铝-钢复合管爆炸焊接数值模拟及实验研究

摘要

爆炸焊接方法生产的复合管产品具有成本低，复合质量高，无焊缝和无电位腐蚀等突出优点，能够满足军工、石油管道、化工等领域诸多需求。目前国内复合管爆炸焊生产中工艺参数选取大都参考以往经验，不同工艺参数之间存在较大差异，复合管生产和产品研发进程缓慢。因此采用系统、科学的研究方法对复合管爆炸焊接进行研究具有非常重要的意义。
　　本文采用程序计算核电站冷却水管常使用的铝-钢复合管的爆炸焊接理论窗口参数值和工艺参数值，利用Ansys/Ls-Dyna模拟软件进行显式动力分析，对爆炸焊接实验参数下的不同模型进行数值模拟，设计并进行了铝-钢复合管爆炸焊接实验。针对不同参数下得到铝-钢复合管样品，采用无损检测、金相观察和力学性能检测方法进行评价。
　　结果表明:编制的“复合管爆炸焊接参数计算程序”能够计算出指导实验的工艺参数;数值模拟发现铝-钢复合管爆炸焊接过程中复管材料会发生极大的塑形变形和流体化现象，界面处存在极大的塑形变形能;间隙过大会导致复管飞行速度过快，复管铝材来不及形变而产生拉断缺陷;焊接能量不足导致管材端部分层缺陷;装药厚度7mm，间隙高度1.0mm是文中铝-钢复合管的最佳制备参数。
　　综上所述，本文以铝-钢爆炸焊接复合管为实例，成功试制铝-钢复合管，得出最佳工艺参数，采用系统性的爆炸焊接参数计算、数值模拟和爆炸焊接实验相结合的研究方法是合理可行的。本文的研究结果为改进和提高爆炸焊接复合管生产和研究工作提供了新的思路。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景与意义

1．1．1 爆炸焊接的简介

1．1．2 复合管爆炸焊接的发展

1．1．3 复合管爆炸焊接的特点

1．2 国内外研究现状

1．2．1 爆炸焊接机理的研究现状

1．2．2 复合管爆炸焊接的研究现状

1，2．3 数值模拟在复合管爆炸焊接领域应用的研究现状

1．3 本文研究的主要内容及工作

2 铝-钢复合管焊接理论窗口及工艺参数计算

2．1 爆炸焊接窗口基本理论

2．2 铝-钢复合管爆炸焊接窗口参数选取原则

2．2．1 边界参数确定

2．2．2 理论最佳参数的确定

2．3 铝-钢复合管爆炸焊接工艺参数的理论最佳选择

2．4 Visual Basic参数计算程序

2．5 铝-钢复合管爆炸焊接相关参数的计算

2．6 本章小结

3 铝-钢复合管爆炸焊接数值模拟

3．1 概述

3．2 Ansys／Ls-Dyna显式动力学分析简介

3．2．1 控制方程

3．2．2 离散单元与沙漏控制

3．2．3 模拟爆炸焊接的合适算法选择

3．3 铝-钢复合管爆炸焊接的模拟过程

3．3．1 模型的建立

3．3．2 划分网格

3．3．3 接触算法的定义

3．4 数值模拟结果与分析

3．4．1 焊接过程结果与分析

3．4．2 不同实验方案结合界面压强结果与分析

3．4．3 不同实验方案复板飞行速度结果与分析

3．4．4 不结合区域的成因分析

3．5 本章小结

4 铝-钢复合管爆炸焊接实验

4．1 概述

4．2 实验方案设计

4．2．1 实验装置设计

4．2．2 方案设计

4．3 爆炸焊接野外爆炸实验

4．3．1 实验材料准备

4．3．2 实验步骤

4．3．4 注意事项

4．4 检测设备与检测方法

4．4．1 无损检测

4．4．2 金相检测

4．4．3 力学性能检测

4．5 实验检测结果

4．5．1 无损检测结果

4．5．2 金相检测结果

4．5．3 力学性能检测结果

4．6 结果分析

4．6．1 装药厚度

4．6．2 间隙高度

4．7 本章小结

5 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果