铝合金焊接热力耦合及凝固热裂纹敏感性分析

基于热传导方程及热弹性力学理论,建立了铝合金焊接热力耦合模型及有限元求解方法,利用红外线热成像仪实测温度场结果来修正高斯热源模型参数,确定了给定焊接参数的高斯热源模型。将温度场计算结果作为焊接热力计算的输入条件,得到焊接过程热冲击作用下的焊接结构应力应变场。通过计算分析,获得了给定焊接参数的铝合金结构在凝固裂纹敏感温度区间内的应力应变分布规律,并结合裂纹驱动力曲线,分析了不同焊接速度及电流下的凝固热裂纹倾向性。研究结论可以为进一步分析铝合金焊接热裂纹热力学特性提供参考。

基于在线观察的激光焊接凝固热裂纹敏感性研究

激光焊接过程中较快的冷却速度可能会加剧凝固热裂纹的发生。目前对于激光焊接过程中凝固热裂纹敏感性的系统研究还较少,如何准确测量焊接凝固热裂纹发生的临界应变和温度是获得热裂纹敏感性数据的关键。利用基于高速高倍在线摄像的U型热裂纹实验,捕捉到激光焊接过程中凝固热裂纹发生的瞬间,并通过跟踪测量热裂纹尖端附近两点的位移变化获得凝固热裂纹发生的临界应变;同时,在焊接过程中采用在线观察热电偶投入法对焊接熔池后端的温度变化进行了测量。通过改变U型热裂纹实验的拉伸载荷,获得不同温度下热裂纹发生时的临界应变,从而构建表征凝固热裂纹敏感性的韧性曲线。

环形结构激光焊接凝固热裂纹的实验研究和数值模拟

以激光焊接平面环形结构时,在首尾段重叠焊接部分发生的凝固热裂纹为例,采用实验和数值模拟相结合的手段,从冶金和力学2个方面综合研究了环形焊缝凝固热裂纹的发生机理.对凝固热裂纹附近的微观组织进行观察,并用电子背散射衍射对裂纹附近晶粒尺寸进行测量,发现重叠焊缝中心部位晶粒粗大,而粗大晶粒导致焊缝金属凝固时韧性下降.利用有限元数值模拟对平面环形结构激光焊接过程的温度场和应变场进行计算,与单道焊接相比,重叠焊接的焊缝金属在凝固温度区间内冷却速率较低,应变随温度的变化速率较低,产生热裂纹的力学驱动力相应较弱.因此,重叠焊接部分晶粒粗大化导致的低韧性是平面环形激光焊缝凝固热裂纹发生的主要原因.

焊接凝固热裂纹声发射检测技术关键问题

高速焊接技术在造船、石油化工、电力、冶金、汽车等领域应用越来越广泛,焊接凝固过程易产生热裂纹,现有焊接热裂纹检测主要依靠焊后检验,不能为焊接凝固热裂纹的抑制提供在线、准确的关键信息.阐述声发射检测技术应用于高速焊接凝固热裂纹的在线检测的主要特点和难点,分别综述和分析了声发射动力学模型,复杂噪声背景下声发射信号微弱特征信息提取及热裂纹状态智能识别的国内外研究进展,指出声发射技术应用于焊接凝固热裂纹检测面临的关键问题,并讨论解决这些关键问题的途径.

激光焊接过程中残留液体金属的高速高倍在线观察

采用高速摄像机和光学显微镜构成的摄像装置对激光焊接熔池后端的凝固行为进行高速高倍摄像,详细记录了柱状晶从液态熔池后部析出过程以及残留在已析出柱状晶周围的液体金属的凝固行为.采用液体Sn急冷将焊接过程中正在凝固的焊缝金属冷冻保存到室温,并与高速高倍摄像观察到的熔池后端的凝固行为进行了对比分析.对3种奥氏体不锈钢材料焊缝凝固过程中残留液体金属的存在范围进行了观察和比较.在线观察到的残留液体金属是焊缝金属凝固过程中固/液相共存区间的初始部分,即与熔池相连的较多的液体金属.针对3种不锈钢材料在线观察到的残留液体金属的存在范围与热裂纹实验获得的热裂纹敏感性有较好的对应关系,为发展一种通过在线观察判断材料凝固热裂纹敏感性的方法提供了实验依据.