成的交叉温度点分别为78℃和74℃,C_(2)H_(4)、C_(2)H_(6)的浓度始终低于原煤样;同时解吸煤样的耗氧量在相同煤温下出现了下降,在170℃时差距最大,标高320 m和标高343 m解吸前后煤样的氧气含量为9.3%、13.1%和10.3%、14.3%,两者的耗氧量最大相差42.3%、41.2%。综合分析表明,煤体经过高温、高压解吸后煤样在氧化初期更易自燃,产生更多的CO,可以选择CO作为指标气体,而在高温阶段反应剧烈程度有所降低。此外推导出了煤中甲烷解吸对采空区气体环境的实时变化公式,并以1304综采工作面为模型,对“高瓦斯压力、高地温”特征下采空区遗煤中瓦斯解吸影响下的“氧化带”区域进行了更细致的划分,将范围缩小了63.5%。研究成果可为高瓦斯易自燃煤层瓦斯与火耦合灾害防控提供基础支撑。

基于正交试验的金属薄壁材料激光切割工艺优化

激光切割后,金属薄壁类零件的材料基体与下方的支撑板易产生粘连,严重影响切割质量。采用光纤激光对304不锈钢和GH605高温合金薄板进行切割实验,分析了激光切割不同材料发生粘连的机理。采用单因素试验法分析了激光切割工艺参数对热影响区及毛刺堆积量的影响规律。加工结果显示,在加入微连工艺的前提下,激光功率为165 W,切割速度为5 m/min,辅助气体压力为1.2 MPa时,切缝边缘光滑、无变形及残留黏附现象。

热输入量对890MPa臂架管焊接热影响区组织性能的影响

依据等强匹配原则,选用BHG-5焊丝对起重机臂架用890 MPa无缝钢管进行了斜Y型坡口焊接裂纹试验和不同热输入量的多层多道手动焊接试验,探究了材料的冷裂纹敏感性,以及不同热输入量对焊接接头组织和力学性能的影响。结果表明,预热温度为150℃时,可完全避免焊接冷裂纹的产生;随着热输入量的增加,焊缝金属接头强度变化不大,但焊接接头热影响区冲击韧性明显下降,选择小于20 kJ/cm热输入量焊接时可保证焊接接头具有较好的强韧性。

不同退火温度对Ti-3873合金焊接接头组织与性能的影响

将经过激光焊接的Ti-3873合金进行450℃、550℃、650℃、750℃退火处理,并对其组织和性能进行了研究。结果表明:Ti-3873合金焊接接头试样经过退火处理后在热影响区晶粒内出现了孪晶。随着退火温度的增加,强度和平均硬度值呈先上升再下降趋势,在550℃退火后抗拉强度达到1279.27MPa的最高值。Ti-3873合金焊接接头650℃退火为最佳退火工艺。

不同Nb含量X80钢管环焊热影响区的微观组织与韧性

为研究Nb含量对焊接热影响区微观组织和性能的影响,采用熔化极气体保护焊(gas metal arc welding,GMAW)和手工焊条电弧焊(shielded metal arc welding,SMAW)对0.055%Nb和0.075%Nb含量的X80钢管进行环焊.采用夏比冲击试验和金相分析方法,研究热影响区的微观组织差异和夏比冲击韧性.并借助扫描电镜和超高温激光共聚焦显微镜分析不同Nb含量X80管体的微观组织对热影响区性能的影响.结果表明,在0℃和-20℃时,0.075%Nb和0.055%Nb的X80钢管GMAW环焊接头热影响区均具有较高的冲击韧性,其平均冲击吸收能量均高于150 J.其中0.055%Nb略高于0.075%Nb的GMAW环焊接头热影响区夏比冲击吸收能量;焊接热输入较低时,0.055%Nb低于0.075%Nb的X80环焊接头粗晶区的韧脆转变温度,具有更好的低温韧性.焊接热输入较高时,0.075%Nb的X80环焊接头粗晶区具有更高的上平台冲击吸收能量,且上平台温度和韧脆转变温度也更低,其低温韧性也更优异;还发现了X80环焊接头热影响区的冲击韧性不仅与热输入量和热影响区马氏体-奥氏体组织(M-A)的形状、大小、分布有关,而且还受管体中Nb含量、原始的强度与韧性、微观组织状态的遗传影响.

峰值温度和降温速率对TC4钛合金焊接热影响区组织与性能的影响

目的通过Gleeble 540热模拟试验机模拟TC4钛合金的热影响区,探讨不同热循环条件下TC4钛合金组织性能的演变规律,为钛合金激光焊接工艺的优化提供指导。方法利用Gleeble 540热模拟试验机对TC4钛合金焊接热影响区进行模拟试验,采用金相显微镜和扫描电镜观察不同热模拟参数下TC4钛合金的显微组织,运用数字式显微硬度计和拉伸试验机对热模拟试样进行硬度和拉伸测试。结果当峰值温度低于相变温度时,热影响区组织呈块状α相,这种片层较厚且为块状组织的存在使硬度显著提高,拉伸强度大幅下降;当峰值温度升至完全相变温度以上时,热影响区组织逐渐转变为大量的针状α'马氏体,硬度和拉伸强度逐渐提高。当峰值温度为1100℃时,抗拉强度显著高于母材拉伸强度,达到1248 MPa。降温速率的增大导致针状α'马氏体增多,长针状马氏体破碎形成网篮状马氏体组织,虽然热影响区的硬度没有明显变化,但是拉伸强度略有降低。结论在TC4钛合金实际焊接中,确保峰值温度高于钛合金组织的完全相变温度,可提高钛合金激光焊接接头的力学性能。

线能量对焊接热影响区HAZ韧性的影响研究

设计了一种新型大线能量焊接用钢,对其实施了不同线能量的焊接热模拟实验,结果表明,在大线能量焊接条件下,焊接热影响区(HAZ)中形成了相互交叉互锁的AF组织,该组织可以阻碍裂纹的扩展,提高HAZ的低温冲击韧性。

低合金铸钢表面堆焊焊缝组织和性能的分析

为研究堆焊焊缝的金相组织,在低合金铸钢表面进行堆焊后,分别在焊接方向的横纵两个方向取样,并对其进行金相组织分析和硬度检验。通过检验和分析,堆焊焊缝横向方向的焊缝宏观金相组织呈现连续规律的组织形态,纵向方向宏观金相组织因取样位置差异存在较大差别;受后一道焊缝热输出的影响,前一道焊缝的大部分组织呈现均匀的正火组织状态;两道焊缝的熔合区,靠近焊缝表面部分,存在硬度相对较低区域;焊缝表面硬度低于焊缝中心部位硬度。此研究有助于焊接工艺人员通过控制焊接热输出量、焊缝间距、焊缝高度等方式改进焊接工艺,并确定合理的焊缝去除量。

焊接热源计算模式的研究进展

总结了计算焊接温度场过程中焊接热源模式的改进过程。首先讨论了传热学中常用的以集中热源为基础的线热源与面热源的解析模型、以及能量在空间以高斯函数形式分布的焊接热源模式 ,以高斯分布函数为基础 ,引出了半球能量密度分布的热源模式、椭球能量密度分布的热源模式、双椭球能量密度分布等焊接热源模式。并对比了不同热源分布函数对计算结果的影响 ,讨论了不同焊接计算过程中对热源函数的选择。结果表明 ,通常的工程运算仍可采用解析模型函数进行简化计算 ,高斯分布函数、半球能量密度分布函数、椭球能量密度分布函数常应用在有限元计算过程中 ,但由于未精确考虑电弧对熔池的冲击作用 ,在熔池附近有一定误差 ,而双椭球能量密度分布的热源模式 ,不仅可以处理一般的电弧冲力小的焊接热源 ,也可以处理具有强烈穿透作用的激光焊和电子束焊过程的焊接热源 ,进一步提高焊接热循环的计算精度。

机械振动焊接对焊缝及热影响区金相组织的影响

主要研究了机械振动 (振动频率在 3316 6Hz)焊接后的焊缝及热影响区的金相组织形态。试验采用容器常用钢 16MnR ,采用埋弧自动焊 ,同时对其施加机械振动。选取三组试样分别在不同振动频率和振幅的条件下 ,进行振动焊接。结果表明 ,机械振动焊接可大大改善焊缝及热影响区的金相组织 ,使焊缝的组织明显细化 ,熔合线和过热区变窄 ,魏氏组织减少。同时 ,从焊缝熔池结晶过程方面 ,对在该条件下焊缝及热影响区的金相组织的形成过程做了详细的讨论。另外还得出 ,振动频率在窄范围内对振动焊接试件的焊缝及热影响区的金相组织无明显影响。振动振幅对振动焊接试件的焊缝及热影响区的金相组织影响较大。

690MPa级低合金高强钢焊接接头组织性能

为探讨690 MPa级低合金高强钢焊接接头组织与性能的关系,采用手工电弧焊(SMAW)和埋弧焊(SAW)获得成形良好的焊接接头,经过拉伸、冲击、弯曲试验及光学显微镜、扫描电镜和透射电镜分析,对两种焊接方法的接头组织性能进行研究.结果表明:两种焊接方法的焊缝组织主要为板条状贝氏体和少量针状铁素体,粗晶区为粗大贝氏体和少量马氏体;焊缝中含有大量分布均匀的微小球形夹杂物;两种焊接方法所得焊接接头都具有较高力学性能,-50℃的冲击断口形貌为韧窝、准解理混合型;埋弧焊焊缝冲击韧性低于手工电弧焊,手工电弧焊熔合线处冲击吸收功小于埋弧焊,但随距熔合线距离增加其值增加更快.显微组织和夹杂物是影响接头性能的主要因素.

超细晶粒钢及其焊接性

介绍了超细晶粒钢的特点,针对这些特点,讨论了超细晶粒钢的焊接性,其中包括HAZ性能、焊缝性能、HAZ和焊缝的裂纹倾向等。

400MPa级超细晶粒钢的焊接

对超细晶粒钢在焊接热循环作用下晶粒长大和组织、性能变化的规律进行了研究。 40 0MPa级钢由于不存在第II相粒子对晶粒长大的钉扎作用 ,晶粒长大趋势明显 ,焊接热输入越大 ,长大程度越严重。无论是焊接热模拟试件还是焊接接头硬度测试均表明HAZ不存在软化问题 ,接头拉伸试验断在远离热影响区的母材上。HAZ粗晶区有较多的侧板条铁素体 ,但缺口冲击功未显示热影响区的冲机韧性低于母材 。

超低碳贝氏体钢焊接热影响区冲击韧性的研究

用Gleeble1500热模拟机对含铜超低碳贝氏体钢进行不同焊接工艺下热模拟试验。研究了焊接热影响区的组织、性能。探讨了不同t85对钢中贝氏体组织组成及形态的影响以及组织与低温韧性的关系。用径迹显微照相技术(PTA)显示了硼在热影响区的行为。结果表明:在不同焊接条件下,此类钢焊接热影响区均具有较好的低温韧性和较低的韧脆转变温度。当以中等速率冷却时,高温时生成的一定量的粒状贝氏体可有效地分割奥氏体晶粒,使后生成的板条贝氏体更细,从而获得最佳的低温韧性。

铁素体不锈钢焊接热影响区晶粒长大过程模拟

提出一种用 Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏ模拟单相合金的热影响区（ＨＡＺ）晶粒长大方法，可以将焊接实际时间与模拟过程对应起来．应用有限元方法计算出焊接热循环，并结合晶粒长大的Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ公式，模拟了铁素体不锈钢ＥＢ２６－１在一定规范下ＨＡＺ晶粒的演变情况．模拟结果表明，此方法可以预测ＨＡＺ中晶粒的分布以及存在于ＨＡＺ中很陡的温度梯度对晶粒长大的阻碍作用．

超细晶粒钢HAZ晶粒长大的规律

研究了低碳钢、普通市售Ｘ６５钢和高洁净度Ｘ６５钢三种超细晶粒钢焊接ＨＡＺ的晶粒长大倾向。试验结果表明，这些超细晶粒钢都具有严重的晶粒长大倾向；低碳超细晶粒钢比Ｘ６５＄细晶粒钢有更为严重的晶粒长大，这是因为前者不含有能阻碍晶粒长大的稳定碳、氮化物形成元素Ｎｂ和Ｔｉ，而后者中含有这些元素；高洁净度Ｘ６５超细晶粒钢的ＨＡＺ晶粒长大倾向小于普通市售Ｘ６５超细晶粒钢。这是因为钢中杂质元素含量越多，α→γ转变温度越低，即Ａｃ３点越低，在同样的焊接热循环条件下，普通市售Ｘ６５超细晶粒钢中的γ晶粒在高温停留时间就越长，晶粒长大的程度也就越大。

镍基高温合金电子束焊接热影响区微裂纹特征分析

利用金相分析和扫描电镜对镍基高温合金电子束焊接热影响区微裂纹行为进行了分析。研究发现,熔合线附近的热影响区产生大量液化裂纹和沿晶扩展的固相裂纹。液化裂纹起源于MC碳化物的组份液化而形成的晶界连续或半连续的低熔点共晶液化膜,固相裂纹形成的则是高能电子束流的快速瞬态热冲击效应的直接结果。通过改善焊缝成形和提高焊接线能量有助于减小两类热影响区微裂纹倾向。

管线钢焊接临界粗晶区局部脆化现象的研究

采用热模拟方法和现代测试技术研究了两种典型管线钢焊接热影响区的韧度变化规律。结果表明 ,管线钢在多道焊接过程中 ,当二次热循环的峰值温度处于 (α +γ)临界区时 ,热影响区(HAZ)韧度最低 ,表现为临界粗晶区 (IRCGHAZ)局部脆化。引起IRCGHAZ局部脆化的主要原因 ,是在多道焊二次热循环的特定热过程中形成粗大、富碳的M

油、气管线钢的焊接局部脆化及其预防

管线钢在多道焊的２次热循环下形成的临界粗晶区是受焊区的韧性谷区。引起临界粗晶区局部脆化的主要原因，是在多道焊２次热循环的特定热过程中所形成的粗大、富碳的Ｍ—Ａ组元和表现出来的组织遗传现象。采用预备回火焊道处理可消除组织遗传现象；采用补充国火焊道处理可细化Ｍ—Ａ组元，从而消除临界粗晶区局部脆化。

Ti-Nb微合金化高强钢的焊接接头组织和性能

采用混合气体(80%Ar+20%CO2)保护焊,对一种Ti-Nb微合金化控轧控冷高强钢板进行了焊接强度实验研究。通过微观组织特征分析,阐述了焊接接头热影响区(HAZ)的软化行为,综合分析了回火态HAZ的脆化机理。结果表明,随焊接热输入增加,粗晶热影响区(CGHAZ)晶粒长大,内部析出相粒子发生回溶现象,接头强度降低;焊接接头回火态强度有所提高,但随回火温度上升,CGHAZ的冲击韧性严重降低,其原因主要与原始组织遗传及碳化物沿晶界析出有关。