基于Lagrange-Galerkin有限元方法的焊接热循环轻量化求解

焊接热循环的干扰因素多、变化速度快、影响范围广,常需要对其进行即时预测与控制,以保证焊接质量。以焊缝中心温度分布与变化为研究对象,将其简化为一维焊接热循环瞬态热传导问题,并基于Lagrange-Galerkin有限元方法,进行算域离散与插值。开发了一种轻量化的焊接热循环求解算法,研究不同时刻下焊缝中心温度分布曲线与变化曲线的即时变化。以镍基Inconel 718合金2 mm薄板对接接头为例,进行数值模拟实例演算,结果表明计算耗时约0.41~0.72 s,满足数据与轻量化计算的要求。

不同焊接热循环状态隔离层对再焊接环缝组织和性能的影响

核电主设备安全端的质量直接影响整个核电系统的安全,出现缺陷一般采用手工焊局部修复,难以满足第三代核电技术的要求。在“华龙一号”核电主设备安全端修复过程中,首次采取对整个安全端切除并通过全位置凸台熔敷和窄间隙焊接技术对安全端进行了成功修复。通过对再制造过程中不同焊接热循环状态下的隔离层进行模拟试验,发现留存部分原镍基环缝的焊缝性能优于完全去除原镍基环缝的焊缝,并对其进行了力学性能测试、无损检测和金相组织分析。研究结果表明,部分保留原镍基环缝可有效改善焊缝性能,其晶粒更加细小,方向性更加明显。力学性能和液体渗透、超声波探伤等无损检测均未发现相关缺陷。这一发现为核电主设备安全端修复提供了重要参考,进一步推动了核电设备再制造技术的发展。

焊接热循环曲线测试技术的研究进展

焊接热循环曲线的测定一直是研究焊接接头质量的主要途径,曲线本身的优劣性直接影响研究者对组织的进一步研究。因此,本文结合了目前两种方法中较为突出的几种焊接热循环曲线测量手段,总结了几种焊接热循环测量手段的优缺点,并在此基础上对将来焊接热循环曲线测量发展方向进行了展望。

焊接热循环对X80管线钢粗晶区韧性和组织的影响

利用焊接热模拟技术、光学金相、透射电子显微镜和示波冲击韧度试验、断裂韧度试验研究了焊接热循环对X80管线钢粗晶区韧性和组织的影响。试验结果表明,在六种热循环参数下,X80管线钢模拟粗晶区具有不同的显微组织,当焊接热循环参数较小时,以下贝氏体和板条马氏体为主,随着热循环参数的增大,以粒状贝氏体为主,且其中的M—A岛的形态由细短条状转变成大长条状或大块状,分布由晶界转向晶内,同时数量增多,韧性恶化。

800MPa级高强钢焊接粗晶区再热循环的组织转变规律

为了研究800MPa级低合金高强钢焊接粗晶区的组织转变规律,采用热模拟的方法,应用L78RITA相变热膨胀仪模拟了实验用钢的两次焊接热循环过程,对应的焊接线能量约为20kJ/cm。建立了该钢的奥氏体连续加热转变曲线(TTA),并对组织、硬度和热膨胀曲线进行分析,结果显示,实验用钢一次热循环粗晶区组织为板条马氏体和贝氏体,硬度为318HV,当第二次热循环峰值温度(Tp2)为1000℃时,第一次热循环后的组织发生完全重结晶,得到细小的贝氏体组织,硬度下降,当Tp2为900℃时发生部分重结晶,硬度最低(239HV),当Tp2为800℃时,在晶界和晶内相界生成链状分布的M-A组元,而Tp2小于A′c1时发生回火作用,M-A组元分解并析出碳化物。实验用钢的热影响区未出现组织遗传现象,因此为了更准确判断组织转变类型,应结合TTA曲线对焊接热影响区组织转变进行分析。

焊接热循环对HQ130钢热影响区组织及性能的影响

采用模拟焊接热循环的方法，研究了不同峰值温度（Ｔｍ）和８００℃冷却至５００℃时间（ｔ）对ＨＱ１３０钢热影响区（ＨＡＺ）显微组织、硬度、冲击韧性和断口形态的影响。试验结果表明，单次热循环时随着ＨＡＺ中Ｔｍ的降低或ｔ的增加，冲击韧性和硬度相应地降低。在Ｔｍ＝８００℃附近的ＨＡＺ区域出现脆性区，韧性明显较低；Ｔｍ＝７００℃附近出现回火软化区，韧性较高，但硬度明显下降。在焊接生产中应采用多层多道焊并应严格限制焊接热量输入（ｔ应以２０ｓ为下限），以防止或减弱ＨＡＺ软化和脆化现象。

Ti-V-Nb微合金钢第二相粒子在焊接热循环过程中的变化规律

利用萃取复型技术,对Ti-V-Nb微合金钢母材、焊缝及模拟粗晶区中第二相粒子进行了研究。结果表明,母材中的粒子为含有Ti,V,Nb的碳氮化合物复合粒子,其尺寸均在100nm以下;粒子的形状不规则,不同粒子具有不同的成分,焊接过程中,溶池中的碳氮化合物粒子绝大部分发生溶解,溶解到溶池中的Ti通过冶金反应生成TiO,TiO与溶池中的其它脱氧(脱硫)产物结合成尺寸较大的夹杂物;而溶解到溶池中的Nb及V未重新析出。分析表明,TiO位于夹杂物的表面,且其附近一般有MnAl_2O_4相,两者具有相同晶体位向,焊接热循环后,焊接粗晶区中仍保留了较多的粒子,但粒子尺寸显著增大,粒子的形状由母材中的不规则状变为方形,粒子的Ti含量显著提高。

焊接热循环对Ti-V-Nb微合金钢中第二相粒子的影响

利用萃取复型技术，对Ti－V－Nb微合金钢母材及模拟粗晶区中第二相粒子的形态、数量及成分进行了研究。结果表明，经热循环后，母材中形状不规则的第二相粒子变为方形，粒子的数量显著减少、尺寸增大、粒子的成分亦发生显著变化。分析表明，t8/5(800℃至500℃冷却时间)对粒子在热循环过程中的行为特点具有重要的影响，t8/5较小时，热循环过程中粒子发生溶解及长大；t8/5较大时，粒子不仅发生溶解及长大，在冷却过程中还会重新析出一些第二相粒子。

焊接热循环峰值温度对10CrMo910钢硬度的影响

利用自行设计的焊接热循环测试系统,通过分别实时测试两块试板的三个不同位置点在不同焊接参数下的温度信号,研究焊接热循环峰值温度对10CrMo910耐热钢的硬度变化的影响规律.结果表明,焊接热循环峰值温度对10CrMo910耐热钢硬度值影响较大,当峰值温度小于1150℃时,随着峰值温度的增高,硬度值增大;当峰值温度大于1150℃时,随着峰值温度的增高,硬度值反而有所减小.

焊接热循环对SA508-3钢临界粗晶区组织和性能的影响

针对核电设备用SA508-3钢临界粗晶区,采用热模拟技术研究了不预热下焊接热循环对临界粗晶区组织和性能的影响.结果表明,临界粗晶区在原奥氏体晶界上析出了项链状的隐晶马氏体组织,使其性能恶化,是焊接接头中最为薄弱的区域.临界粗晶区在经历峰值温度400~650℃的焊接热循环后,冲击韧性得到明显的改善,此时可以获得良好的强韧性匹配.在SA508-3钢多层多道焊接过程中,通过合理控制层道间焊接热循环条件,可有效改善临界粗晶区组织和性能.

一种用红外热成像仪测定焊接热循环的新方法

由于焊接热循环曲线包含了焊接过程中许多有用信息,如何准确而方便地测定焊接热循环曲线变得尤为重要.为此,采用一种测定焊接热循环的新方法,使用红外热成像仪记录焊接过程,借助其配套的后处理软件,可以方便地测出焊缝和热影响区任意位置处的焊接热循环曲线.测得的热循环曲线与后续ANSYS模拟焊接过程所得热循环曲线吻合很好.相对于其他方法,通过红外热成像仪测定焊接热循环的方法更为方便,测温精度更高,实时性更强.

TiN粒子在焊接热循环过程中的溶解、粗化及再析出行为

采用萃取复型技术 ,对经受焊接热循环不同阶段的试样进行研究 ,分析了TiN粒子在焊接热循环不同阶段的溶解、粗化及再析出行为。结果表明 ,在焊接热循环加热过程的低温阶段 (12 0 0℃以下 ) ,粒子的溶解以粒子的尺寸减小为主要特征 ,粒子数量变化不大。在焊接热循环加热过程的高温阶段 (12 0 0～ 135 0℃ ) ,大量小尺寸粒子消失 ,粒子平均尺寸显著增大。研究发现 ,TiN粒子的溶解存在很大的滞后效应 ,在冷却过程的高温阶段 (135 0～ 130 0℃ ) ,粒子仍继续溶解 ;在冷却过程的低温阶段 (130 0℃以下 ) ,固溶状态的Ti与N结合并沉淀到残留的TiN粒子上 ,使粒子粗化。在焊接热循环过程中 。

焊接热循环对X80管线钢粗晶区组织性能的影响

采用焊接热模拟试验和冲击试验,研究了X80管线钢焊接热循环对粗晶区组织性能的影响。结果表明,当焊接热输入为20 kJ/cm时,其热影响区粗晶区可获得最佳的韧性水平,其原因是产生了多位向分布的针状铁素体,它可作为X80管线钢埋弧焊的推荐焊接规范。在较高的焊接热输入下,X80管线钢的韧性降低,此时已开始出现对韧性构成损害的铁素体和珠光体。

7050铝合金FSW焊接热循环及其对热影响区性能的影响

对不同焊接速度下7050铝合金搅拌摩擦焊焊接热循环进行了测量,并通过硬度测试、光学显微分析和TEM分析研究了焊接热循环对热影响区组织和性能的影响。结果表明,焊缝同一垂线上的各点温度在焊具移动到该垂线时同时达到峰值,后退侧温度高于前进侧约20℃。焊接速度越低,峰值温度越高,高温停留时间越长。旋转速度600r/min,焊接速度100mm/min时,焊缝中心峰值温度可达458℃。焊接热循环通过改变强化相的尺寸和分布来影响热影响区性能。

焊接热循环对X52超细晶粒钢组织与性能的影响

研究了 X5 2超细晶粒钢热影响区的组织和性能 ,发现焊接热循环曲线对其有重要影响。综合考虑 HAZ的组织、性能和接头的质量 ,最佳的 t8/ 5 应控制在 5～ 10 s之间。

焊接热循环过程的在线模拟与应用

基于对焊接热影响区性能研究的必要性,以Windows XP系统为背景,应用LabVIEW 8.2和STEP 7进行编程,自主研发出焊接热循环计算机软件,该软件已成功嵌入东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室自主研发的MMS系列热力模拟实验机.利用该软件能够实现焊接热循环过程的在线模拟,定量地反映与描述影响各热循环参数的主要因素及其相互关系.通过采集焊接热循环曲线和试样的组织形貌分析,完成峰值温度等参数对焊接热影响区组织性能影响的实验研究,实现焊接热循环过程在线模拟的应用价值.

基于SYS WELD的运行管道在役焊接热循环数值模拟

采用焊接过程数值模拟软件SYSWELD建立模型,以水为运行介质,对X70管道在役焊接粗晶区的热循环进行了数值模拟,探讨了介质流速、管道壁厚和焊接热输入等因素对在役焊接热循环的影响规律,并对数值模拟结果进行了验证。结果表明,在役焊接粗晶区t8/5值随着水流速度的增大而减小,但减小的幅度不大;当流速小于0.5 m/s时,t8/3和t8/1随流速的增大而大幅减小,当流速大于0.5 m/s时,t8/3和t8/1随流速增大而缓慢减小。t8/5和t8/3均随着管道壁厚的增加而先增大后减小,在壁厚为8 mm时达到最大值;t8/1随着壁厚的增加而逐渐增大。随着焊接热输入的增加,t8/5,t8/3和t8/1均增大。焊接热循环计算结果和实测结果吻合较好,相对误差小于8%。

10CrMo910钢焊缝焊接热循环的实时检测

针对10CrMo910钢焊后焊缝及近缝区常出现硬化和冷裂纹等问题,结合生产实际,采用合适的焊接工艺,对10CrMo910钢进行了成功焊接.焊接过程中将热电偶直接埋在焊缝里,实现了焊缝焊接热循环曲线的实时检测.检测到的热循环峰值温度最高为1 701℃,较以往焊接热影响区热循环的研究结果提高了401℃.焊后的焊缝金属以不同的方式冷却,获得了10CrMo910钢油冷、空冷和砂冷后焊缝金属的焊接热循环曲线.

热循环对Q890钢焊接热影响不同区域组织及性能的影响

采用热模拟技术和冲击试验研究经不同峰值温度热循环后Q890钢焊接热影响区的粗晶区、细晶区、不完全相变区和临界粗晶区的组织和韧性的变化规律.结果表明,细晶区冲击吸收功高达222.7 J,具有良好的冲击韧性;而粗晶区、临界区及临界粗晶区冲击吸收功分别为低至56、35.7和16.3 J;分析认为临界区和临界粗晶区中MA组元主要沿晶界分布造成晶界弱化,晶界处应力集中形成微裂纹,降低其冲击韧性.细晶区中由于原奥氏体晶粒细化,并且大角度晶界取向角θ,在15°<θ<45°范围内的百分比最高为25.7%,能够提高冲击韧性.

焊接热循环计算机软件的研制和应用

成功研制出焊接热循环计算机软件.该软件以实测和经典的数学模型为基础,应用LabVIEW7.1进行编程;运用合适的编程策略,方便、快捷地绘制焊接热循环曲线,进而定量地反映与描述影响各热循环参数的主要因素及其相互关系.软件共包含7种焊接方法,每种焊接方法都以相应的数学模型为基础,各种数学模型依据自身特点应用于各个领域.该软件最多支持10道次焊接热循环模拟,操作界面简单易行.该软件凭借其稳定性、可靠性、快捷方便性,应用于国产MMS-200热力模拟实验机.