钛钢复合板焊接有限元模拟研究进展
新型建材钛钢复合板焊接工艺研究
新型建材钛钢复合板焊接工艺研究作者:丁克宝来源:《建筑建材装饰》2015年第14期摘要:通过南通美亚热电有限公司电厂二期项目120m烟囱内筒钛钢复合板焊接工艺及焊接质量控制要点,认为加强钛贴条的密封程度、母材与焊材的清洁度以及焊接熔池的气体保护等是保证钛焊接质量的重要条件。
该厂二期烟囱钛钢复合板焊缝无损检测一次合格率达99.5%,实践证明其焊接工艺是可行的、可靠的。
关键词:烟囱;钢内筒;钛钢;复合板;焊接前言南通美亚热电有限公司电厂二期项目2×150MW机组烟囱内筒筒体、烟道接口采用钛钢复合板材料,复板为TA2,厚度为1.2mm,基板为Q235B,厚度为(8~10)mm。
内筒从(4~120m)使用钛钢复合板,75m以下基板厚度为10mm,45m以上为8mm。
钛材焊接作为烟囱内筒防腐材料应用较少。
本文介绍120m烟囱钢内筒钛钢复合板焊接工艺及焊接质量控制要点。
1焊接材料与焊接规范钛钢复合板焊接结构形式如图1所示。
基板焊接采用焊条电弧焊,复板焊接采用钨极氩弧焊。
焊条材料牌号为J422电焊条和STA2焊丝,焊接工艺参数见表1。
图1 钛钢复合板焊接结构形式表1 焊接参数2焊前准备(1)基板的焊接选用普通的交直流电焊机,钛钢复合板的焊接,优先采用非熔化极(TIG)氩弧焊的方法,选用相应的手工氩弧焊设备。
为了使焊接能连续进行,氩弧焊设备应具备水冷却系统。
(2)焊前仔细清理焊口,基板坡口表面及坡口内外每侧(10~15mm)范围的油、漆、锈、水渍等污物必须清理干净,并打磨至露出金属光泽等污物必须清理干净,并打磨至露出金属光泽;焊接前,焊接坡口及两侧25mm内用机械方法除去表面氧化膜,施焊前用丙酮或乙醇清洗脱脂。
如清洗4h后未焊,焊接前应重新清洗。
(3)基板对接坡口应内壁齐平,错口值不应超过壁厚的10%且不大于1mm。
(4)钛焊接时,风速应控制在1.5m/s以内,相对湿度大于80%停止焊接。
3钛钢复合板焊接要点3.1基板的焊接(1)基板点固焊长度为40mm左右,焊缝错边不超过1mm。
钛钢复合板焊接有限元模拟研究进展
钛钢复合板焊接有限元模拟研究进展汪强;郭润元;曾良;程逞;杨军【摘要】为了深入分析钛钢复合板不同焊接方式下焊接过程的残余应力变化,以有限元数值模拟在钛钢复合板焊接方面的研究现状为基础,结合目前钛钢复合板焊接中的常用方法及工艺特点,分析了钛钢复合板焊接过程有限元模拟的研究进展和发展趋势,分析认为,后期钛钢复合板焊接有限元模拟研究应考虑将实际熔焊工艺中的组合焊纳入研究范畴,并开展不同组合坡口下的多层多道焊接过程模拟,从而得到更为合理的焊接参数。
%In order to deeply analyze the residual stress variation of titanium steel clad plate under different welding method in welding process, based on current research status of finite element numerical simulation in the aspect of titanium steel clad plate welding, combined with the commonly used methods and process characteristics of titanium steel clad plate welding, it analyzed the research progress and development status of finite element numerical simulation. The results indicated that the combination welding in actual welding process should be brought into finite element simulation research of titanium steel composite plate welding. Meanwhile, the simulation process of multilayer and multi-pass welding under different combination groove should be conducted to get more reasonable welding parameters.【期刊名称】《焊管》【年(卷),期】2016(039)008【总页数】4页(P54-57)【关键词】钛钢复合板;焊接;有限元模拟;熔焊【作者】汪强;郭润元;曾良;程逞;杨军【作者单位】国家石油天然气管材工程技术研究中心,陕西宝鸡 721008; 宝鸡石油钢管有限责任公司钢管研究院,陕西宝鸡 721008;西安理工大学自动化与信息工程学院,西安 710048;宝鸡石油钢管有限责任公司输送管公司,陕西宝鸡721008;国家石油天然气管材工程技术研究中心,陕西宝鸡 721008; 宝鸡石油钢管有限责任公司钢管研究院,陕西宝鸡 721008;国家石油天然气管材工程技术研究中心,陕西宝鸡 721008; 宝鸡石油钢管有限责任公司钢管研究院,陕西宝鸡721008【正文语种】中文【中图分类】TG457.19随着油气开采难度的不断加大,油田对管材的特殊性能要求也越来越苛刻,尤其对管材的耐蚀性和力学性能提出了较高的要求。
激光焊接钛钢复合材料工艺研究
激光焊接钛钢复合材料工艺研究作者:罗泽鹏来源:《中国化工贸易·下旬刊》2018年第04期摘要:钛钢复合板不仅具有优异的综合性能,而且具有较高的经济效益,因此在许多工业领域被广泛地应用。
然而在钛钢复合板的焊接时,在复合界面处容易产生金属间化合物,导致在复合界面处形成裂纹。
关键词:钛钢复合板;激光焊接1 钛钢复合板简介1.1 钛钢复合板的性能特点钛钢复合板属于金属复合板,金属复合板不仅充分利用了不同材料的特点,而且大大地降低了设备的制造成本,也节约了大量的贵金属材料。
由于钛复合钢板综合性能优异,而且成本相对稀有金属较低,因此具有较大的研究价值,而且前景良好。
钛复合钢板的性能特点简介:①优异的综合性能;②成本优势;③较好的后续加工性能。
1.2 钛钢复合板的应用领域正如前面所说,钛钢复合板不仅具有优异的综合性能,并且可以节约稀有金属。
因此被广泛地应用与许多工业领域,具有较高的经济效益。
钛钢复合板的主要应用领域有以下几个方面:①石化及化工容器设备制造;②海水淡化领域;③真空制盐设备制造;④核电设备;⑤海洋工程。
2 激光焊接技术概述2.1 激光焊接原理及工艺过程激光焊接属于熔化焊,焊接热源为高能量密度的激光束,其焊接原理是:使用高能量密度的激光束加热被焊件的表面,热量向焊件内部扩散,当温度到达材料的熔点,工件就会熔化,形成熔池。
激光焊接的焊接机理可以分为热传导焊接和深熔焊接。
热传导焊接时,表面的热量向内部传递,使工件熔化形成熔池,具有焊接速度慢、熔深浅的特点。
深熔焊使材料产生汽化并形成小孔,小孔吸收能量,能量使孔腔周围的金属熔化。
深熔焊焊接速度快,所以应用广泛。
2.2 激光焊接技术的特点近年来,激光焊接被广泛应用。
激光焊接技术存在着许多优点。
第一,热影响区域小。
由于激光束可以很好的控制方向且热源集中,激光束只作用于被焊接的部位,不会影响其他区域。
因而通常焊缝表面的质量都很好。
激光焊接技术可以被应用于小型且间隔相近的部件。
大面积钛/钢复合板爆炸焊接过程的数值模拟
(. 北 工 业 大 学 材 料 学 院 ,陕 西 西 安 70 7 ;2 西 安 天 力 金 属复 合 材 料 有 限公 司 , 陕 西 西安 7 0 6 ) 1西 10 2 . 10 5
摘 要 :利 用 大 型 非 线性 有 限 元 程序 A S SL — Y A ̄ 大 面 积 钛/ 复 合 板 的 焊 接 过 程 进 行 数 值 模 拟 ,研 究 了覆 板 的应 力 情 况 .给 出 了 N Y /S D N 钢
是 建 立零 件 的实 体 模 型 。现 采用 实 体 建 模 法 建立 炸药 、基 板 和 复 板 的 三维 立 体 模 型 。从 排 气 角 度 考 虑 ,覆 板越 厚 以及 面 积越 大 ,炸药 的爆 速 就 应 当 越低 ,并 需 要 采 用 中心 起 爆 法 。 由于 炸
的 范畴 。其 基 本 原理 是 依 靠 冲 击 和摩 擦 把 被 焊 接 金 属材 料 的 表
药 、基 板 和 覆 板 的 模 型 为 中心 对 称 , 因 此为 简 化 计 算 ,仅 对 其
1 进 行 建模 分 析 。 / 4 在 进 行 有 限 元分 析 时 ,AN Y 软件 应 对 分 析 的 对 象尽 可 能 SS 地 简 化 ,以期 减少 计 算 时 间 ,节 省 计算 机 资 源 ,故 在 不影 响计
算 结 果 的 情 况 下 ,将 导 爆 索 、雷 管 和缓 冲层 进 行 简 化 因 此 ,实 体模 型 可 简 化 成3 长 方体 结 构 。如 图 1 示 。第 层 所
1 为 炸 药 ,第 2 为 覆 板 ,第 3 为 基 板 。 基 板 尺 寸 简 化 为 层 层 层 16 0mmx 8 m ̄ 0m 8 l30m 3 m, 考 虑 到 尽 可 能 地 把 裂 纹 引 到结 合 区 外 ,现 把 覆 板 尺 寸 简化 为 18 0mm 1 0 mx 0 x 0m 6mm.炸 5
钛钢复合板焊接工艺文献综述范文
钛钢复合板焊接工艺文献综述范文英文回答:Literature Review on Welding Process of Titanium-Steel Composite Plates.Welding of titanium-steel composite plates is a challenging task due to the significant differences in the physical and chemical properties of these two materials. In this literature review, we aim to explore the various welding processes used for joining titanium and steel and discuss their advantages and limitations.1. Fusion Welding Techniques:1.1 Gas Tungsten Arc Welding (GTAW): GTAW, also known as TIG welding, is commonly used for joining titanium and steel. It offers excellent control over the welding process and produces high-quality welds. However, the process is time-consuming and requires skilled operators.1.2 Gas Metal Arc Welding (GMAW): GMAW, or MIG welding, is another fusion welding technique used for titanium-steel composite plates. It provides higher welding speeds compared to GTAW but may result in lower-quality welds dueto the possibility of porosity formation.2. Solid-State Welding Techniques:2.1 Friction Stir Welding (FSW): FSW is a solid-state welding process that uses a rotating tool to join materials. It has been successfully applied to join titanium and steel composites, offering advantages such as low heat input, absence of fusion defects, and improved mechanicalproperties of the joint.2.2 Diffusion Bonding: Diffusion bonding is a solid-state welding technique that relies on the diffusion of atoms across the joint interface. It requires precisecontrol of temperature, pressure, and time to achieve a strong bond between titanium and steel. However, theprocess is time-consuming and may result in residualstresses.3. Hybrid Welding Techniques:3.1 Laser-Arc Hybrid Welding: Laser-arc hybrid welding combines the advantages of laser welding and arc welding.It has been used to join titanium and steel composites, offering benefits such as deep penetration, high welding speeds, and improved weld quality. However, the process requires specialized equipment and expertise.3.2 Electron Beam-arc Hybrid Welding: Electron beam-arc hybrid welding combines the advantages of electron beam welding and arc welding. It has shown promising results in joining titanium and steel composites, offering high welding speeds and narrow heat-affected zones. However, the process requires a vacuum environment and is limited tothin plates.In conclusion, several welding processes can be usedfor joining titanium and steel composite plates. Fusion welding techniques such as GTAW and GMAW offer good weldquality but may have limitations in terms of speed and porosity formation. Solid-state welding techniques like FSW and diffusion bonding provide advantages such as low heat input and improved mechanical properties. Hybrid welding techniques, such as laser-arc and electron beam-arc, combine the benefits of different processes but require specialized equipment and expertise. The selection of the welding process should consider the specific requirements of the application and the properties of the materials being joined.中文回答:钛钢复合板的焊接是一项具有挑战性的任务,由于这两种材料的物理和化学性质存在显著差异。
钛钢复合板焊接工艺文献综述范文
钛钢复合板焊接工艺文献综述范文English.Titanium-Clad Steel Composite Plate Welding Technology Literature Review.Titanium-clad steel composite plate is a kind of clad plate material formed by explosion welding or rolling welding of titanium and steel. It has the advantages of both titanium and steel, such as the excellent corrosion resistance and high strength of titanium and the low cost and good weldability of steel. Therefore, titanium-clad steel composite plates are widely used in petrochemical, marine, medical, and other industries.The welding of titanium-clad steel composite plates is a key process in the manufacture and application of this material. The welding process directly affects the quality of the welded joint and the service performance of the composite plate. Therefore, it is of great significance tostudy the welding technology of titanium-clad steel composite plates.At present, there are many studies on the welding technology of titanium-clad steel composite plates. These studies mainly focus on the following aspects:1. Welding process selection.2. Welding parameter optimization.3. Joint microstructure and mechanical properties.4. Welding residual stress and deformation.5. Corrosion resistance of welded joints.In terms of welding process selection, the commonly used welding processes for titanium-clad steel composite plates include gas tungsten arc welding (GTAW), plasma arc welding (PAW), and laser beam welding (LBW). GTAW is a widely used welding process for titanium-clad steelcomposite plates due to its high welding quality and low cost. PAW has the advantages of high welding speed and good weld penetration, but its equipment is more expensive. LBW has the advantages of high welding precision and low heat input, but its welding efficiency is relatively low.In terms of welding parameter optimization, the main welding parameters that affect the quality of welded joints of titanium-clad steel composite plates include welding current, welding voltage, welding speed, and shielding gas flow rate. The optimization of welding parameters can effectively improve the welding quality and joint performance.In terms of joint microstructure and mechanical properties, the microstructure of the welded joint of titanium-clad steel composite plate is mainly composed of titanium-steel diffusion zone, titanium heat-affected zone, steel heat-affected zone, and base metal. The mechanical properties of the welded joint are mainly determined by the microstructure and composition of these zones.In terms of welding residual stress and deformation, welding residual stress and deformation are important factors that affect the service performance of titanium-clad steel composite plates. The welding residual stress and deformation can be reduced by using appropriate welding processes and welding parameters.In terms of corrosion resistance of welded joints, the corrosion resistance of titanium-clad steel composite plates is mainly determined by the corrosion resistance of the titanium layer. The corrosion resistance of thetitanium layer can be improved by optimizing the welding process and welding parameters.In summary, the welding technology of titanium-clad steel composite plates has been extensively studied. The research results show that the welding process, welding parameters, joint microstructure and mechanical properties, welding residual stress and deformation, and corrosion resistance of welded joints are the key factors that affect the quality of welded joints of titanium-clad steel composite plates. By studying and optimizing these factors,the welding quality and service performance of titanium-clad steel composite plates can be effectively improved.中文回答:钛钢复合板焊接工艺文献综述。
钛合金复合材料超声波焊接试验研究
钛合金复合材料超声波焊接试验研究引言:钛合金是一种具有良好机械性能和耐腐蚀性能的金属材料,被广泛应用于航空航天、汽车制造和医疗器械等领域。
然而,由于其特殊的物理和化学性质,钛合金焊接常常面临着挑战。
本文通过超声波焊接方法对钛合金复合材料进行试验研究,旨在探究其在焊接过程中的性能表现以及可能的优化方法。
第一部分:钛合金焊接的挑战1.1 物理性质与焊接困难钛合金具有高熔点、低热导率和低熔池流动性等特点,这使得传统的焊接方法难以应用于钛合金的连接。
传统的焊接方法往往需要高温和高能耗,容易导致材料变形、氧化、变质等问题。
1.2 界面反应与焊缝强度当钛合金与其他材料进行焊接时,界面反应可能导致焊缝强度下降。
界面反应包括金属间化合物形成、晶界溶解、氧化物生成等现象,这些过程对焊缝的质量和性能具有重要影响。
第二部分:超声波焊接原理2.1 超声波焊接的基本原理超声波焊接是一种利用超声波产生摩擦能量,通过界面摩擦加热使材料接触面快速熔化并实现焊接的方法。
它具有低温、低应力、快速连接等优点,适用于焊接高熔点材料如钛合金。
2.2 超声波焊接与钛合金超声波焊接可以通过在焊接过程中施加压力和摩擦力来实现材料的快速连接。
相较于传统焊接方法,超声波焊接具有较低的热输入,减少了材料的热变形及氧化反应,有利于提高焊缝质量和性能。
第三部分:超声波焊接试验设计3.1 实验对象本次试验选取了常用的钛合金复合材料作为试验对象,包括钛合金与不锈钢、铝合金等材料的焊接。
3.2 试验参数设置针对不同材料组合,我们对超声波焊接的参数进行优化设计。
参数包括焊接压力、焊接时间、摩擦力等。
第四部分:试验结果及分析4.1 焊接强度测试对焊接试样进行拉伸实验,评估焊缝的强度。
通过断裂面的形貌分析,判断焊接质量。
4.2 焊接界面分析通过光学显微镜、扫描电子显微镜等工具对焊接界面进行观察和分析,探究焊接过程中的界面反应。
4.3 优化方法探索根据焊接结果和分析,针对焊接强度不理想的试验组合,我们尝试调整焊接参数,并通过再次试验验证优化效果。
钛钢复合板研究报告
钛钢复合板研究报告钛钢复合板是一种新型材料,由钛合金层和钢板层通过爆炸焊接工艺镶嵌在一起形成。
钛钢复合板具有钢材的高强度和钛合金的耐腐蚀性和轻质特性,因此在航空航天、海洋工程、汽车制造等领域有着广泛的应用前景。
一、钛钢复合板生产工艺1.准备材料。
原材料是钛板和钢板,在生产之前要先进行预处理。
2.爆炸焊接。
爆炸焊接是将钛合金和钢板放在一起,通过爆炸产生的能量使两者融合在一起。
3.卷板。
将焊接好的钛钢板通过卷板机进行卷曲,制成所需的钛钢复合板。
二、钛钢复合板的性能特点1.高强度。
钢板层具有高强度,钛合金层也具有优异的强度特性。
2.耐腐蚀性。
钛合金层能够耐受海水、酸碱等强腐蚀介质,使得钛钢复合板在海上钻井平台、船舶制造等领域得到广泛应用。
3.轻质化。
钛合金层轻便,可以降低整体重量,使得机器设备在使用时能够更为灵活。
4.防爆性。
钛钢复合板的制作工艺具有防爆优势,可以用于制造安全强度要求高的设备。
三、钛钢复合板的应用领域1.航空航天领域。
航空航天器件的制造需要材料具有一定的耐压和耐高温性能,而钛钢复合板正好满足这一要求。
2.海洋工程领域。
海洋的盐度、温度、腐蚀性等特点,对材料的要求极为苛刻,而采用钛钢复合板能够有效减少海洋工程设备的维修成本。
3.汽车制造。
汽车制造行业中要求材料具有一定的安全性和重量要求,使用钛钢复合板能够在保证材料强度的情况下尽可能减少整车重量。
四、钛钢复合板的研究现状目前,钛钢复合板制作工艺已趋于成熟,但在制作过程中会遇到爆炸焊接技术难度高、钢板与钛合金的配合度不高等问题。
因此,目前的研究主要集中在加强钢与钛合金的结合度、钛合金层的稳定性、生产工艺的改进等方面。
预计在未来的研究中,钛钢复合板的应用领域将会进一步拓展,同时也会有更多的创新技术应用到钛钢复合板的生产中。
综上所述,钛钢复合板作为一种新型材料,在高强度、耐腐蚀性、轻质化等方面具备突出的优势,将在航空航天、海洋工程、汽车制造等领域得到广泛应用。
钛钢复合板焊接工艺探究
钛钢复合板焊接工艺探究作者:付波波来源:《科学与财富》2020年第32期摘要:本文结合笔者专业技术实践工作经验阐述了烟囱钢内筒钛钢复合板材料在焊前清理、对口形式以及焊接材料准备等各个重要环节的操作工艺技术要点、主要工艺技术参数,以期为焊工培训工作和钛钢复合板焊接施工作业提供参考。
关键词:烟囱;钛钢复合板;焊接1. 概况目前,钛钢复合板(TA2/Q235B)因耐腐蚀性高、强度大、物理特性非常好等优势特点在火电厂行业被作为烟囱内筒得到了广泛的应用。
文中钛钢复合板材料通过爆炸-轧制而成,其基板为Q235B,δ12mm。
复板为TA2,δ1.2mm。
选用钛贴条为TA2,δ1.6mm。
下文将对钛钢复合板焊接工艺进行更深的研究和探讨。
2.焊前准备工作2.1材料要求(1)所选材料必须符合火力发电厂建设设计图纸中烟囱的施工技术要求以及《钛制焊接容器》(JB/T4745-2002)规定,且均有材料质量保证书。
(2)各种钛钢材料在其使用之前必须进行酸洗的准备工作。
清水冲净烘干或风干。
若暂不用应妥善保管,避免二次污染。
2.2 焊工进行施工作业的焊工必须是持有国家权威机构认可的相关专业技术考试合格证才可以上岗工作。
2.3 焊口处理(1)焊口的坡口面必须要用机械的处理方法进行加工,并且要确保坡口与基板的错口值不能够超过钛钢板壁厚的10%同时要保证不大于1mm。
(2)焊工开始工作之前,要将钛钢坡口表面的所有污染物彻底清洗干净,保证所有焊件无污染。
对于钛材料焊件在使用物理方法清洗干净以后,还要用非常清洁的白布蘸上化学物质丙酮进行进一步擦洗。
清洗基层钢要使用纯手工工艺,清洗范围要确保大约在50mm。
党所有的焊件组彻底清洗干净立即施焊。
如果焊件的制作周期比较长,可以使用在焊接坡口贴免水胶带等方法来保证其清洁干净。
3.钛钢复合板焊接工艺技术及其控制要点3.1焊接工艺参数(1)钛钢板的主要生产方式是爆炸-轧制法,由于钛和钢两种金属材料在冶金工艺方面是不相容的,所以二者需要单独进行焊接。
《TC4-6061复合板热轧复合工艺及有限元模拟》
《TC4-6061复合板热轧复合工艺及有限元模拟》篇一一、引言随着现代工业技术的快速发展,复合材料在众多领域中得到了广泛应用。
TC4-6061复合板作为其中一种典型的金属复合材料,以其高强度、高耐腐蚀性及良好的可加工性而受到重视。
为了进一步提高复合板的性能和产量,热轧复合工艺成为研究的重要方向。
本文旨在探讨TC4-6061复合板的热轧复合工艺及其有限元模拟,为实际生产提供理论依据。
二、TC4-6061复合板概述TC4-6061复合板由钛合金TC4和铝合金6061构成,具有优异的力学性能和耐腐蚀性能。
该复合板的生产过程中,热轧工艺起着至关重要的作用。
通过对温度、压力和时间的控制,实现两种金属的有效复合。
三、热轧复合工艺1. 原料准备:选择合适的TC4和6061金属板材,进行表面处理,确保无杂质和氧化物。
2. 加热工艺:根据金属的相图和热处理特性,设定合理的加热温度和时间,确保金属达到可塑性状态。
3. 轧制工艺:采用多道次轧制,控制轧制速度和压力,使两种金属在高温下实现紧密结合。
4. 冷却工艺:轧制完成后,采取合适的冷却速率进行淬火处理,以提高复合板的硬度及机械性能。
四、有限元模拟为了更好地了解热轧过程中的金属流动行为和温度分布情况,本文采用有限元法对热轧过程进行模拟。
通过建立精确的数学模型,对热轧过程中的温度场、应力场及应变场进行模拟分析。
1. 模型建立:根据实际生产条件,建立合理的有限元模型,包括金属板材的几何尺寸、材料属性及热物性参数等。
2. 边界条件设定:根据实际生产过程中的加热、轧制和冷却条件,设定边界条件,如加热温度、轧制速度及冷却速率等。
3. 数值模拟:运用有限元软件进行数值模拟,得到热轧过程中的温度场、应力场及应变场分布情况。
4. 结果分析:根据模拟结果,分析热轧过程中的金属流动行为、温度变化及应力分布情况,为实际生产提供理论指导。
五、实验验证与结果分析为了验证有限元模拟的准确性,我们进行了实际生产实验。
钛钢复合板焊接工艺文献综述范文
钛钢复合板焊接工艺文献综述范文英文回答:Introduction:Titanium-steel composite plates are widely used in various industries due to their excellent mechanical properties and corrosion resistance. Welding is a crucial process in the fabrication of these composite plates, as it directly affects the joint strength and integrity. In this literature review, I will discuss the various welding processes and techniques used for titanium-steel composite plates.Friction Stir Welding (FSW):FSW is a solid-state welding process that involves the use of a rotating tool to generate frictional heat and plasticize the material. This process is particularly suitable for titanium-steel composite plates due to its lowheat input and absence of solidification issues. FSW can produce high-quality welds with minimal distortion and defects. For example, researchers at XYZ University successfully used FSW to join a titanium-steel composite plate for aerospace applications, achieving a joint strength comparable to that of the base materials.Laser Welding:Laser welding is another popular technique for joining titanium-steel composite plates. It utilizes a high-energy laser beam to melt and fuse the materials together. Laser welding offers several advantages, including precise control of heat input, narrow heat-affected zone, and high welding speed. A study conducted by ABC Company demonstrated the effectiveness of laser welding in joining titanium-steel composite plates for marine applications. The resulting welds exhibited excellent mechanical properties and corrosion resistance.Electron Beam Welding (EBW):EBW is a high-energy welding process that uses a focused beam of electrons to melt and join the materials.It is commonly used for welding titanium and steel due to its deep penetration and narrow fusion zone. EBW can produce high-quality welds with minimal distortion and excellent joint strength. For instance, a research team at DEF Institute successfully used EBW to join a titanium-steel composite plate for automotive applications, achieving a defect-free weld with superior mechanical properties.Conclusion:In conclusion, various welding processes and techniques can be used for titanium-steel composite plates, each with its own advantages and limitations. Friction stir welding, laser welding, and electron beam welding have been proven effective in joining these composite plates, providinghigh-quality welds with excellent mechanical properties and corrosion resistance. The choice of welding process depends on factors such as application, joint design, and material properties. Further research and development in this fieldwill continue to enhance the welding techniques and expand the applications of titanium-steel composite plates.中文回答:引言:钛钢复合板由于其优异的机械性能和耐腐蚀性而被广泛应用于各个行业。
制作钛钢复合板管箱的焊接工艺分析
过基层钢板加上复层处理的方式进行优化,如此不仅基本强度得到提高,同时抗腐蚀性也得到提高。
在此基础上对复层进行特殊处理,通过复层加盖板的形式,有效防止不锈钢层被介质腐蚀。
应用专用填充材料将盖板以及钛钢复合板之间进行充分填充,以此保证钛钢复合板焊接质量[2]。
作为金属元素,钛在液态时极易受到温度的影响,氢、氧和氮等气体均可被钛吸收,导致钛的性质出现变化。
氢、氧和氮等元素的吸入会影响到钛塑性,钛钢复合板焊接期间会出现韧性下降的情况。
碳钢基层焊接处理中,需要提前对接头位置进行复层剥离处理,如此可以避免焊接期间受到氧化影响导致碳钢基层焊接性能达不到理想要求[3]。
钛钢复合板管箱焊接期间,因为管箱设计要求,划分为A 、B 两种焊缝;管箱上开孔接管的焊缝,根据焊接规划,均采用焊接接头型式完成焊接处理,具体如图1和图2所示。
图1 焊接示意图 图2 焊接示意图焊接方法选择中,结合钛钢复合板电阻系数以及热容量等特点,加上其热导率相对较低,所以必须保证熔池尺寸以及焊接时候的温度。
尽量延长热影响区的停留时间,避免出现接头过热现象,同时还能有效规避晶粒粗大以及塑性低的情况[4]。
焊接方法选择,电流与焊接速度的控制,要求以小电流为主,加快焊接速度。
及时对钛钢复合板清根处理,防止出现铁离子污染现象,焊接方法以手工氩弧焊(如需)、手工焊、埋弧自动焊的综合焊接为主。
具体可参考NB/T 47015—2011《压力容器焊接规程》。
0 引言钛钢复合板管箱焊接工艺,因为钛合金本身具有超强耐腐蚀性,加上强度大等优势,不管是焊接性还是使用期间的韧性等,均为钛钢复合板管箱的应用创造更多空间。
当前航天行业、化工制造等行业均应用到钛合金材料。
尤其是化工行业,因为化学产品生产制造过程中均存在一定腐蚀性,加上应用材料特殊,所以需要应用钛合金材料的化工容器完成储备、反应等工作。
钛钢复合板管箱焊接操作工艺复杂,很多环节均要求能够一次焊接成型。
结合钛钢复合板管箱焊接工艺的应用进行优化分析,保证焊接工艺操作顺利完成。
钛钢复合板及其制备应用研究现状与发展趋势
钛/钢复合板是由钛板与钢板以层状方式组合而成的一类先进金属层状复合材料,兼具钛的优良耐腐蚀性能和钢的高强度、低成本的特点,在石化电力、盐化工、交通运输、展,市场对钛/钢复合板的尺寸规格、界面结合质量和力学性能等都提出了新的要求。
虽然爆炸复合法、爆炸‒轧制复合法、扩散复合法和轧制复合法(包括热轧复合法或冷轧复合法)都可以制备钛/钢复合板,但是这些方法普遍存在着污染环境、制备成本高、难以连续化制备、复合板尺寸规格受限以及质量和性能仍然偏低等问题,越来越无法满足市场不断提出的更高需求。
界面结合质量作为钛/钢复合板的重要性能指标始终是受关注的重点,表面处理方法、热轧温度、过渡层金属和热处理工艺等影响界面结合质量的因素也一直是该领域的研究热点。
因为钛/钢界面生成的TiC、FeTi或Fe2Ti等脆性相会损害钛/钢复合板的界面结合质量,而加入过渡层金属可以在一定程度上有效避免脆性相的生成,所以人们对钛/钢界面过渡层金属的选择和过渡层对界面结合质量的影响进行了大量研究,但过渡层金属的添加会增加原料和制备的成本,限制了工业化推广应用[6-11]。
国外对钛/钢复合板的研究较早,特别是日本、美国已经在化工、核电和海洋工程等领域大规模使用。
国内对钛/钢复合板的研究起步较晚,宽幅钛/钢复合板的制备技术仍不成熟,尺寸规格以及复合率、板形等产品质量与国外相比仍有较大差距。
本文从制备方法、界面特征、应用现状和发展趋势等多个角度对钛/钢复合板的研究开发现状进行了综述,以期为钛/钢复合板的深入理论研究提供参考,推动钛/钢复合板制备技术的进步,拓宽钛/钢复合板的应用领域。
1. 钛/钢复合板的研究现状原材料情况决定了钛/钢复合板的制备方法和应用领域,而复合板尺寸、界面特征和力学性能则是影响钛/钢复合板实际应用的主要指标和关键因素。
所以,原材料情况以及复合板尺寸、界面特征和力学性能一直都是钛/钢复合板研究开发所关注的热点和重点内容。
1.1 原材料情况钛的原子序数22、原子质量47.87,在低于882 ℃为密排六方结构的α-Ti,当温度超过882 ℃后,钛会转变为体心立方结构的β-Ti。
浅述钛钢复合板焊接工艺
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钛垫板 60° 图1 焊接接头形式
1 钛复层复合钢板的焊接特点
1.1 钛和钢在冶金上是不相容的,因 此,钛复层与钢基层应单独进行焊接。 1.2 钛是化学性非常活泼的金属,在 液态或高温固态下,极易吸收氧、氮、 氢等气体。钛从250℃开始吸氢,500℃
作者简介: 黄孝鹏(1985-),男,技师,自参加工作后一 直从事焊接工艺工作。
要组成部分,焊接工艺评定标准本身 就十分难懂,因此要求焊接技术人员 对这个标准要深刻领会其内在的内容 含义及其指导意义,只有深刻理解这 个标准才能正确地运用标准,从而确 保压力容器产品的焊接质量。
参考文献
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开始吸氧,600℃开始吸氮,使塑性降 低。因此,焊接基层前应将接头部位 的复层去除,以防止因氧化而使性能 下降。为此,我们采用了如图1所示的 接头形式。
简述钛合金复合钢板焊接技术
简述钛钢复合板的焊接技术钛有第三金属”之称,有高的比强度,良好的塑韧性和耐腐蚀性,已被广泛应用在航空航天、造船及化学工业中。
正是由于材料本身及焊接的特殊性,以及钛钢复合板焊接属于比较新的施工领域,施工措施还不成熟、不完善,致使现场焊接施工中经常会出现质量问题。
一、焊接方法的选择由于钛钢复合板基层钢材质为Q235钢,焊接工艺已经相当成熟稳定,因此可用多种焊接方法,焊条电弧焊、CO2气体保护焊以及焊条电弧焊/埋弧焊。
但考虑到现场实际施工问题,焊条电弧焊效率比较低,还要专门清理熔渣;采用焊条电弧焊/埋弧焊方法,需要焊条电弧焊打底,增加工序,且由于埋弧焊焊接参数较大容易击穿打底层,焊接质量难以保证,而且热影响区较大,会对附近复合区钛板造成一定负面影响;CO2气体保护焊为半自动化操作,而且减少了中间环节,大大提高了焊接施工效率,有利于保证施工进度和焊接质量。
但由于CO2气体保护焊产生的飞溅较大,因此建议使用Ar CO2气体的混合气体。
钛钢复合板焊接采用钨极氩弧焊,施工的关键点在于钛板的焊接。
一般现场为钛填条搭接焊,钛填条厚度为1.5mm,钛板厚度为1.2mm。
由于钛元素在元素周期表中属于过渡元素,具有一定的化学活性。
光洁的钛板在常温下就能与空气中的氧发生反应,并且随温度的升高活性增加,达到250℃时开始吸氢,400℃时开始吸氧,600℃时开始吸收氮元素,与氢、氧、氮元素发生反应,生成各种钛化合物。
或溶解于钛晶粒组织中,形成间隙固溶体,改变金属晶格,降低钛板的力学性能和使用性能。
为此,在钛板焊接的过程中,必须做好钛板、钛填条、钛焊丝的清理和焊接过程中的防护工作。
二、焊接参数选择焊接参数选择也会对钛焊缝及热影响区组织产生很大影响。
由于钛金属具有熔点高、热容量大和导热性差等特性,如果选择焊接参数较大,热输入量多,会造成高温热影响区较宽,高温停留时间较长,致使焊缝和热影响区晶粒粗大,甚至出现钛板与基层钢互溶。
两者互溶所产生的中间化合物是脆性组织,破坏和改变了原有金属晶格,是焊缝中的应力集中点和薄弱环节,增加焊缝脆性,降低了焊缝的塑韧性以及屈服强度、抗拉强度,使钛钢复合板焊缝的力学性能急剧下降。
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钛钢复合板焊接有限元模拟研究进展汪强1,2,郭润元3,曾良4,程逞1,2,杨军1,2(1.国家石油天然气管材工程技术研究中心,陕西宝鸡721008;2.宝鸡石油钢管有限责任公司钢管研究院,陕西宝鸡721008;3.西安理工大学自动化与信息工程学院,西安710048;4.宝鸡石油钢管有限责任公司输送管公司,陕西宝鸡721008)摘要:为了深入分析钛钢复合板不同焊接方式下焊接过程的残余应力变化,以有限元数值模拟在钛钢复合板焊接方面的研究现状为基础,结合目前钛钢复合板焊接中的常用方法及工艺特点,分析了钛钢复合板焊接过程有限元模拟的研究进展和发展趋势,分析认为,后期钛钢复合板焊接有限元模拟研究应考虑将实际熔焊工艺中的组合焊纳入研究范畴,并开展不同组合坡口下的多层多道焊接过程模拟,从而得到更为合理的焊接参数。
关键词:钛钢复合板;焊接;有限元模拟;熔焊中图分类号:TG457.19文献标志码:B DOI:10.19291/ki.1001-3938.2016.08.013 Research Progress on Finite Element Simulation of Titanium Steel Clad Plate Welding WANG Qiang1,2,GUO Runyuan3,ZENG Liang4,CHENG Cheng1,2,YANG Jun1,2(1.Chinese National Engineering Research Center for Petroleum and Natural Gas Tubular Goods,Baoji721008,Shaanxi,China;2.Baoji Petroleum Steel Pipe Co.,Ltd.,Baoji721008,Shaanxi,China;3.School of Computer Science and Engineering,Xi’an University of Technology,Xi’an710048;4.Baoji Line Pipe Company of BSG Group,Baoji721008,Shaanxi,China)Abstract:In order to deeply analyze the residual stress variation of titanium steel clad plate under different welding method in welding process,based on current research status of finite element numerical simulation in the aspect of titanium steel clad plate welding,combined with the commonly used methods and process characteristics of titanium steel clad plate welding,it analyzed the research progress and development status of finite element numerical simulation.The results indicated that the combination welding in actual welding process should be brought into finite element simulation research of titanium steel composite plate welding.Meanwhile,the simulation process of multilayer and multi-pass welding under different combination groove should be conducted to get more reasonable welding parameters.Key words:titanium clad steel plate;welding;finite element simulation;fusion welding随着油气开采难度的不断加大,油田对管材的特殊性能要求也越来越苛刻,尤其对管材的耐蚀性和力学性能提出了较高的要求。
为此,钛钢复合材料以其具有高耐蚀性和高强度的特点,而备受石油、电力等行业的高度关注[1]。
钛和钢的结晶性能和热物理性能差异很大。
焊接时,钛复层与钢基层结合部位极易形成脆性相,且焊后接头处常因残余应力形成微裂纹而失效。
为了深入分析钛钢复合板不同焊接方式下焊接过程的残余应力变化,国内外已有许多学者通过试验进行了大量的研究,但试验周期长、耗时耗力,难以直观地研究焊接过程的温度场、残余应力和变形之间的规律,且不利于分析复杂结构件的焊接过程[2]。
随着计算机技术的发展、焊接理论更新、钛和钢性能参数的不断完善,通过数值模拟的方式分析钛钢复合板的焊接过程已逐渐成为焊接研究的焦点。
*基金项目:国家高技术研究发展计划资助项目“双金属层状结构复合管材技术研究”(项目号2013AA031303)。
54··HANGUAN1钛钢复合板主要焊接工艺钛钢复合板是以碳钢为基层,工业纯钛或钛合金为复层的双金属复合板。
复合板主要通过爆炸焊或轧制等方法制成,而在制成工业产品的过程中常采用焊接的方式连接。
钛钢复合板焊接主要有钎焊、熔焊、爆炸焊、扩散焊等方法[3]。
其中,钎焊焊接接头的强度较低,难以满足实际使用要求;爆炸焊主要用于钛钢复合板的制备,暂时无法用于复合板材对接;扩散焊虽具有焊后显微组织和性能与母材接近或相同,焊缝中几乎不存在各种熔焊缺陷,不存在具有过热组织的热影响区,且焊接重要工艺参数(温度、压力、时间、表面状态、气氛)易于控制等优点,但其实际应用受到焊件结构的制约,难以大范围运用。
而熔焊依靠其适应性强和工艺灵活度高等特点成为钛钢复合板对接的主要方式。
钛钢复合板熔焊连接主要有盖板搭接连接和直接熔焊连接两种。
盖板搭接连接是当基层钢板焊完后,在焊缝上方加盖盖板,完成钛盖板与钛复层的焊接。
盖板搭接连接时,钢基层使用V 形或U 形坡口,钛复层根据盖板的形状和厚度采用不同的坡口形式,如图1所示。
图1钛钢复合板盖板搭接连接坡口形式直接熔焊连接是指焊接接头全采用熔焊方式形成,钢基层与钛复层之间通常用金属过渡。
过渡金属可以采用一种或多种,但必须保证与钛、钢都具有良好的焊接性。
直接熔焊连接的坡口的形貌不仅影响熔融金属的流动和温度梯度分布,还对焊接残余应力和变形有较大的影响。
因此,熔焊坡口形貌也是钛钢直接熔焊连接的研究重点。
目前使用较多的坡口为X 形、V 形、U 形、Y 形及组合形。
如图2所示。
目前形成的比较成熟的钛钢直接熔焊连接工艺主要是:①钢基层—过渡层—钛复层的焊接顺序,钢基层采用CO2气体保护焊或手工电弧焊,中间过渡层和钛基层均采用氩弧焊焊接,焊后用氩气保护冷却至一定温度。
②钛复层—过渡层—图2钛钢复合板熔焊连接坡口形式55··钢基层的焊接顺序,复层采用氩弧焊焊接,基层采用半自动熔化极氩弧焊打底,CO2气体保护半自动焊多层多遍进行填充及盖面。
2钛钢复合板焊接的有限元模拟研究现状通过试验研究,钛钢复合板焊接接头性能虽然取得了一定的成果,但仍然很难满足钛钢复合板大范围的实际应用。
然而,钛钢复合板焊接工艺和结构的复杂多变致使仅通过试验的方式难以全面分析焊接中的温度场和应力应变分布。
为此,近年来焊接工作者针对钛、钢以及钛钢复合板的焊接过程进行了大量的数值模拟研究。
钛钢复合板焊接有限元模拟的发展先后经历了3个阶段:①钢-钢焊接模拟和钛-钛焊接模拟;②钛/钢复合板的爆炸焊制备过程的模拟;③钛钢复合板对接焊过程模拟。
2.1钛-钛焊接过程模拟CHO等[4]人依据焊接试验参数模拟计算了TC4钛合金焊接过程中的温度场及应力分布,获得的结果与试验一致。
TENG等[5]基于有限元计算软件ANSYS对钛合金平板单道焊接过程中的残余应力进行了预测计算,并分析了模型几何尺寸、焊接速度和其他外部条件等参数变化时的焊接温度和应力结果。
于澜[6]利用ANSYS软件,分别模拟计算了TIG焊接TA15钛合金平板、T型接头及某型飞机钛合金壁板过程的温度和应力应变分布。
在此基础上,研究分析了焊接顺序变化时焊接构件的焊后残余应力分布特点和形变状态,为钛合金试验焊接工艺的优化提供了理论依据。
彭善德[7]采用ANSYS软件对TC4搭接接头的激光焊接热效应进行模拟分析。
其模拟运用间接法,先进行了一个非线性瞬态热传导过程分析,获得搭接焊接头的温度场分布;然后在温度场载荷作用过程中,进行了一个准稳态的热弹塑性力学分析,得到焊接残余应力和变形云图。
此外,针对激光深熔焊的小孔传热特征,建立了一个用于钛合金薄板焊接的组合热源模型。
通过与不同焊接工艺条件下的试验结果对比,得出模拟熔池的表面宽度、搭接面宽度和熔深结果,与试验值相比差约10%,进一步证实了热源模型的合理性。
胡美娟等[8]在ANSYS有限元分析软件基础上,建立12mm厚TC4钛合金平板电子束焊接过程的三维有限元数值计算模型。
该模型充分考虑了电子束焊接时的小孔效应;材料的热、力学性能与温度的关系;及材料的相变和焊接熔池中液体的对流散热。
其模拟获得的焊缝宏观形貌和焊接残余应力与试验测得的结果吻合度较好[9]。
曾庆继等[10]通过工艺试验总结出9mm厚TC4电子束焊接的最佳工艺参数,在此基础上,利用有限元计算软件ABAQUS建立了穿透性强的圆锥热源和辐射性强的双椭球热源,从而组成复合热源模型。
模拟获得的焊缝形貌和表面残余应力分布结果与试验结果高度一致。
另外,分析得出焊缝周围存在较高残余应力,焊件内部有危险的三维拉伸应力存在。
2.2钛/钢复合板爆炸焊制备模拟爆炸焊作为钛/钢复合板板材制备的主要方式广泛运用于石化电力等行业,而由于爆炸焊的特殊性,通过数值模拟研究爆炸焊接参数机理成为一种行之有效的分析手段。
王飞等[11]利用二维有限差分法对爆炸焊接中的波状界面结合过程进行了模拟研究,得出界面处的剪力流速度分布和周期性扰动是波状界面和涡街形成的主要原因。
另外,定量模拟分析了波状界面的涡流参数值,其模拟结果得到了验证。
薛治国[12]针对在爆炸焊接特别是大面积爆炸焊接过程中出现的板间不复、周边打伤、界面不良和变形严重等问题进行了有限元数值模拟,提出了一种合理的爆炸焊接参数调整与优化方法。