基于SYSWELD的在役焊接径向变形数值模拟

采用焊接模拟软件SYSWELD研究壁厚、管径及熔池尺寸等因素对天然气管道在役焊接径向变形的影响。结果表明:发生烧穿的临界瞬时最大变形有时间效应;发生临界变形的时间随着壁厚的增大而增加,径向变形量减小;随着管径增加,径向变形量在同壁厚下逐渐增大;壁厚为4.5 mm时,小管径管道易达到临界变形量;壁厚为6 mm时,管径的增大降低了临界变形发生的可能性;当壁厚为7.5 mm,管径由254 mm增大到508 mm时,发生临界变形的可能性减小,而管径在508~1016 mm时,管径的增大增加了临界变形发生的可能性;内壁点的径向变形随着热源的靠近而增大,随着壁厚的增大而减小,但当壁厚增大到6 mm后,壁厚的增大对其不再有显著影响;熔池尺寸影响焊接修复同时刻时的径向变形量,达到临界变形量的时间与熔池尺寸成反比,表现出明显的熔池尺寸效应。     

基于红外温度场的焊接质量在线检测方法

利用红外热成像实时无损检测技术对TIG焊接过程中焊缝可能出现的缺陷进行实时检测,以及对工艺参数进行实时监测和优化.红外测温是一种潜在的无损检测技术,它可以有效地用于结构完整性检测和缺陷分析,评价在不同焊接工艺参数条件下的焊接质量.缺陷部位使被检测表面产生温差,在热作用下会在表面产生不同的能量分布,可通过信号处理,热图像的解析,判断缺陷的类型和位置.夹渣和焊缝偏移处红外热成像图上呈现出明显不同的温度分布.当焊接速度由0.4m/min降到0.24m/min时,红外热图像颜色变浅,焊缝的熔池宽度变大.当钨极高度增加,电压增大,电弧分布半径增大,熔池深度略有减小而熔池宽度增大.进一步验证了焊接参数的变化对温度场分布和熔池宽度的影响,并对缺陷进行了实时定性检测.     

含缺陷管道剩余强度和剩余寿命的研究

结合某采油厂实际数据,借助ANSYS软件平台建立了平底方形缺陷、椭圆平底缺陷、圆柱平底缺陷3种腐蚀缺陷,分别研究了其长度、宽度、深度、压力等因素对其剩余强度的影响,并对其进行寿命预测.结果表明,3种缺陷的几何尺寸对等效应力均存在临界值;在几何尺寸相同情况下,3种缺陷等效应力均随内压的增加而增大,平底椭圆形缺陷危害形最小,平底方形缺陷危害性最大.所得结论对于腐蚀管道的安全评价有一定的指导意义.     

附加补偿气体射流冲击熔池方法对不锈钢脉冲MIG高速焊的影响

为提高不锈钢焊接速度并抑制驼峰焊道及咬边缺陷,文中提出人为干预焊后熔池运动的新思路,并通过引入补偿气体射流对高温未凝固熔池进行冲击,实现对不锈钢脉冲MIG焊(熔化极惰性气体保护焊)熔池进行人为干预而达到改善焊缝成形的目的.该方法利用自制的脉冲MIG焊接熔池补偿气体射流试验平台,以304不锈钢为焊接工件,进行等线能量输入条件下不同焊接速度和不同补偿气体射流流量试验.结果表明,补偿气体射流方法可使焊接速度提高2倍以上,焊缝平直、均匀、美观,无驼峰焊道和咬边缺陷;焊缝截面分析表明,该方法对驼峰部位堆积的液态金属调节率达78.63%,使焊接过程力热效率提升达74.36%.     

电站锅炉汽包焊接缺陷的安全评定

针对某电站在役锅炉汽包焊接缺陷,采用我国“在役含缺陷压力容器安全评定规程(SAPV)”和英国“含缺陷结构完整性评定标准(简称R6)”的新版失效评定曲线,对其进行了安全评定。评定结果表明,Lr<0.8,aM2相似文献   

气体熔池耦合活性TIG焊电弧传热传质过程的数值分析

针对气体熔池耦合活性TIG焊电弧,建立焊接电弧传热传质过程的数学模型.采用简化阴极边界层模型对阴极与电弧耦合求解,计算得到气体熔池耦合活性TIG电弧等离子的温度、氧气分布、等离子体流速、电势和电流密度等特征参数,并与传统TIG电弧进行对比.结果表明:氧气主要分布在电弧外围,只有少量进入电弧内部;与TIG电弧相比,相同焊接参数下气体熔池耦合活性TIG焊电弧温度上升,等离子体流速增大,电弧略有收缩,阳极表面电流密度、热流密度与电弧压力峰值均增大.     

双辊铸轧超高强铝合金有限元数值模拟

采用有限元法对双辊铸轧7075和7050铝合金的工艺过程进行了数值模拟,研究了合金成分和铸轧速度对铸轧熔池内温度场、流场和凝固场的影响规律。结果表明,在同一铸轧速度条件下,随着合金的等效比热增大,合金在铸轧熔池内的温度梯度随之减小,凝固速率减慢;对于同一种合金,随着铸轧速度增加,合金的速度梯度随之增大,熔池内所形成漩涡的位置下降。模拟结果为下一步的铸轧实验提供了理论依据。     

双辊铸轧超高强铝合金有限元数值模拟

采用有限元法对双辊铸轧7075和7050铝合金的工艺过程进行了数值模拟,研究了合金成分和铸轧速度对铸轧熔池内温度场、流场和凝固场的影响规律。结果表明,在同一铸轧速度条件下,随着合金的等效比热增大,合金在铸轧熔池内的温度梯度随之减小,凝固速率减慢;对于同一种合金,随着铸轧速度增加,合金的速度梯度随之增大,熔池内所形成漩涡的位置下降。模拟结果为下一步的铸轧实验提供了理论依据。     

瓦斯燃烧器回流区数值模拟研究

采用k ε湍流模型、三气体扩散燃烧模型和综合辐射模型 ,利用PHOENICS软件对瓦斯燃烧器湍流扩散火焰中心回流区进行了较详细的数值计算。计算结果表明 ,在强旋流条件下 ,回流区尺寸随旋流数增加而增大 ,受风压和热负荷影响较小。可以适当增加助燃空气压力来提高燃烧强度 ,调节燃烧负荷来适应加热要求 ,或增大旋流数来提高燃烧器的稳定性和操作弹性     

瓦斯燃烧器回流区数值模拟研究

采用kε湍流模型,三气体扩散燃烧模型和综合辐射模型,利用PHOENICS软件对瓦斯燃烧器湍流扩散火焰中心回流区进行了较详细的数值计算,计算结果表明,在强旋流条件下,回流区尺寸随旋流数增加而增大,受风压和热负荷影响较小,可以适当增加助燃空气压力来提高燃烧强度,调节燃烧负荷来适应加热要求,或增大旋流数来提高燃烧器的稳定性和操作弹性。     

焊接熔池正面几何参数和背面熔宽的数据提取方法

不论熔透控制还是焊缝跟踪，都需要实时或离线提取焊接熔池正面或反面的几何参数．在小电流脉冲TIG焊接试验条件下，为了获得训练焊缝熔透神经网络模型的大量数据，提出了一套方法，包括用于实时提取焊接熔池正面几何参数的算法和离线提取焊缝背面熔宽的摄影测量法，并采用C 语言开发了相应的软件．试验证明，该方法是可行的．     

焊接工艺对镍基焊缝气孔的影响

针对镍基合金钨极氩弧焊焊缝中气孔形成的影响因素,采用高速摄像机、光学显微镜获得了气孔在熔池及焊缝中的形态及分布特征照片,研究了油污、送丝速度、保护气体和焊接电流等参数对熔池气泡的影响。结果表明：采用钨极氩弧焊对镍基合金焊接时,熔池表面有少量的气泡逸出,证明了焊缝金属中气孔源的存在;显微组织观察发现,有未及时逸出的气泡残留其中,但是利用UT,RT探伤手段无法检测出该类缺陷的存在;送丝速度和焊丝油污对焊缝金属中气孔的形成有明显的影响;适当调整其他焊接工艺参数对气孔影响均不显著。     

脉冲激光填丝焊接薄板熔池流动行为分析

本文使用VOF方法对熔池自由表面进行追踪,将焊丝简化为熔滴,建立了脉冲激光填丝焊接薄板三维数值模型,揭示了脉冲激光填丝焊接0.5 mm厚Hastelloy C-276薄板熔池流动行为,通过焊缝余高尺寸及熔合线形貌验证了模型的可靠性.结果表明,熔滴作用前,熔池上表面区域主要存在由表面张力导致的熔池边缘向熔池中心的流动,最大速度出现在熔池中部且指向熔池下表面,达到了m/s量级;在熔池下表面区域的流动形式是表面张力及熔池中心流动共同作用的结果,在下部形成两个方向相同的涡流;焊丝的熔入对熔池流场有显著的影响,熔滴对熔池的冲击作用改变了熔池原有的对流方向,使表面张力主导的熔池对流特征消失;熔滴熔入过程中熔池最大速度出现在熔滴熔入位置,约为1.74 m/s.在熔滴冲击与熔池表面张力联合作用下,熔池表现出振荡特性,随后熔池内流动再次回到由表面张力驱动的对流形式.激光脉冲结束后,熔池下部固液界面继续向母材区域扩展约3-4 ms,这种现象与激光的脉冲作用、熔池内的流动及Hastelloy C-276的物性参数有关.     

双丝GMAW焊熔滴过渡对焊缝形状影响的研究

双丝共熔池GMAW(twin-wire co-pool gas shielded metal arc welding, TCGMAW)熔滴过渡对焊缝成形的影响体现在对熔池的作用上,熔滴对熔池的作用在于向熔池传输能量、动量和质量,最终会影响到焊缝的成形和质量。本文根据高速摄影结果,建立双丝GMAW焊接熔滴过渡的运动轨迹,从理论上分析了熔滴过渡的特点,并根据分析结果建立了贴体坐标系下熔滴带入熔池的热量和动量的数学模型,研究了熔池各个表面上的动量和能量边界条件, 在此基础上进行了焊缝形状的数值模拟,并与实验结果进行了对比分析。结果表明,建立的数学模型是可行的,与实际的试验结果比较吻合。     

不锈钢薄板大功率激光点焊温度与应力特性研究

以0.5 mm厚的304不锈钢薄板为研究对象,采用热-结构间接耦合法,获取其在3 000 W功率光纤激光器点焊加工过程中温度场和应力场的分布特点及变化特性.在温度场模拟过程中采用修正的锥形热源模型,并将模拟得到的焊点形状与实验得到的形状进行对比.结果显示:运用该修正热源模拟得到的温度场分布特点与实际加工过程相吻合; 模拟得到熔池的凝固速度均在4 000 K·s^-1以上,属于远离平衡态的快速凝固; 在焊接过程中,计算域的最大等效应力均分布在夹具位置,且在熔池周围出现环状的高应力区.     

磁控带极电渣堆焊熔池行为的研究

本文针对带极电渣堆焊熔池体积大的特点,利用焊前在试板的纵、横向镶嵌铜条,焊后检测铜质点在堆敷金属中分布的方法,结合熔池温度的测定,研究了带极电渣堆焊的熔池行为。结果表明,熔池表面和底部的温度都低于电弧焊,这是造成低稀释率的根本原因;熔池内熔融金属流动速度的分布是由熔池温度分布决定的;熔池在外磁场力的作用下,当磁控电流增大或磁棒与带极距离增大时,焊道宽度增大,表面平整,咬边被消除。     

大型空泡水洞试验设施结构有限元分析

大型空泡水洞试验设施是目前中国规模最大的水洞系统,为评估其整体结构强度和抗震设计安全性,对空泡水洞结构进行三维有限元数值分析,考虑正常工作工况和地震载荷作用极限工况下的结构刚强度,基于振型分解反应谱法计算了地震惯性加速度载荷,并对结构地震位移响应进行校核。结果表明：空泡水洞的结构变形在正常工作工况主要表现为水洞内壁的膨胀变形,在极限工况下主要表现为由地震载荷引起的水洞顶部水平位移;空泡水洞高应力区域主要位于结构角隅处的筒壁和加强筋。这对中国自主研发大型空泡水洞具有重要的借鉴意义。     

一种弧焊机器人熔池图像的快速标定方法

为了获得弧焊机器人焊接过程中熔池的几何尺寸,须在焊接过程中采用摄像机采集熔池图像,并完成系统的标定.将摄像机模型考虑为理想针孔透视模型,采用固定角度和高度对熔池图像进行采集,使标定模型参数缩减至8个,和传统标定方法相比,大大降低了计算量.采用同一平面4个目标点进行了系统标定和实验,理论和实际熔宽平均误差为0.031 mm,因此应用该方法对弧焊机器人熔池图像进行标定是可行的.     

防辐射驾驶舱屏蔽层支撑座的结构分析与优化

由于增加屏蔽层后的防辐射驾驶舱较之原来驾驶舱增重了5.5 T,故有必要对支撑座的强度进行分析与校核.本文运用ANSYS Workbench对挖掘机驾驶舱屏蔽层的支撑座进行结构静力分析,得到支撑座在5.5 T载荷下的等效应力、变形等分布情况.通过目标驱动优化模块,在满足工况条件下对支撑座截面厚度尺寸进行优化,为支撑座设计提供了依据.     

基于由阴影恢复形状法的焊接熔池表面高度获取

在Lee-Kuo通用反射图模型的基础上,提出了变因子反射图方程求解方法,采用超松弛方法从实际成像条件下的合成图像中计算出球面的高度.分析了焊接过程中的成像特点,得到了铝合金焊接熔池表面的反射图模型,并针对焊接熔池边缘不光滑特点,提出了实际表面光滑约束条件,计算了铝合金非熔化极气体保护焊(GTAW)熔池表面高度.结果表明,计算结果能够反映熔池的下塌趋势.