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激光摆动焊接工艺参数对不锈钢焊缝成形与气孔率的影响

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焊接学报 2023年第4期44卷 39-44,I0005页

作者：夏佩云封小松王春明徐程黄珲何建利华中科技大学武汉430074 上海航天设备制造总厂有限公司特种焊接技术创新中心上海200245

采用激光摆动焊接实现了5 mm厚1Cr18Ni9Ti不锈钢的焊接,获得成形良好、低气孔率的接头.分析了焊接速度、摆动幅值、摆动频率、摆动形式对焊缝成形和气孔率的影响,从匙孔、熔池流动、气泡逸出的角度揭示了工艺参数影响气孔率的主要机理.... 详细信息

采用激光摆动焊接实现了5 mm厚1Cr18Ni9Ti不锈钢的焊接,获得成形良好、低气孔率的接头.分析了焊接速度、摆动幅值、摆动频率、摆动形式对焊缝成形和气孔率的影响,从匙孔、熔池流动、气泡逸出的角度揭示了工艺参数影响气孔率的主要机理.结果表明,对于5 mm厚不锈钢激光摆动焊接,适当提高焊接速度和摆动幅值,更利于减小气孔率;激光摆动频率在100~300 Hz可以兼顾较低气孔率和较好的焊缝成形;“8”形摆动激光可以获得相对较优的焊缝成形,焊缝气孔率最低,达到2.94%;而线性摆动激光获得焊缝成形最差,气孔率最高,达到19.13%.

关键词：激光摆动焊接中厚不锈钢板摆动参数焊缝成形气孔率

光束摆动方式对2195铝锂合金T型接头双侧激光焊接裂纹的影响

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机械工程学报 2023年第22期59卷 245-253页

作者：毕思源张新瑞雷正龙黎炳蔚夏佩云哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室哈尔滨150001 上海航天设备制造总厂有限公司上海200245

2195铝锂合金具有轻质高强的特点,兼具良好的低温力学性能和抗腐蚀性能,属于新一代航空航天材料,但热裂纹敏感性较高,焊接难度大。采用双侧激光摆动焊接新技术对2195铝锂合金T型接头进行焊接,研究垂直摆动、圆形摆动和无摆动三种光束运... 详细信息

2195铝锂合金具有轻质高强的特点,兼具良好的低温力学性能和抗腐蚀性能,属于新一代航空航天材料,但热裂纹敏感性较高,焊接难度大。采用双侧激光摆动焊接新技术对2195铝锂合金T型接头进行焊接,研究垂直摆动、圆形摆动和无摆动三种光束运动方式对接头焊接裂纹和接头微观组织、横截面Si元素分布状况、熔池动态行为和焊接热循环特征的影响。结果表明,2195铝锂合金在常规无摆动焊接过程中易出现结晶裂纹缺陷,摆动焊接可促进焊丝引入焊缝的Si元素均匀分布,细化焊缝组织,降低焊接热输入,配合Al-Si焊丝有良好的热裂纹抑制效果,圆形摆动方式的效果最为显著,所得焊缝晶粒细化效果最好,Si元素在横截面的分布最为均匀,焊接热输入最低,基本无热裂纹问题。

关键词：铝锂合金T型接头双侧激光摆动焊接焊接裂纹显微组织

面向焊缝形貌预测的光纤激光深熔焊温度场及应力场数值模拟

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面向焊缝形貌预测的光纤激光深熔焊温度场及应力场数值模拟

作者：夏佩云华中科技大学

学位级别：硕士

对于激光深熔焊，焊缝形貌尺寸是评价焊缝质量的最重要参考指标之一，而焊缝的形状取决于焊接的热过程。采用数值模拟计算焊接热过程，经少量试验验证，证实其在焊缝形貌预测方面的适用性，可为实现工艺参数预选提供重要的参考依据，具... 详细信息

对于激光深熔焊，焊缝形貌尺寸是评价焊缝质量的最重要参考指标之一，而焊缝的形状取决于焊接的热过程。采用数值模拟计算焊接热过程，经少量试验验证，证实其在焊缝形貌预测方面的适用性，可为实现工艺参数预选提供重要的参考依据，具有重要的理论意义和工程实用价值。针对光纤激光深熔焊，现有的体积热源模型通常不能全面、合理地考虑激光过程中能量的分布特点，且大多数模型通常仅针对小范围内工艺条件下进行模拟，很少同时用于激光穿透焊以及非穿透焊两种焊接情况下的焊缝形貌预测。本文以301L不锈钢为研究对象，对光纤激光深熔焊接过程进行了温度场及焊后残余应力三维有限元模拟计算。针对光纤激光焊接特点，基于面热源+柱体热源这种组合热源，提出了面热源+峰值递增柱状热源的组合式热源，建立了基于ANSYS软件的激光深熔焊温度场及应力场数值模拟方法。搭建了激光焊接热循环曲线测量系统，该系统基于快速响应的热电偶和USB数据采集卡，通过Labview程序实现了激光穿透焊和非穿透焊时焊接热循环曲线测量，并利用测量结果进行了温度场模拟结果的验证，证实了温度场有限性元模型的可靠性。采用验证后的模型，结合两组工艺实验结果和模拟结果，修正了热源模型参数，实现了穿透焊及非穿透焊两种焊接情况下的焊缝形貌预测。通过对预测焊缝尺寸与实际焊缝尺寸的对比和误差分析发现：对于非穿透焊缝形貌预测，热源模型参数对功率和速度改变不敏感，预测的误差较小;对于穿透焊时，主要在束腰尺寸上偏差相对稍大，但是模拟的焊缝横截面尺寸的熔宽、背面熔宽和熔深等关键尺寸都与实验结果基本吻合，并且大致形貌走势和实际一致。在准确热分析的基础上，进行了激光功率3kW，焊接速度1m/min条件下的应力场计算，获得了该工艺条件下的激光焊接过程中应力场和残余应力分布。

关键词：光纤激光深熔焊焊缝形貌预测组合热源数值模拟温度场应力场

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6061-T6铝合金微搅拌摩擦焊工艺

焊接学报 2019年第3期40卷 102-106,I0006页

作者：张聃夏佩云崔凡尹玉环上海航天设备制造总厂有限公司上海200245

以0.8 mm厚6061铝合金微搅拌摩擦焊对接过程为研究对象,采用专用搅拌工具,通过温度场模拟进行工艺参数预选,研究了无倾角微搅拌摩擦焊的工艺参数对接头力学性能的影响,确定了与所设计微搅拌工具相匹配的工艺参数窗口;并采用光学显微镜、... 详细信息

以0.8 mm厚6061铝合金微搅拌摩擦焊对接过程为研究对象,采用专用搅拌工具,通过温度场模拟进行工艺参数预选,研究了无倾角微搅拌摩擦焊的工艺参数对接头力学性能的影响,确定了与所设计微搅拌工具相匹配的工艺参数窗口;并采用光学显微镜、SEM扫描电镜对接头的微观组织、断口的形貌进行观察.结果表明,在焊接速度为300 mm/min、转速14 000～24 000 r/min时,可以获得力学性能优越的焊接接头,抗拉强度均可达母材的70%以上;微搅拌摩擦焊缝微观组织的热影响区与传统搅拌摩擦焊相比,仅部分晶粒发生长大,仍有部分晶粒与基体保持一致无明显变化.

关键词：微搅拌摩擦焊 6061铝合金抗拉强度微观组织

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撞击作用下单桩动力反应模型试验研究

岩土工程学报 2013年第S2期35卷 1041-1044页

作者：程晔王继乾夏佩云南京航空航天大学土木工程系江苏南京210016 濮阳市财政局评审中心河南濮阳457000 济南铁路局山东济南250001

船舶撞击会影响到桥梁桩基础的安全,而对撞击作用下桩基础的动力反应缺乏研究。基于直接法的思路开展模型试验,建立撞击物、单桩、承台和土的模型,模拟撞击承台的过程,采集桩的动力反应数据,研究撞击物、上部结构、桩径及土体等碰撞关... 详细信息

船舶撞击会影响到桥梁桩基础的安全,而对撞击作用下桩基础的动力反应缺乏研究。基于直接法的思路开展模型试验,建立撞击物、单桩、承台和土的模型,模拟撞击承台的过程,采集桩的动力反应数据,研究撞击物、上部结构、桩径及土体等碰撞关联物体的特性对撞击作用下单桩的桩顶最大位移和最大加速度的影响。研究表明,在撞击作用下,单桩的最大桩顶位移和最大桩顶加速度,不仅与撞击物的质量和速度大小有关,与桥梁上部结构荷载、桩径及土体性质均有关。

关键词：撞击桩动力反应模型试验

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高熵合金焊接性研究现状与展望

钢铁研究学报 2023年第4期35卷 365-374页

作者：余丽玲张成聪王巍麟夏佩云赵慧慧吴开明武汉科技大学国际钢铁研究院高性能钢铁材料及应用省部共建协同创新中心湖北武汉430081 上海航天设备制造总厂有限公司国防特种焊接创新中心上海200245

高熵合金作为一种新型的合金材料,相比于传统合金具有更加优异的力学性能、抗高温氧化性能、耐腐蚀性能、耐磨性能、磁学性能和抗辐射性能。当高熵合金作为结构材料时,其焊接性是必须要考虑的重要因素。不同的焊接方法由于焊接原理不同... 详细信息

高熵合金作为一种新型的合金材料,相比于传统合金具有更加优异的力学性能、抗高温氧化性能、耐腐蚀性能、耐磨性能、磁学性能和抗辐射性能。当高熵合金作为结构材料时,其焊接性是必须要考虑的重要因素。不同的焊接方法由于焊接原理不同,其能量输入、能量密度和最高焊接温度等参数在不同尺度上存在着较大差异,会显著影响焊接接头的微观组织和力学性能。总结了近年来采用不同方法焊接/连接高熵合金同种或异种材料的研究现状,分析了母材状态、焊接方法、工艺参数和焊后热处理等因素对焊接接头组织演化和力学性能的影响。进一步对高熵合金焊接性研究方面存在的问题进行了总结,并对未来研究重点进行了展望。

关键词：高熵合金焊接性微观组织力学性能异种合金的连接

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船撞作用下混合桩单桩基础动力响应研究

船撞作用下混合桩单桩基础动力响应研究

作者：夏佩云南京航空航天大学

学位级别：硕士

为了降低船撞风险，提高桩基础侧向刚度，在桥梁深水桩基础中的大直径钻孔灌注桩施工过程中，采取了保留钢护筒的做法，形成了一种内部桩身为钢筋混凝土，外部为钢护筒的的混合桩。本文主要的目的是研究混合桩的水平承载性能影响因素和... 详细信息

为了降低船撞风险，提高桩基础侧向刚度，在桥梁深水桩基础中的大直径钻孔灌注桩施工过程中，采取了保留钢护筒的做法，形成了一种内部桩身为钢筋混凝土，外部为钢护筒的的混合桩。本文主要的目的是研究混合桩的水平承载性能影响因素和在船撞作用下的动力响应。主要研究工作如下：利用有限元软件建立了不考虑桩土作用的混合桩结构模型，研究混合桩结构的组合抗弯刚度计算模型，后建立考虑桩土共同作用的混合桩有限元模型，研究混合桩在含钢率、混凝土桩弹性模量、泥皮厚度以及泥皮弹性模量等影响因素下的水平承载性能。开展室内模型试验，制作混合桩、船舶以及桩周土体等模型，模拟船-承台的碰撞，并开展有限元数值模拟分析，将试验结果和数值模拟结果进行对比，研究船舶质量、船舶速度、钢护筒壁厚、露出地面桩长、上部荷载、桩径、泥皮以及桩周土体等因素对混合桩的动力反应的影响。本文研究得出的主要结论如下：混合桩结构对于提高桩基础的水平承载能力具有明显的作用，混合桩中混凝土桩弹性模量和含钢率的提高有助于提高其水平承载能力，而泥皮则降低了混合桩的水平承载能力;混合桩对提高桩身刚度降低船撞风险具有很大的作用;船舶的质量、船舶速度、桩径对碰撞后的桩顶最大位移、桩顶最大加速度、最大船撞力以及桩身最大拉应力影响很大;钢护筒壁厚、露出地面桩长等对桩顶最大位移和桩身最大拉应力影响较大，而对桩顶最大加速度和最大船撞力则影响不大;桩周土体对碰撞后桩基的动力响应有一定的影响;泥皮效应对混合桩的动力响应特性具有很大的影响。

关键词：混合桩桩土作用泥皮船撞动力响应

2195铝锂合金T型接头双侧激光摆动焊接组织与性能分析

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中国激光 2022年第8期49卷 24-33页

作者：雷正龙毕思源张新瑞黎炳蔚夏佩云哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室黑龙江哈尔滨150001 上海航天设备制造总厂有限公司上海200245

2195-T87铝锂合金是轻质高强的新一代航空材料,但相比于传统铝合金,铝锂合金的焊接难度更高。基于铝锂合金蒙皮-桁条结构的焊接需求,采用激光束圆形摆动的方式配合Al-Si焊丝对2195-T87铝锂合金T型接头进行双侧激光摆动焊接,对比摆动激... 详细信息

2195-T87铝锂合金是轻质高强的新一代航空材料,但相比于传统铝合金,铝锂合金的焊接难度更高。基于铝锂合金蒙皮-桁条结构的焊接需求,采用激光束圆形摆动的方式配合Al-Si焊丝对2195-T87铝锂合金T型接头进行双侧激光摆动焊接,对比摆动激光焊接与无摆动激光焊接所得接头的焊缝成形与组织特征,并探讨了热输入、摆动频率以及摆动幅度对焊缝成形质量的影响,最终获得了优化工艺参数下的接头横向与轴向拉伸强度,分析了通过光束摆动改善焊缝成形质量、提高接头强度的效果。结果表明,采用高焊速、低热输入与中等摆动幅度和摆动频率的双侧激光摆动焊接可改善焊缝表面成形质量,抑制气孔生成,细化焊缝晶粒,缩小等轴细晶区尺寸,进而提高接头的横向与轴向拉伸性能,所得接头的最大轴向拉伸强度为267MPa,横向拉伸强度为420 MPa,对比无摆动焊接分别提高了123MPa和95MPa,达到了母材强度的45%和70%。

关键词：激光技术铝锂合金T型接头双侧激光摆动焊接显微组织力学性能

不锈钢与6061铝合金旋转摩擦焊接接头组织与力学性能

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航空制造技术 2023年第11期66卷 66-70页

作者：许辉夏佩云张选明闫学文朱帅封小松袁雅俊周佳俊上海航天设备制造总厂有限公司上海200245

采用旋转摩擦焊接技术进行了1Cr18Ni9Ti不锈钢与6061铝合金的焊接,分析不同工艺参数下钢铝旋转摩擦焊接头的焊缝成形、显微组织和力学性能。结果表明,不锈钢与铝合金的连接界面发生元素扩散并形成一定厚度的结合层,提高旋转速度能够增... 详细信息

采用旋转摩擦焊接技术进行了1Cr18Ni9Ti不锈钢与6061铝合金的焊接,分析不同工艺参数下钢铝旋转摩擦焊接头的焊缝成形、显微组织和力学性能。结果表明,不锈钢与铝合金的连接界面发生元素扩散并形成一定厚度的结合层,提高旋转速度能够增加结合层的厚度,随着顶锻力的提高,结合层的厚度先增加后减小。钢铝界面处的铝合金晶粒发生拉长变形,出现晶粒细化现象。靠近接头界面处硬度相对较高,接头拉伸强度随着旋转速度和顶锻力的提高先增加后下降,在旋转速度为600 r/min,顶锻力为3.8 kN时获得1Cr18Ni9Ti不锈钢与6061铝合金接头抗拉强度值最高为262 MPa。断裂位置主要位于钢铝连接界面,部分位于铝合金侧,焊接断口存在小而浅的韧窝。

关键词：不锈钢铝合金旋转摩擦焊微观组织力学性能