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激光宽带加工数值模拟中的热源模型

材料热处理学报 2007年第6期28卷 156-160页

作者：占焕校王勇韩涛李同道中国石油大学(华东)机电工程学院材料系山东东营257061

针对宽带激光表面强化过程,建立了激光宽带热源理论模型。基于有限元软件SYSWELD进行了激光熔凝数值模拟,将模拟计算得到的光斑作用区形貌尺度、三维瞬态温度场分布和热循环曲线进行了对比与分析。42CrMo板材表面激光宽带熔凝的试验验... 详细信息

针对宽带激光表面强化过程,建立了激光宽带热源理论模型。基于有限元软件SYSWELD进行了激光熔凝数值模拟,将模拟计算得到的光斑作用区形貌尺度、三维瞬态温度场分布和热循环曲线进行了对比与分析。42CrMo板材表面激光宽带熔凝的试验验证表明,宽带热源模型得到的热源光斑及"平底锅"状熔凝区截面与实际相符合,熔凝区截面尺寸和试验结果一致,可以获得沿激光扫描方向合理的瞬态熔池分布,试验测定的热循环曲线与模拟值逼近。激光光斑辐照作用使得工件表面经历了一个急剧加热、快速冷却的过程,同已有的其它热源模型相比较,使用宽带热源模型计算得到结果更符合实际,可以准确地模拟激光宽带加工过程。

关键词：热源模型激光熔凝热循环有限元

搭接率对CK45钢激光熔凝硬度及应力分布的影响

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中国石油大学学报（自然科学版） 2007年第6期31卷 152-155页

作者：李同道韩涛占焕校王勇中国石油大学机电工程学院山东东营257061

采用大型有限元仿真软件SYSWELD,利用自建的宽带热源模型,对CK45钢表面激光熔凝处理过程进行了不同搭接率下的二维数值分析计算,考察了不同搭接率对材料熔凝区的硬度场、应力场等的影响。模拟计算结果表明,自建的宽带热源模型符合宽带... 详细信息

采用大型有限元仿真软件SYSWELD,利用自建的宽带热源模型,对CK45钢表面激光熔凝处理过程进行了不同搭接率下的二维数值分析计算,考察了不同搭接率对材料熔凝区的硬度场、应力场等的影响。模拟计算结果表明,自建的宽带热源模型符合宽带热源的热流密度分布规律,模拟出的熔池形状与实际试样十分接近。经过激光熔凝后,材料的硬度得到了显著的提升,单道熔凝的最大硬度出现在熔凝区与母材的交界处。当相邻熔凝带热源中心距离较小时,熔凝区硬度分布比较均匀(除两端外);当相邻熔凝带热源中心距离较大时,硬度分布不均匀。M ises等效应力最大值出现在相邻熔凝带的搭接区,此处是熔凝裂纹形成的主要部位。

关键词：搭接率数值模拟硬度应力有限元法

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合金钢轧辊激光熔凝应力数值模拟

合金钢轧辊激光熔凝应力数值模拟

作者：占焕校中国石油大学

学位级别：硕士

随着对材料表面耐磨损、耐腐蚀和抗疲劳等性能要求的提高,采用高功率激光束进行工件表面改性强化已成为材料加工领域的研究热点。宽带激光技术得到的激光输出模式和形貌分布均匀,且一次性处理区域大,可以大幅度提高金属材料的疲劳寿命,... 详细信息

随着对材料表面耐磨损、耐腐蚀和抗疲劳等性能要求的提高,采用高功率激光束进行工件表面改性强化已成为材料加工领域的研究热点。宽带激光技术得到的激光输出模式和形貌分布均匀,且一次性处理区域大,可以大幅度提高金属材料的疲劳寿命,在航空航天、冶金、工程机械以及石油石化等行业具有广阔的应用前景。本课题针对宽带激光束的光斑形貌、能量密度分布特点和激光熔凝层尺寸特征,建立了切合实际的宽带热源模型。基于弹塑性理论、金属物理学和力学基本理论,结合试验分析,研究了42CrMo合金钢、轧辊表面宽带激光熔凝的热-力学过程和熔凝区的残余应力及熔凝层的开裂倾向。采用扫描电子显微镜、显微硬度计和光弹试验仪等设备,观察熔凝层显微组织,测定了熔凝层显微硬度和热影响区残余应力。结合激光宽带熔凝试验,采用SYSWELD有限元软件对激光熔凝温度场、组织转变、硬度和应力场进行了数值模拟计算。激光熔凝加工是一个快速加热和快速冷却的过程,加热阶段的最大升温速率接近1.3×10℃/s,冷却阶段的最大冷却速率达7×10℃/s。激光熔凝层由熔化区、相变区和回火区组成,且熔化区初始的铁素体+珠光体组织绝大部分均转变为细针状马氏体,使得显微硬度值提高2.5倍,但在热影响区存在残余应力集中现象。42CrMo钢激光熔凝后,熔凝区马氏体相的体积比例高达90%以上,理论分析结果表明,马氏体相变伴随的尺寸膨胀效应使熔化区易于获得残余压应力。当激光功率P= 3500W左右,扫描速率v= 600mm/min000mm/min,线能量密度ρE= 20.9J/mm5.0J/mm时,熔凝表层具有均匀的组织结构,表面成型质量良好,且在熔化区可获得有利的压应力分布。搭接率对轧辊熔凝层相变和力学性能的影响较小,但叠道扫描的搭接区存在一定程度的软化现象;分析表明,搭接率控制在00%以内有利于提高熔凝工件的硬度及耐磨擦、磨损性能。激光熔凝层的最大压应力幅值出现在熔化区与相变区的边界处;热影响区则呈现残余拉应力,在相变区与回火区之间的区域存在着最大残余拉应力和最大的Von Mises应力值,裂纹易于在此处萌生和扩展。实测数据与数值模拟结果两者之间有着良好的一致性。

关键词：激光熔凝合金钢轧辊宽带热源模型残余应力数值模拟

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42CrMo钢表面激光宽带熔凝有限元模拟

热加工工艺 2007年第12期36卷 64-68页

作者：占焕校王勇韩涛李同道中国石油大学(华东)机电工程学院山东东营257061

建立了适用于激光熔凝过程的激光宽带热源模型。并应用SYSWELD软件的校正工具,根据具体的激光熔凝工艺和条件对热源进行校正,建立激光熔凝过程的数学物理模型,考虑材料热物理性能参数与温度的非线性关系以及边界初始条件,分析了激光熔... 详细信息

建立了适用于激光熔凝过程的激光宽带热源模型。并应用SYSWELD软件的校正工具,根据具体的激光熔凝工艺和条件对热源进行校正,建立激光熔凝过程的数学物理模型,考虑材料热物理性能参数与温度的非线性关系以及边界初始条件,分析了激光熔凝的温度场。42CrMo板材表面激光熔凝试验表明,宽带热源模型得到的热源形状及“平底锅”状熔凝区截面形貌与实际相符,熔凝区截面尺寸和试验测量值一致,验证了模型的准确性和适用性。使用宽带热源模型可以计算得到符合实际的光斑和熔凝区截面,获得更合理的温度场分布。

关键词：宽带热源模型激光熔凝激光光斑 42CrMo 有限元法

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X80钢焊接热影响区的二次热循环组织脆化

压力容器 2008年第2期25卷 9-12页

作者：占焕校王勇吕统全中国石油大学(华东)机电工程学院

针对X80钢的多道焊接过程,采用热模拟技术研究了不同的二次热循环峰值温度对焊接热影响区粗晶区组织和低温冲击韧性的影响。试验结果表明,经过一次热循环峰温1300℃、二次峰温800℃作用后,晶粒粗大,韧性显著下降,发生严重脆化;而经过二... 详细信息

针对X80钢的多道焊接过程,采用热模拟技术研究了不同的二次热循环峰值温度对焊接热影响区粗晶区组织和低温冲击韧性的影响。试验结果表明,经过一次热循环峰温1300℃、二次峰温800℃作用后,晶粒粗大,韧性显著下降,发生严重脆化;而经过二次热循环峰温650,950,1200℃作用,则晶粒细化,获得韧窝状断口形貌。800℃的组织脆化现象与晶粒粗化以及最快沉淀温度附近第二相粒子的大量偏析和聚集有关。

关键词：焊接脆化热循环管线钢船舶

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X70薄壁压力管道在役焊接烧穿试验研究

焊接 2010年第5期 58-61页

作者：黎超文王勇韩彬占焕校中国石油大学(华东)机电工程学院东营市257061 大庆油田有限责任公司装备制造集团 163000

利用自行研制的在役焊接模拟试验装置,以X70管线钢为试验材料进行了在役焊接烧穿试验。测量了焊接烧穿时的工艺参数,并研究了焊接条件对烧穿形貌和变形的影响。试验结果表明:常规水冷条件下发生烧穿的热输入比常规空冷大,由于管内水介... 详细信息

利用自行研制的在役焊接模拟试验装置,以X70管线钢为试验材料进行了在役焊接烧穿试验。测量了焊接烧穿时的工艺参数,并研究了焊接条件对烧穿形貌和变形的影响。试验结果表明:常规水冷条件下发生烧穿的热输入比常规空冷大,由于管内水介质的压力作用,导致3 MPa水冷所需要的烧穿热输入比常规空冷、水冷条件下小得多。常规空冷条件下,整个熔池被电弧热直接熔透;而常规水冷条件时,熔池前端的高温区最先发生烧穿失稳;在役焊接条件下的烧穿,只是在熔池高温区形成极小的烧穿孔洞。在役焊接时,在管内介质压力和快速冷却的共同影响下,焊接接头产生的是"外凸"变形。

关键词：高压管道在役焊接烧穿焊接变形

轧辊表面宽带激光熔凝过程的相变及力学性能研究

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热处理技术与装备 2009年第5期30卷 56-62页

作者：占焕校周光坤张永于金焕大庆油田装备制造集团黑龙江大庆163453 大庆井下作业分公司修井二大队黑龙江大庆163453 大庆炼化公司炼油一厂黑龙江大庆163453

综合考虑温度、相变和应力的耦合作用，运用有限元法分析了42CrMo轧辊在宽带激光单道扫描和叠道扫描下熔凝层的显微组织、硬度和残余应力分布规律及演变过程。计算结果表明，激光熔凝冷却过程中产生的马氏体相变对熔凝层的硬度和应力分... 详细信息

综合考虑温度、相变和应力的耦合作用，运用有限元法分析了42CrMo轧辊在宽带激光单道扫描和叠道扫描下熔凝层的显微组织、硬度和残余应力分布规律及演变过程。计算结果表明，激光熔凝冷却过程中产生的马氏体相变对熔凝层的硬度和应力分布均有很大影响。单道激光熔凝层相变生成的马氏体比例高达80％以上，熔凝强化层的显微硬度值提高2.5～3倍，熔凝区内表现为残余压应力，热影响区则为拉应力；叠道激光熔凝后试件表面实际硬度值有所下降，且搭接区存在局部软化带。计算结果与实际分布规律基本相同，可为制定工艺、预测熔凝区性能变化提供理论依据。

关键词：轧辊激光熔凝相变残余应力有限元

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鲁迈拉油田井下作业井口压力控制工艺

非常规油气 2016年第6期3卷 104-107页

作者：聂小康占焕校中国石油集团长城钻探工程有限公司井下作业分公司北京100101 中国石油集团中东公司鲁迈拉项目北京100724

针对鲁迈拉油田地层压力较高、井下作业过程中易发生井喷风险的问题,采用井控设备和井口压力控制工具来进行井控,避免井喷事故发生。列举了鲁迈拉油田目前现场主要应用的井控设备和井口压力控制工具,阐述了相关的压力控制方式及试压工... 详细信息

针对鲁迈拉油田地层压力较高、井下作业过程中易发生井喷风险的问题,采用井控设备和井口压力控制工具来进行井控,避免井喷事故发生。列举了鲁迈拉油田目前现场主要应用的井控设备和井口压力控制工具,阐述了相关的压力控制方式及试压工艺标准。并对试压介质中混入气体、试压过程温差较大、压力测试仪灵敏度较高、试压容器容积较大等影响试压结果的因素进行了分析。通过理论分析结合现场试验,总结出试压合格的评判标准。井下作业过程中一系列工艺的现场应用表明,合理安装井控设备和井口压力控制工具,严格按照试压标准进行试压,能为鲁迈拉油田井下作业提供可靠的井控保障。

关键词：鲁迈拉油田井下作业井口压力控制工具试压工艺