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热输入对Inconel 617镍基高温合金激光焊接接头显微组织与力学性能的影响

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材料工程 2023年第1期51卷 113-121页

作者：程昊周炼刚刘健王宇宁仝凌云都东航天材料及工艺研究所北京100076 清华大学机械工程系北京100084 中国航发北京航空材料研究院北京100095

采用两种热输入不同的焊接工艺参数对3 mm壁厚的Inconel 617镍基高温合金进行激光焊接。通过光学显微镜和扫描电子显微镜对焊接接头显微组织进行观察分析,并测试了焊接接头在室温(25℃)及高温(900℃)下的拉伸性能。结果表明:激光焊接热... 详细信息

采用两种热输入不同的焊接工艺参数对3 mm壁厚的Inconel 617镍基高温合金进行激光焊接。通过光学显微镜和扫描电子显微镜对焊接接头显微组织进行观察分析,并测试了焊接接头在室温(25℃)及高温(900℃)下的拉伸性能。结果表明:激光焊接热输入对Inconel 617焊接接头显微组织及力学性能影响明显。在高热输入(200 J/mm)条件下,焊缝正面宽度3.88 mm,熔化区中部晶粒尺寸粗大,取向杂乱,树枝晶二次枝晶间距较大(6.71μm),枝晶间碳化物颗粒尺寸较为粗大,枝晶间Mo,Cr等合金元素的凝固偏析较为严重。焊接接头热影响区宽度约0.29 mm,在晶界和晶内形成了γ+碳化物共晶组织,这是由于焊接升温过程中,热影响区内球状碳化物颗粒与周边奥氏体发生组分液化,并在焊后凝固过程中形成共晶。低热输入(90 J/mm)工艺参数获得的焊缝正面宽度为2.28 mm,焊缝呈沿熔合线母材外延生长并沿热流方向定向凝固形成的柱状晶形态。焊缝中部树枝晶二次枝晶间距较小(2.26μm),枝晶间碳化物颗粒尺寸细小,热影响区宽度约0.15 mm。室温(25℃)拉伸测试表明:高热输入下获得的焊接接头由于焊缝中固溶元素偏析造成的局部组织弱化,从焊缝中部破坏,强度与伸长率有所降低,低热输入条件下获得的焊接接头从母材破坏。而高温实验条件下(900℃),母材晶界发生弱化导致所有试样均从母材破坏。

关键词：镍基高温合金激光焊接热输入显微组织力学性能

强制冷却对IC10合金激光熔覆组织与硬度的影响

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焊接学报 2018年第3期39卷 31-35页

作者：杨硕常保华邢彬都东清华大学摩擦学国家重点试验室北京100084

为实现IC10定向凝固高温合金高效、高质量的激光熔覆,开发了通水冷却装置实现激光熔覆过程中的强制冷却,研究了不同冷却条件对激光熔覆层定向凝固组织生长和硬度的影响.结果表明,相较于无冷却条件,在同样激光熔覆工艺参数下采用强制冷... 详细信息

为实现IC10定向凝固高温合金高效、高质量的激光熔覆,开发了通水冷却装置实现激光熔覆过程中的强制冷却,研究了不同冷却条件对激光熔覆层定向凝固组织生长和硬度的影响.结果表明,相较于无冷却条件,在同样激光熔覆工艺参数下采用强制冷却进行激光熔覆会改变熔覆层形貌,并提高柱状晶在熔覆层中的体积分数,有助于得到更多定向连续生长的柱状晶.此外,强制冷却对于熔覆层各区域硬度无明显影响,但由于强制冷却条件下熔覆层中柱状晶增多,因此高硬度区域增大.

关键词：激光熔覆高温合金强制冷却柱状晶显微硬度

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锻压力对铝合金点焊接头疲劳行为的影响

焊接学报 2005年第8期26卷 5-8页

作者：常保华都东岁波清华大学机械工程系

采用试验和有限元分析相结合的方法,考察了锻压力对铝合金电阻点焊接头中残余应力和接头疲劳行为的影响。结果表明,采用锻压力显著降低了熔核边缘外部热影响区中的残余应力,疲劳裂纹不再从热影响区中萌生,而是全部从熔核边缘处开始;残... 详细信息

采用试验和有限元分析相结合的方法,考察了锻压力对铝合金电阻点焊接头中残余应力和接头疲劳行为的影响。结果表明,采用锻压力显著降低了熔核边缘外部热影响区中的残余应力,疲劳裂纹不再从热影响区中萌生,而是全部从熔核边缘处开始;残余应力的降低使得疲劳裂纹扩展的驱动力减小,接头的疲劳强度提高。

关键词：电阻点焊铝合金残余应力疲劳行为锻压力

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C/C复合材料钎焊接头应力场的有限元分析

材料导报 2023年第1期37卷 217-221页

作者：李胜男路全彬都东孙华为周许升龙伟民清华大学机械工程系中国石油集团工程材料研究院有限公司石油管材及装备材料服役行为与结构安全国家重点实验室郑州机械研究所有限公司新型钎焊材料与技术国家重点实验室中国机械总院集团宁波智能机床研究院有限公司

异种材料钎焊接头中的残余应力是接头连接质量低的主要原因之一。本工作基于热-弹-塑性理论，以Abaqus有限元软件为平台，采用数值模拟计算的方法，研究C/C-C/C、C/C-TiAl同种及异种材料钎焊接头残余应力状态，揭示应力分布对接头连接... 详细信息

异种材料钎焊接头中的残余应力是接头连接质量低的主要原因之一。本工作基于热-弹-塑性理论，以Abaqus有限元软件为平台，采用数值模拟计算的方法，研究C/C-C/C、C/C-TiAl同种及异种材料钎焊接头残余应力状态，揭示应力分布对接头连接性能的影响。结果表明：不同钎焊接头中，等效应力大小和分布状态不同。同种材料接头中应力集中分布在钎缝和C/C复合材料钎焊面棱角处，从外向内逐渐减小；异种材料接头中，应力集中在靠近钎缝区域的C/C复合材料上，从内向外逐渐减小。影响接头性能的应力主要为钎缝轴向正应力和垂直于轴向的切应力。同种材料接头中残余应力较小，C/C复合材料受轴向拉应力几乎为零，影响其连接性能的主要是切应力。异种材料接头中残余应力较高，C/C复合材料中最大轴向拉应力分布在棱角位置，最大切应力分布在钎焊面内部。

关键词： C/C复合材料异种材料钎焊接头有限元模拟残余应力

工艺参数对IC10高温合金激光熔覆层形貌的影响

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焊接学报 2015年第7期36卷 88-92,117页

作者：邢彬常保华都东清华大学摩擦学国家重点实验室北京100084

分析了IC10高温合金的激光熔覆工艺.包括工艺参数对宽度、深度、高度的影响规律以及热输入对熔覆层宏观形貌的影响规律,最后设计正交试验并利用极差分析确定了影响熔覆层宏观形貌的关键因素.结果表明,试验条件下合适的热输入范围为490.2... 详细信息

分析了IC10高温合金的激光熔覆工艺.包括工艺参数对宽度、深度、高度的影响规律以及热输入对熔覆层宏观形貌的影响规律,最后设计正交试验并利用极差分析确定了影响熔覆层宏观形貌的关键因素.结果表明,试验条件下合适的热输入范围为490.2~888.9 k J/m2.热输入太低时基体与熔覆层之间存在未熔合;热输入太高时易形成气孔缺陷.对宽度影响最大的是激光功率,其次是离焦量,最后是扫描速率;影响深度的因素从大到小依次为离焦量、激光功率、扫描速率;激光功率、扫描速率、离焦量对高度的影响无显著差别.

关键词：高温合金激光熔覆工艺参数热输入极差分析

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铝合金电阻点焊中电极点蚀对焊接质量的影响

机械工程学报 2004年第5期40卷 62-66页

作者：常保华都东 ZhouYNorman LumIvan 清华大学机械工程系北京100084 University of Waterloo 200 University Avenue WestWaterlooOntarioN2L 3GlCanada

采用有限元和物理模拟方法,考察了铝合金AA5182电阻点焊过程中电极点蚀对焊接质量的影响。结果表明:当电极尖端点蚀面积增加时,电极与试件界面上的实际接触面积基本不变,而试件与试件界面上的接触面积显著增加,电流密度大大减小,形成熔... 详细信息

采用有限元和物理模拟方法,考察了铝合金AA5182电阻点焊过程中电极点蚀对焊接质量的影响。结果表明:当电极尖端点蚀面积增加时,电极与试件界面上的实际接触面积基本不变,而试件与试件界面上的接触面积显著增加,电流密度大大减小,形成熔核的厚度和直径都减小。物理模拟试验所得熔核的形状和尺寸与有限元法预测结果符合很好。物理模拟和数值模拟都表明,点蚀孔直径为5.0mm时,只能形成厚度十分有限的环状熔核。研究揭示:电极尖端点蚀导致被连接试件之间的接触面积增大是其影响焊接质量的主要原因之一。

关键词：电阻点焊电极点蚀有限元模拟铝合金

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铝合金电阻点焊过程的有限元模拟

焊接学报 2004年第2期25卷 19-22页

作者：常保华都东 Zhou Y. 清华大学机械工程系北京100084 Department of Mechanical Engineering University of Waterloo WaterlooOntario N2L3G1Canada

建立了铝合金电阻点焊过程的有限元分析模型,采用基于显微接触理论的接触电阻模型模拟点焊过程中试件与试件界面上的接触电阻。计算获得了焊接过程中电极/试件和试件/试件接触界面上接触半径的变化,以及试件间界面上压应力、电流密度和... 详细信息

建立了铝合金电阻点焊过程的有限元分析模型,采用基于显微接触理论的接触电阻模型模拟点焊过程中试件与试件界面上的接触电阻。计算获得了焊接过程中电极/试件和试件/试件接触界面上接触半径的变化,以及试件间界面上压应力、电流密度和温度的分布。试验考察了熔核的形成和长大过程。比较表明,计算与试验测量结果符合很好,证实了所采用的接触电阻模型在铝合金电阻点焊模拟中的正确性和适用性。

关键词：电阻点焊铝合金有限元接触电阻显微接触理论

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基于小偏差模型预测的车道保持辅助控制

清华大学学报（自然科学版） 2015年第10期55卷 1087-1092页

作者：柳长春都东潘际銮清华大学机械工程系北京100084

车道保持辅助系统需要在保证安全性的同时适应驾驶员习惯,避免不必要的干预。该文通过在线构建人-车系统的小偏差模型,基于模型预测控制理论,设计了车道保持辅助控制策略。控制器通过在线求解二次规划问题,获得矫正转向角,帮助驾驶员避... 详细信息

车道保持辅助系统需要在保证安全性的同时适应驾驶员习惯,避免不必要的干预。该文通过在线构建人-车系统的小偏差模型,基于模型预测控制理论,设计了车道保持辅助控制策略。控制器通过在线求解二次规划问题,获得矫正转向角,帮助驾驶员避免无意的车道偏离。根据车辆当前状态,计算名义预测轨迹。通过将非线性人-车模型围绕名义轨迹逐次线性化,在线获取人-车系统小偏差模型。通过对系统安全性和驾驶员适应性指标的量化设计,得到相应的目标函数和I/O约束,建立了滚动时域优化问题。仿真实验演示了该控制器探测车道偏离危险和转向矫正的过程。真实场景下的实车实验表明:该系统具有避免车道偏离、适应驾驶员习惯、避免不必要干预的能力。

关键词：车道保持模型预测控制小偏差模型驾驶员辅助系统

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引线键合中材料参数对硅基板应力状态的影响

焊接学报 2012年第3期33卷 13-16,113页

作者：姜威常保华都东黄华周运鸿清华大学先进成形制造教育部重点实验室北京100084 滑铁卢大学机电工程系

利用"热—力—超声"增量耦合有限元模型,对采用不同引线(金,铜)以及采用铜引线在不同银镀层厚度(48,1,6μm)条件下的键合过程进行了模拟.结果表明,在其它条件不变的情况下,金引线键合过程对硅基板内应力状态的影响远小于铜引线,且应力... 详细信息

利用"热—力—超声"增量耦合有限元模型,对采用不同引线(金,铜)以及采用铜引线在不同银镀层厚度(48,1,6μm)条件下的键合过程进行了模拟.结果表明,在其它条件不变的情况下,金引线键合过程对硅基板内应力状态的影响远小于铜引线,且应力集中的位置更接近键合中心;随着镀层厚度的增加,基板所受到的压应力逐渐减小,但基板所受到的最大压应力在硅的抗压力范围之内;同时基板所受到的剪应力也逐渐减小,由于剪应力是硅基板损坏的决定性因素,因此采用厚度为16μm的镀层对减小基板损坏更有利.

关键词：引线键合应力状态有限元法基板损坏