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交流电磁场检测中蝶形图与裂纹剖面的映射方法

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科学技术与工程 2024年第21期24卷 8934-8941页

作者：李晓林高辉李勇周灿丰北京石油化工学院机械工程学院北京102600 北京市高等学校能源工程先进连接技术中心北京102600

蝶形图是交流电磁场检测(alternating current field measurement,ACFM)中判定缺陷存在的一种重要方法。为研究常规裂纹蝶形图与裂纹剖面的映射关系,首先利用COMSOL Multiphysics实现不同尺寸裂纹的数值模拟,并建立了长度和深度特征量... 详细信息

蝶形图是交流电磁场检测(alternating current field measurement,ACFM)中判定缺陷存在的一种重要方法。为研究常规裂纹蝶形图与裂纹剖面的映射关系,首先利用COMSOL Multiphysics实现不同尺寸裂纹的数值模拟,并建立了长度和深度特征量的重构方程。其次通过对比,分析了蝶形图与裂纹剖面的内在关系,进一步结合图像处理法和常规线性拟合方法分别建立了两者的映射关系方程。最后,对Q235钢不同尺寸的槽状裂纹进行了检测试验。试验结果表明:基于长度和深度的裂纹剖面误差分别为5.46%和6.02%。该研究实现了蝶形图的再利用,为缺陷的风险评估方法提供了重要的参考。

关键词：蝶形图评估剖面图交流电磁场检测(ACFM) 图像处理法缺陷评估

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基于ACFM单传感器的裂纹角度识别与重构

传感器与微系统 2024年第7期43卷 54-58页

作者：李勇高辉周灿丰李慧聪北京石油化工学院机械工程学院北京102600 北京市高等学校能源工程先进连接技术中心北京102600

交变电磁场测量(ACFM)技术广泛应用于海洋装备和制造业等领域中金属结构物的缺陷检测。针对单传感器检测过程中存在的角度偏转和裂纹定位等问题展开了研究。首先,通过COMSOL Multi-physics仿真结果可知B_(x)和B_(y)在多角度偏转的过程... 详细信息

交变电磁场测量(ACFM)技术广泛应用于海洋装备和制造业等领域中金属结构物的缺陷检测。针对单传感器检测过程中存在的角度偏转和裂纹定位等问题展开了研究。首先,通过COMSOL Multi-physics仿真结果可知B_(x)和B_(y)在多角度偏转的过程中存在互补的规律;然后,通过建立比例因子,实现高精度的数值拟合。此外,通过多梯度偏转仿真实现了偏转裂纹的重构。最终通过搭建实验平台和信号特征提取等工作验证了拟合规律的合理性;通过优化拟合公式,提高了检测精度;通过所测角度,进而解决了非平行检测过程中裂纹重构图像的偏转问题。

关键词：交变电磁场测量角度偏转重构比例因子数值拟合

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基于虚拟现实的立管横焊机器人辅助焊接工艺设计与实现

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机床与液压 2024年第13期52卷 110-115,236页

作者：罗雨高萌萌许耀波任飞燕于俊杰田文鹏刘铂洋北京石油化工学院能源工程先进连接技术研究中心北京102627

焊接工艺参数的选择对焊接质量有重要影响。针对立管J型铺设窄坡口横焊熔池下淌特性,提出基于横焊焊道厚度及热输入恒定策略的焊接工艺参数匹配算法。基于Unity3D开发平台和工艺参数匹配算法,通过C#开发了立管横焊CAPP模块,扩展了虚拟... 详细信息

焊接工艺参数的选择对焊接质量有重要影响。针对立管J型铺设窄坡口横焊熔池下淌特性,提出基于横焊焊道厚度及热输入恒定策略的焊接工艺参数匹配算法。基于Unity3D开发平台和工艺参数匹配算法,通过C#开发了立管横焊CAPP模块,扩展了虚拟现实人机交互系统的功能模块;开展立管横焊计算机辅助焊接工艺实验,焊后焊缝成形良好,无焊接缺陷。实验结果表明:CAPP模块可有效获取匹配的焊接工艺参数,能缩短焊接工艺开发周期,降低工艺开发成本,有效提升系统的智能化水平。

关键词： CAPP 虚拟现实人机交互系统焊道规划算法立管横焊机器人

基于PLC的水下激光焊接装置控制系统研究与应用

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机床与液压 2024年第17期52卷 118-123页

作者：高辉林渊浩张楷北京石油化工学院机械工程学院北京102600 北京石油化工学院能源工程先进连接技术北京市高等学校工程研究中心北京102600

针对核电站内乏燃料池损伤后水下焊接维修困难、维修人员易暴露于强辐射环境下等问题,设计一套水下激光焊接装置。该装置分为硬件部分和软件部分:硬件部分由雷赛PMCPLC、HMI触摸屏、连续光纤激光器、焊枪、焊接滑台等部分组成;软件部分... 详细信息

针对核电站内乏燃料池损伤后水下焊接维修困难、维修人员易暴露于强辐射环境下等问题,设计一套水下激光焊接装置。该装置分为硬件部分和软件部分:硬件部分由雷赛PMCPLC、HMI触摸屏、连续光纤激光器、焊枪、焊接滑台等部分组成;软件部分由自主设计的触摸屏控制界面及编写的控制装置自动焊接程序组成。介绍该控制系统的工作原理和工作流程。通过该水下焊接设备,完成水下焊缝的焊接实验,验证了该激光焊接系统的工作可行性。结果表明:该水下激光焊接装置可实际应用于乏燃料池修复等水下作业环境中,为恶劣环境下的水下焊接作业提供了高效的解决方案。

关键词：水下激光焊接 PLC控制器自动化

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基于有限元技术的疲劳裂纹扩展方法研究进展

力学进展 2024年第2期54卷 308-343页

作者：苏玉昆马涛赵晓鑫张光亮朱加雷张鹏能源工程先进连接技术北京高等学校工程研究中心北京石油化工学院北京102617 特种车辆及其传动系统智能制造国家重点实验室包头014010 内蒙古第一机械集团有限公司包头014010

疲劳裂纹是引起工程结构断裂失效的重要因素之一.目前疲劳裂纹扩展的有限元仿真商业软件有ANSYS、ABAQUS、FRANC3D、ZENCRACK等,这些软件为疲劳裂纹扩展过程的研究提供了有力支撑.本文对目前疲劳裂纹扩展的有限元仿真方法进行了综述.阐... 详细信息

疲劳裂纹是引起工程结构断裂失效的重要因素之一.目前疲劳裂纹扩展的有限元仿真商业软件有ANSYS、ABAQUS、FRANC3D、ZENCRACK等,这些软件为疲劳裂纹扩展过程的研究提供了有力支撑.本文对目前疲劳裂纹扩展的有限元仿真方法进行了综述.阐明了疲劳裂纹的定义以及研究疲劳裂纹扩展行为的必要性;介绍了三种用于模拟疲劳裂纹扩展的有限元方法:扩展有限元法(XFEM)、内聚力模型(CZM)和虚拟裂纹闭合技术(VCCT);分别总结了三种方法的基本理论和核心思想,对三种方法的应用与发展进行了分类归纳;最后对三种有限元方法进行分析,指出每种方法各自的优势及目前存在的局限性,并对疲劳裂纹扩展有限元仿真技术的未来改进方向给出了建议.

关键词：疲劳裂纹扩展扩展有限元法内聚力模型虚拟裂纹闭合技术数值模拟

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基于旋转电弧的窄间隙横焊打底工艺

焊接 2024年第6期 17-25页

作者：张明泽罗雨叶朔朔苏佳毅于俊杰北京石油化工学院能源工程先进连接技术北京市高等学校工程研究中心北京102617

【目的】J型铺设是最适合深水的海底管线铺设和海洋立管安装方法,常采用管道自动焊接装备完成横向环焊缝摆动焊接。针对摆动电弧P-GMAW横焊打底层焊缝成形不对称、背部成形一致性差等问题,提出了基于旋转电弧的窄间隙横焊表面张力过渡(S... 详细信息

【目的】J型铺设是最适合深水的海底管线铺设和海洋立管安装方法,常采用管道自动焊接装备完成横向环焊缝摆动焊接。针对摆动电弧P-GMAW横焊打底层焊缝成形不对称、背部成形一致性差等问题,提出了基于旋转电弧的窄间隙横焊表面张力过渡(Surface tension transfer,STT)打底工艺方法。【方法】以X65管线钢板材对接窄坡口为试验对象,模拟深水立管J型铺设焊接过程。【结果】基于Minitab的田口方法,建立了正交试验模型,通过焊接工艺试验,探究窄间隙横焊STT打底层焊接工艺规范及不同工艺参数组合对焊缝成形的影响规律。【结论】打底层焊缝背部成形一致性好,无未熔合、未焊透等缺陷。

关键词：旋转电弧焊窄间隙横焊打底工艺田口方法正交试验

激光焊接及焊后热处理K439B合金的显微组织与力学性能

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2024年第3期34卷 905-917页

作者：李郑张振林吴爱萍张明军康举刘瞿赵玥陈晶阳清华大学机械工程系北京100084 清华大学先进材料加工技术教育部重点实验室北京100084 西南交通大学材料科学与工程学院成都610031 清华大学摩擦学国家重点实验室北京100084 北京航空材料研究院先进高温结构材料重点实验室北京100095 北京石油化工学院北京能源工程先进连接技术高等学校工程研究中心北京102617

对应用于发动机涡轮上的新型镍基合金K439B进行激光焊接实验,研究焊后热处理对接头显微组织和力学性能的影响。半定量分析结果表明,热处理后接头各区域γ′相均发生长大,一次γ′相和二次γ′相半径分别约为25和150 nm。力学性能测试结... 详细信息

对应用于发动机涡轮上的新型镍基合金K439B进行激光焊接实验,研究焊后热处理对接头显微组织和力学性能的影响。半定量分析结果表明,热处理后接头各区域γ′相均发生长大,一次γ′相和二次γ′相半径分别约为25和150 nm。力学性能测试结果表明,焊后热处理可使焊缝区硬度提高约HV 100,由γ′相提供的临界恢复剪应力从4.8 MPa提高到92 MPa;另一方面,热处理后接头的抗拉强度和屈服强度与母材的相当,大量碳化物的存在导致接头在拉伸过程中优先断裂于母材处。

关键词：镍基高温合金激光焊接 γ'相碳化物显微组织力学性能

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抑制调Q不稳定性的非线性镜锁模激光器

中国激光 2024年第14期51卷 46-53页

作者：韩佳坤李国泰李帅赵静朱占达雷訇李强北京工业大学物理与光电工程学院北京100124 北京市激光应用技术工程技术研究中心北京100124 激光先进制造北京市高等学校工程研究中心北京100124 跨尺度激光成型制造技术教育部重点实验室北京100124

为了抑制高功率非线性镜锁模激光器的调Q不稳定性,提出了一种双晶体二次倍频非线性镜结构,通过加入第二块非线性晶体将二次谐波倍频为四次谐波来产生损耗,从而实现非线性反射率的提前饱和。该结构降低了非线性镜锁模器件的饱和峰值功率... 详细信息

为了抑制高功率非线性镜锁模激光器的调Q不稳定性,提出了一种双晶体二次倍频非线性镜结构,通过加入第二块非线性晶体将二次谐波倍频为四次谐波来产生损耗,从而实现非线性反射率的提前饱和。该结构降低了非线性镜锁模器件的饱和峰值功率密度和调制深度,从而降低连续锁模阈值,得到稳定的连续锁模输出。通过理论分析这种非线性镜结构抑制调Q不稳定性的原理和表达,并使用大芯径晶体方波导作为增益介质,进一步搭建实验,验证了这一结构的可行性。最终实验获得了功率为26.5 W、重复频率为32.2 MHz、脉宽为0.95 ps的连续锁模脉冲输出。实验结果表明,这种高功率非线性镜锁模激光器结构简单、稳定可靠,并且该器件在高功率锁模激光器的发展中具有巨大潜力。

关键词：锁模晶体波导调Q 锁模连续锁模非线性镜锁模高功率

纳米SiC颗粒对镁合金搅拌摩擦焊接头性能影响研究

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制造技术与机床 2024年第3期 108-114页

作者：高辉张楷林渊浩雷丹北京石油化工学院能源先进连接技术北京高校工程研究中心北京102617

为提高AZ31镁合金焊接接头的综合性能,文章分别研究了无纳米SiC-1道次、添加纳米SiC-1道次和SiC-4道次的搅拌摩擦焊焊接接头,通过光学显微镜、显微硬度仪和拉伸试验机分析了焊接接头的微观组织与力学性能;利用电化学工作站研究了接头的... 详细信息

为提高AZ31镁合金焊接接头的综合性能,文章分别研究了无纳米SiC-1道次、添加纳米SiC-1道次和SiC-4道次的搅拌摩擦焊焊接接头,通过光学显微镜、显微硬度仪和拉伸试验机分析了焊接接头的微观组织与力学性能;利用电化学工作站研究了接头的腐蚀行为,采用扫描电镜、EDS和XRD分析了接头的腐蚀形貌、元素成分和物相组成。结果表明,搅拌摩擦焊焊接接头成形良好、无缺陷;接头焊核区组织为均匀的等轴状晶粒,焊接道次的增加可有效改善SiC颗粒的分布情况,异质形核位点的存在起到了晶粒细化的作用,提高了接头的力学性能;在3.5%NaCl溶液腐蚀试验中,含SiC颗粒的接头耐腐蚀性能提升,其中SiC-4道次的接头耐腐蚀性能最佳。

关键词：纳米SiC 搅拌摩擦焊微观组织力学性能电化学腐蚀