工程碩士畢業論文開題報告

時間：2024-10-21 21:52:06 碩士論文

工程碩士畢業論文開題報告

　　在學習、工作生活中，報告的用途越來越大，報告中提到的所有信息應該是準確無誤的。相信許多人會覺得報告很難寫吧，以下是小編為大家整理的工程碩士畢業論文開題報告，供大家參考借鑒，希望可以幫助到有需要的朋友。

工程碩士畢業論文開題報告

工程碩士畢業論文開題報告1

　　1、研究的背景及意義

　　獨山子石化公司認真貫徹落實集團公司工作會議精神，圍繞股份公司總部“建設國際綜合性能源公司”的戰略目標，開始了一系列的大型建設工程。其中具有代表性的大型建設工程是獨山子石化1000萬噸煉油及120萬噸乙烯改擴建工程。

　　煉油部分：建設1000萬噸常減壓、120萬噸延遲焦化、200萬噸蠟油加氫裂化、300萬噸直餾柴油加氫精制、80萬噸催焦化柴油加氫等10套裝置。

　　化工部分：建設100萬噸乙烯、60萬噸全密度聚乙烯、30萬噸高密度聚乙烯、55萬噸聚丙烯、60萬噸芳烴、32萬噸苯乙烯、13萬噸聚苯乙烯、13萬噸丁二烯、12萬噸MTBE/丁烯-1、10萬噸丁苯橡膠、8萬噸SBS、2萬噸己烯-1等12套裝置。

　　公用工程部分：主要建設3臺10萬千瓦汽輪發電機組、5臺410噸/小時循環流化床鍋爐的動力站，以及系統配套項目。

　　該工程是目前國內最大的煉化一體化工程，是西部大開發標志性工程之一，是中國石油“十一五”重點工程。工程對于拉動地方經濟、繁榮西部具有重要的意義。工程總投資300億元，稅后財務內部收益率12.5%，稅后投資回收期8.77年。于2005年8月22日破土動工。

　　獨山子石化公司在千萬噸煉油百萬噸乙烯工程建設過程中，積累了大量的科學的項目管理經驗，建立了高效的管理體系和運行機制，同時也有一定的執行過程的問題。因此，根據獨山子石化千萬噸煉油百萬噸乙烯工程建設實際情況，分析現有工程管理體系的利弊、存在的問題，總結出完善過程管理的思路和做法，為今后的工程建設提供有益借鑒，將是十分有意義的。

　　2、國內外研究成果簡述

　　現代項目管理將整個項目管理工作,看成是一個完整的管理過程，并且將各項目階段的計劃、實施、控制等具體管理活動,看成是一個個完整的工作過程�，F代項目管理要求在項目管理中，要根據具體項目所屬專業領域的特性和實現過程的特定情況，及實現過程中所面臨的各種限制條件，將一個項目劃分成各個便于管理的項目階段，并將這些不同項目階段的管理活動進一步劃分成一系列的具體管理過程，分階段、按過程做好一個項目的管理�，F代項目管理的目標，是要在生成項目產出物(成果)的實現過程中，通過項目的管理過程去保障項目目標的實現。

　　近年來，結合多年的管理實踐，建設部會同有關部門共同編制了《建設工程項目管理規范》，全面總結巧年來建筑業企業借鑒國際先進管理方法，推行施工項目管理體制改革的主要經驗，進一步規范全國建設工程施工項目管理的基本作法，促進建設工程施工項目管理水平，與國際慣例接軌拉，以適應社會主義市場經濟發展的需要[7]。經國家有關部門會審，批準為國家標準，并于2002年5月1日起施行。但系統的引進項目管理的知識還是近幾年的事。

　　1999年11月，我國與PMI簽訂合作協議，正式將PMP認證引入中國時，國內知道項目管理知識體系和PMP的人很少。2000年6月中國首次PMP考試也僅有60多人參加。如今，隨著我國經濟的迅速發展，國內大量的建設項目，如:三峽工程，西氣東輸，2008北京奧運會，2010上海世博會等等，需要大量的項目管理專業人才。同時，隨著經濟全球化進程的加快，人們從各種渠道越來越多的接觸到項目管理的知識，并逐漸認識到項目管理知識的重要性。

　　近年來，我國掀起了學習項目管理知識的熱潮。項目管理在TI行業中的應用與推廣正方興未艾，己呈星火燎原之勢。因為TI行業強烈的示范作用而成為項目管理知識推廣的強力推進器。如今，PMP認證與MBA，MPA文憑一樣成為中高級管理人員熱捧的`對象。這一輪熱潮的興起大大加快了我國在項目管理方面與國際接軌的速度。

　　上個世紀60年代，項目管理還處于起步階段，學術論文很少。到了70年代，對項目管理軟件的開發和使用已成為趨勢:有些研究成果已涉及到了圖形評審技術(PERT)的應用。這個時段的研究焦點是:成本與進度控制，績效考評，工作分解結構(簡稱:WB S)的使用，全生命周期管理。本階段的學術研究大多由政府部門主持與發起，由商業與教育機構發起的研究已有所增加。70年代末期，成本設計(design-to-cost)，全生命周期成本的概念己在學術論文中出現，并在80年代發展為一個通用的概念，特別是在政府機構與防衛部門中。

　　80年代，關于項目管理的學術論文顯著增長。研究專注于成本設計和生命周期成本。關于項目風險管理，成本/進度控制指標體系和掙值(Earned Value)的概念已出現。其它涉及較多的研究范圍還包括:團隊建設，質量管理，人工智能、專家系統，知識庫系統。

　　到了90年代，大量的研究集中于人力資源方面，包括:團隊建設，領導能力開發和激勵:并有大量的文章集中于風險管理，質量管理和溝通管理。

　　項目管理的未來發展方向有:

　　a.標準化的過程和工具，以及標準化的術語，有助于項目成功;

　　b. Web技術將在幫助項目溝通與協同中發揮巨大的作用;

　　c.使用被普遍接受的項目管理實踐與觀念將會在承包合同的要求中寫明;

　　d.項目管理的外購服務將會被絕大多數公司所采用。

　　3、研究內容與方法

　　將按照《工程項目管理學》理論，分析千萬噸煉油百萬噸乙烯工程目前管理存在的主要問題及原因，提出加強工程管理的改進建議。論文的基本內容和框架結構設計如下。

　　1 前言

　　2 項目管理理論方法及應用綜述

　　2.1 現代項目管理理論與方法綜述

　　2.2 石化建設工程項目特點

　　2.3 現代項目管理理論與方法在石化建設工程項目管理中的應用

　　3 獨山子石化千萬噸煉油百萬噸乙烯工程及項目管理體系

　　3.1 獨山子石化千萬噸煉油百萬噸乙烯工程概況

　　3.2工程建設項目管理體系與管理機制

　　4 獨山子石化煉油乙烯工項目管理實踐的分析

　　4.1 項目管理體系結構分析

　　4.2 HSE管理分析

　　4.3工程質量管理分析

　　4.4 招投標管理分析

　　4.5 物資采購管理分析

　　4.6 工程進度管理分析

　　5 總結與建議

　　在研究方法與思路方面,廣泛收集有關工程建設有關資料，分析現有工程管理體系中存在的差距以及完善工程管理體系面臨的問題，著眼于工程建設主要環節，從整體性和系統性的角度，構建工程建設管理整體框架，提出符合企業實際的對策。目的在于建立符合獨山子石化公司管理需要的內部控制體系，總結出加強和完善工程建設的思路和做法。

　　4、開題條件

　　本人在中國石油大學(北京)攻讀工程碩士學位期間，按照工商管理學院項目管理工程碩士培養方案的要求，已修業完成了相關課程和必修環節，學分達到了規定的要求，經學院考核合格，導師同意進入論文階段。

　　5、時間安排

　　20xx.02—20xx.05 選題、文獻查閱，完成文獻綜述

　　20xx.06—20xx.10 完成開題報告

　　20xx.10 開題答辯

　　20xx.11—20xx.02 撰寫論文初稿

　　20xx.03—20xx.05 完成論文中稿

　　20xx.06—20xx.10 論文定稿、答辯

工程碩士畢業論文開題報告2

　　一、背景及研究意義

　　1.1背景

　　電力系統運行是電力安全生產的重要環節，其高度可靠性和高度安全性對運行、檢修人員提出了較高的要求。對于電力生產人員，不僅需要掌握相關理論知識，還需要在理論基礎上鍛煉其實際應用和操作能力，因此，多年來電力系統仿真一直是電力行業科研人員研究的重要課題。我國自八十年代引進第一套300MW火電機組仿真培訓系統以來，已先后開發了核電站仿真培訓系統、變電站仿真培訓系統、電網調度仿真培訓系統等，這些系統為提高電力操作人員的技術水平，保證電力安全、優質、高效地生產做出了很大的貢獻[1,2,3].

　　但隨著計算機技術的快速發展，原來的培訓學習系統以逐漸不適應數字時代的發展。比如基于物理的培訓系統,需要專用設備實現，設備不僅相對復雜，需要相對較大的空間，而且價格昂貴，學習人員不得花費大量的時間和精力到專門的培訓部門學習。這在一定程度上限制了學習人數和質量[4].因此，近年來虛擬顯示技術被逐漸引入到了電力系統計算機仿真教學培訓中。

　　1.2意義

　　在電力行業中，由于電是很危險的，每一個生產環節中都可能存在安全隱患，并且不是每一個生產現場都可以進去的；同時電力設備的昂貴，一旦發生事故則損失慘重。利用虛擬現實技術虛擬電力培訓系統，不僅能節省資金,降低危險，還能使這些環節聯系更加密切，使受訓員工進入每個部分進行深入了解，往往會學到現實當中無法接觸的東西[5,6].本課題利用計算機在虛擬現實環境中，模擬二次回路故障現場情況，并可以與實際的二次裝置相連接，使學員能夠在虛擬與現實相結合的環境下，進行所有二次項目的判斷、查找以及故障處理的訓練。

　　二、國內外研究現狀與存在的主要問題

　　電力系統中仿真的應用有著至關重要的作用和意義，無論實在計算潮流、穩定性分析、系統規劃、事故分析，還是對電力系統工作人員的培訓等方面，都離不開電力系統仿真，對于電力系統的仿真現在大致可分為三種：

　　一、主要針對電力系統電磁暫態及機電暫態分析的仿真，其主要由一些仿真軟件來實現，如Matlab、PSASP、 EMTP、PSCAD、BPA等，這些軟件具有強大的模塊分析的功能，用程序模塊實現電力系統裝置各種可能的功能元件，在仿真時用圖形操作將這些功能元件按被試裝置的實際結構組成裝置的軟件框圖，根據電力系統的運行結構和參數,對系統各種情況下穩定性及動態特性進行分析、研究[7,8,9,10,11].

　　二、為物理操作方面的仿真，這種仿真技術在電力系統中主要分為三大塊：電站仿真、電網仿真和變電站仿真,其主要是由仿真機來實現的。

　　一般仿真機主要由三個部分組成：仿真計算機、I/O接口系統和控制操作盤臺。運行技術人員通過控制操作盤臺上的模擬操作器、邏輯操作器或按鈕、開關把手等進行所需的有關操作例如增加或降低某些設備的負荷，也可能是啟動或停止某些設備。這些操作信號經過I/O接口的輸入通道進入仿真計算機，仿真計算機按照輸入值的變化，根據所編制的程序進行數學模型運算或邏輯判斷，把運算和判斷結果通過I/O接口輸出通道送到控制操作盤臺上的顯示設備，顯示出整個發電機組各參數的動態變化規律[12],例如各參數點的`壓力、溫度、流量、汽包水位、汽輪機轉速、發電功率等，以及各個主、副設備的運轉狀態，如某設備正在運行中或處于停止狀態等。

　　仿真機一般用于電廠、變電站和電網調度運行操作人員的培訓，且已經取得了非常好的效果。仿真機的主要任務是培訓運行操作人員、管理人員、技術干部，使其熟悉掌握機組的全部操作，包括正常工況、異常工況和事故狀態的操作與處理，以及自動控制系統投入運行和切除條件下的操作。其可以為學員創造一種身臨其境、完全真實的建構主義學習環境，為實現“學生中心，從做中學”提供了理想的條件[13,14,15].

　　仿真機的應用主要有以下特點[16]:

　　1、經濟性

　　在仿真機出現以前，電站機組的運行人員往往只能通過理論知識和實際機組的跟班操作，即“師傅帶徒弟”的模式，才能獲得對機組的操作與控制能力。而仿真機在實際投運后，極大地縮短了培訓周期，減少了培訓費用。同時增強了培訓效果運行人員在培訓的時段內，可以自由地操作控制虛擬的機組。能夠予以各種運行設置，有練習機組突發事故的機會。它所帶來的是機組運行的新概念與全新操作感受。

　　2、安全性

　　仿真機問世后，可以放心地在仿真機進行大量故障設置，針對事故的緊急排除，及早消除隱患。由于是軟件操作，不存在任何的安全問題。在培訓期間，運行人員的安全，可以給培訓人員提供較為寬松的環境，提升培訓效果,讓運行人員在真正的事故中處理起來更加得心應手。這樣，就為電站的運行安全增加安全系數。

　　3、靈活性

　　在實際運行的機組上進行運行人員的培訓，一般都會受具體環境制約培訓。而如今的培訓階段，教練員又可以依據相關的情況。例如運行人員的運行水平和機組的特性，合理地安排培訓范圍與培訓內容。在培訓課上，教練員能夠方便的確定機組運路線、安排啟停機、故障的預設置、仿真速度的調節、事故追憶的多次練習等。

　　其缺點是只有二維畫面，無法給使用者以真實的三維感覺；使用專用設備來實現物理仿真，導致了仿真培訓系統的龐大、復雜及昂貴；仿真培訓系統難以隨真實系統的變化而變化等。

　　三、應用虛擬現實技術的仿真培訓系統

　　虛擬現實（VR:VirtualReality）技術是20世紀80年代末90年代初崛起的一種實用技術，它是一種綜合計算機圖形技術、人工智能、仿真技術等多種學科而發展起來的新技術[17,18,19,20,21].它由計算機硬件、軟件以及各種傳感器構成三維信息的人工環境--虛擬環境，以模擬方式為使用者創造一個實時反映實體對象變化與相互作用的三維圖像世界，在視、聽、觸等感知行為的逼真體驗中，參與者可以直接探索虛擬對象在所處環境中的作用和變化,仿佛置身于一個虛擬的世界中[22,23,24].

　　與以往的仿真培訓系統相比，基于虛擬現實技術的電力系統仿真培訓系統具有以下優點[25,26,27,28,29]:①充分利用文本、圖形、三維影像、三維動畫和聲音等多媒體表現形式刺激學員的視覺、聽覺神經，調動學員的積極性和主動性，從而改善了培訓效果；②既可以降低培訓系統的硬件投資，又能方便及時地反應電廠、變電站等的變化。因此采用虛擬仿真培訓系統有助于實現對于不可視、不可摸、不可入的危險場所的仿真以及解決培訓設備不足、型號落后且難以更新換代等困難。

　　虛擬現實技術所具有的主要特點是[30,31]:

　　沉浸性（Immersion）：指計算機操作人員作為人機環境的主導者溶入于虛擬環境中，通過多維方式與計算機所創造的虛擬環境進行交互，能使參與者全身心地沉浸在計算機所生成的三維虛擬環境中，產生身臨其境的感覺。

　　交互性（Interaction）：是指操作者與虛擬環境中所遇到的各種對象的相互作用的能力，它是人機和諧的關鍵性因素。交互性包含對象的可操作程度及用戶從環境中得到反饋的自然程度、虛擬場景中對象依據物理學定律運動的程度等。

　　構想性（Imagination）：是通過虛擬現實，從定性和定量綜合集成環境中結合，引導人們去深化概念和萌發新意，抒發人們的創造力。

　　目前美國、加拿大等國家已經開發了基于虛擬現實技術的電廠、變電站仿真培訓系統[31],我國在這方面也取得了一定的突破，國內的一些大學和電力公司已經開發出了虛擬變電站、電廠仿真培訓系統，如江西贛東北供電公司的110kV東風變電站虛擬變電站仿真培訓系統[2].但這些仿真系統都是針對電廠、變電站的運行、巡視等方面的培訓[33].

　　對于電力系統二次回路檢修的培訓，至今仍停留在“師傅帶徒弟”的模式在實際系統上現場培訓，由于電廠、變電站始終處于穩定工況下連續運行，受訓人員的檢修知識只能從理論學習或師傅的口頭傳授上獲得，很難在頭腦里建立起具體的認識，只有在某一設備出現故障的情況下，受訓人員才能在老師傅的帶領下進行故障處理，受訓人員很少有自己動手操作的機會，尤其是對于一些極少發生的故障處置就更難有機會學習。

　　目前，虛擬現實的開發軟件主要用OPENGL[1,4]、VRML[3]、VRP等，本課題利用虛擬現實平臺（VRP）軟件，根據豐滿電站的實際系統建立與實際一致的虛擬現場，再根據所收集到的各種故障及其所對應的狀態、信號和現場表現，在虛擬模型中將這些現象表現出來，力求與實際現象相一致，使受訓人員能夠在虛擬現實中得到與實際現場一樣的訓練。其具體步驟如下：

　　1、教員平臺和故障顯示平臺的建立

　　此步工作可分為教員平臺和故障顯示平臺兩部分，分別由兩臺顯示器顯示。

　　教員平臺可以由教員設置故障的類型和地點，并觀看學員的操作過程，對學員的操作打分，回放故障發生及保護動作過程。在第二步工作完成后，教員平臺還可以通過仿真軟件將設置的故障信號輸出給實際保護裝置。

　　故障顯示平臺可以顯示在運行值班室所反映出的故障信號，及相應的光字牌。

　　2、計算機仿真與實際保護裝置的連接

　　在教員平臺中建立大型電力系統電磁暫態仿真計算系統，將教員平臺設置的故障信號轉換成模擬信號輸出給保護裝置，并將保護裝置的動作情況反映到故障顯示平臺上。

　　3、虛擬現場的建立

　　利用一臺顯示器構建出一個與實際現場環境基本一致的虛擬現場，對應教員平臺所設置的故障，在故障地點顯示出相應得故障形式，并將該故障所對應的信號、報警以及光字牌反映到故障顯示平臺上，學員根據故障信號，通過學員機選擇所需工具，在虛擬現場根據處理方案，查找、處理故障。

　　四、工作計劃進度

　　20xx年xx月至20xx年xx月：學習VRP軟件，并構建教員機平臺和故障顯示平臺。

　　20xx年xx月至20xx年，建立大型電力系統電磁暫態仿真計算系統，并通過實時仿真進程控制系統使其與繼電保護裝置相連接。

　　20xx年xx月至20xx年xx月，建立虛擬現場，并添加各種故障現象。

　　五、研究中可能遇到的困難和解決辦法

　　本課題最主要的問題就是工作量大，這就要求我必須提高效率，端正工作態度，確保已完成任務的質量，并勤與導師溝通，力求仿真系統的真實性和人性化，便于日后對系統得擴充與升級。

　　六、參考文獻

　　1陳天翼，邱家駒，邱淘西，電力系統虛擬現實場景開發研究。電力系統及其自動化學報。20xx,10

　　2龔慶武，姜芳芳，陳義飛。基于虛擬現實技術的變電站仿真培訓系統。電網技術。20xx,12（24）

　　3石文華，基于流媒體虛擬現實技術的電力教學培訓系統。山東電力技術。20xx（5）

　　4魯強，孔英會，賈俊敏，VR技術及其在電力仿真培訓系統中的應用，湖南電力，20xx（1）

　　5林向義。虛擬現實技術在電力培訓中的應用。計算機仿真。20xx,4（4）

　　6Jiang Guo,Zhao hui Li,Yi tao Chen,Yue wu Wang and Shi jie Cheng, Virtual Environment Conception for CBMofHydro-electric Generating Units.

　　7曾江華，陳曉明，金偉，江萬里，李遠青，MATLAB在電力系統仿真中的，人民長江，20xx.11（11）

　　8徐英，邵玉槐，薛永強，丁田力，基于PSASP的電力系統穩定性仿真分析，太原理工大學學報，20xx,5（3）

　　9韓麗娜，楊志堅，電磁暫態程序EMTP在電力系統的應用，山東電力高等�？茖W校學報

　　10方舒燕，電力系統故障仿真軟件分析，企業技術開發，20xx.9

　　11商立群，賈文勝，電力系統電磁暫態仿真技術，儀器儀表學報，20xx.8

　　12張浩，徐紅燕，彭道剛，黃云鷹，仿真技術在電力系統中的應用，系統仿真技術，20xx.7

　　13呂崇德，姜學智，仿真技術在中國電力工業中的發展及應用，系統仿真學報，1999.8

　　14陶文偉，黃天戍，徐旭輝，秦建光，地區電網調度員培訓仿真系統的開發與應用，電網技術，20xx.8

　　15程芳真，高祺瑞，呂崇德，當前電站仿真發展中的若干新技術與新應用，系統仿真學報，20xx.2

　　16武成香，新型電站仿真系統構建及電氣仿真應用，沿海企業與科技，20xx（3）

　　17A.Okapuu-vonVeh,R.J.Marceau（M）2,A.Malo~any（M），Design and Operation of a Virtual RealityOperator-Trainingsystem,IEEETransactionsonPowerSystems,1996.8

　　18象陽，袁榮湘，賀慶，張寶貴，基于VR技術的三維輸電網GIS系統的研究與應用，計算機應用

　　19Yuan Rong xiang, Xiang Yan, The Research on 3D GIS for Power Transmission Grid Based on VRTechnology,20xx International Conference on Power System Technology.

　　20Agustin A,Irizarry-Rivera Manuel A.Pdrez-Quitiones RudolphP.Darken Using Virtual Worlds to Explore Electric Power Grids and Plant,29“ASEElIECE Frontiers In Education Conference,1999.9

　　21申蔚，夏立友。虛擬現實技術[M].北京：希望電子出版社，20xx.

　　22Assfalg DSL,Leveque FT,M.Mautref CIT,P.Neel ISRL.Nigro ENEL,M.Philippou PPc,J.M.Tanneau ISRE,Vicario DS1G,.Zardetto ENEL.Experimenting Advanced Visualization in the Operational Context of Transportation Networks:theVENN Project

　　23李蔚清，吳慧中，林昌年。變電站仿真培訓系統虛擬環境的研究與實現。系統仿真學報。20xx,8（18）

　　24胡慶夕，蘇建明，張繼紅。聚焦虛擬現實技術。機電一體化。20xx（6）

　　25E.ETamF.BadraR.J.MarceauM.A.MarinA.S.Malowany.AWeb-based virtual environment for operator training.IEEE Transactionson PowerSystems.1999,8

　　26PaulT.Breen,Jr.,P.E.,WalterG.Scott,P.E.VIRTUALREALITYAPPLICATIONSINT&DENGINEERIN.

　　27劉賢梅，李從信，李龍，陳軍，一種新型變電培訓系統的設計與開發，大慶石油學院學報，20xx.6

　　28E.K.TamC.MaurelP.DesbiensR.J.hdarceautA.S.MalnwanyL.Granger.ALow-CostPC- OrientedVirtualEnvironmentforOperatorTraining,IEEETransactionsonPowerSystems,1998.8

　　29A.N.Angelov,Z.A.Styczynski,Computer-aided3DVirtualTraininginPowerSystemEducation,

　　30馮雯嵐，錢曉蓉，虛擬現實技術在電力教學中的應用探討，實驗技術與管理，20xx（17）

　　31杜強，董中業，趙凱峰，基于虛擬現實技術的變電站一次設備巡視仿真培訓系統，江蘇電機工程，20xx.3

　　32V.L.Paucar,OS.de Sousa Jr.,I.O.Almeida,M.J.Rider,M.F.Bedriiiana.J.H.Santos,Software Development with Computer Graphics,Distributed Data-Base and OOP for Deregulated Power Systems Analysis

　　33凌志勇，柏吉寬，電力系統虛擬環境的研究及應用，廣東電力，20xx.12（16）

工程碩士畢業論文開題報告3

　　1緒論

　　近年來隨著全球可持續發展的推進，低碳環保經濟成為世界各國所倡導的經濟發展模式。充分利用有限的資源,實現效益的最大化和成本的最小化已成為各個企業追求的目標。不銹鋼復合板作為一種資源節約型的產品，實現了低成本和高性能的完美結合，有良好的社會效益。

　　不銹鋼復合鋼板是一種由基層和覆層復合而成的金屬鋼板，基層主要承受結構強度和剛度，覆層主要滿足耐蝕和耐磨等特殊性能要求，通常覆層厚度只占總厚度的10%~20%[1]，是純不銹鋼板的最佳替代材料，不但節約大量的稀有貴重金屬，而且可以降低成本的30%~50%[2];被廣泛應用于石油化工、航空、航天、核工業、電力、水利、食品等領域[3]。因此新型薄層不銹鋼復合板的研究和制備已經成為不銹鋼領域中一個重要的發展方向[4]，是國家建設“資源節約型、環境友好型”社會大力推廣的新型材料。

　　隨著國民經濟的快速發展，不銹鋼的防腐蝕性能已經不能滿足越來越高的防腐蝕條件。然而鈦合金具有耐高溫、耐腐蝕、比強度高等優點，在-253℃~500℃的溫度范圍內能夠保持較好的綜合性能。近年來，鈦及其合金不但被廣泛應用于傳統的汽車、石化、生物工程等領域，同時作為新技術應用、工藝創新、新設備制造等方面的重要原材料得到不斷重視[5-7]。但因其開采成本和冶煉制備價格較高，又影響到鈦及其合金在各行業中的推廣應用[8]。

　　鈦/鐵/不銹鋼復合板是一種新型的結構材料，它以工業純鐵為基層，TA1工業純鈦、304不銹鋼分別為兩側覆層的復合鋼板。這類鈦-鋼連接結構既具有鈦的高耐蝕性，又有結構鋼的高強度、高彈性模量，同時可顯著降低結構的材料成本[9]。工業純鐵具有承受載荷的能力且鈦、不銹鋼具有耐腐蝕的功能,與鈦板和不銹鋼板相比不僅節約了大量稀有貴重金屬，而且可以降低成本，是純鈦板和純不銹鋼板的最佳替代材料。

　　以鈦/鐵/不銹鋼復合板制作的壓力容器，與不銹鋼復合板相比，其內部的鈦覆層的耐腐蝕性能強于不銹鋼覆層，能滿足不銹鋼達不到的腐蝕條件，同時外層的不銹鋼覆層可以滿足一般的防腐蝕條件，既能滿足服役條件，同時大大節約了生產成本，具有很高的應用價值。壓力容器的生產工藝主要為對接焊方式，所以進行鈦/鐵/不銹鋼三層復合薄板對接焊工藝的研發尤為重要。

　　2國內外研究現狀

　　2.1鈦合金薄板對接焊

　　本課題使用的復合板，其鈦覆層只有0.2mm，屬于鈦合金薄板。目前，鈦合金焊接最常用的方法是鎢極惰性氣體保護焊(TIG)和熔化極惰性氣體保護焊(MIG)，焊接工藝成熟，然而，電弧的熱輸入量大導致薄板焊接時產生的變形難以得到控制。相比之下，高能束流的焊接，例如電子束焊接和激光焊接[10-11]，由于熱輸入小、焊接接頭質量高等特點，在實現小變形的全熔透焊接方面具有很大的發展潛力。

　　隨著科技的進步，激光加工的迅速發展為鈦合金的焊接提供了新的可能，由于其具有能量集中，焊縫成形好，操作簡單等優勢，非常適合焊接鈦合金材料，正在成為鈦合金焊接的重要手段。相比于其他傳統焊接方法，激光焊接具有能量集中、熱影響區域小、焊縫成形好、易于自動焊接和監測等優點，適合于焊接鈦及鈦合金材料。由于鈦及鈦合金具有低熱傳導率和對紅外線光高吸收率等物理特性，故激光焊接鈦及鈦合金更容易得到深穿透焊。激光焊接過程中重要的焊接參數有脈沖波形、激光功率、焊接速度、離焦量和保護氣體流量等。通過適當地調整激光焊接相關工藝參數，就可以確保重復實現優良的焊縫成形。

　　日本學者Shinoda[12]等對β型鈦合金Ti-22V-4Al薄板激光焊接的可焊性進行了研究，獲得的焊縫組織室溫機械性能與母材近似，隨后他們研究了β型鈦合金激光焊接接頭的裂紋敏感性，結果發現，在高的熱輸入情況下，β型鈦合金有很大的裂紋傾向[13];Tsay[14]研究了Ti6Al4V激光焊接接頭微觀組織對疲勞裂紋生長率的影響;Mourton[15]采用三水平全因子設計對CO2激光焊接8mm厚的Ti6Al4V的工藝參數進行了優化;劉金合等[16]采用三水平正交因子設計研究了Ti6Al4V的激光焊接工藝參數。目前，針對鈦及鈦合金的激光焊接，很多學者進行了相關的試驗研究，但多針對的是厚板超過1mm的情況，涉及密封焊接工藝及性能的研究比較少，且未見到有關焊接后密封性能的研究[17-19]。

　　近年來，復合焊接方法逐漸進入大眾的視野。在焊接鈦合金薄板中，激光-電弧復合焊是一種新型的方法。激光-電弧復合焊接是將激光和電弧兩種熱源通過旁軸或同軸相結合并作用于工件的同一位置，實現金屬材料連接的過程，它綜合了激光焊接的高速度、高效率、低熱輸入和電弧焊接良好的橋連性，成為近年來焊接領域的一個研究熱點。Steen[20]在上世紀80年代首次提出CO2激光-TIG電弧復合概念時就對0.8mm厚度的純鈦板進行了復合焊接試驗，發現采用復合焊接，焊接速度可以提高2倍，顯示出了復合焊接在薄板連接方面的優勢。20xx年，崔麗[21]研究了工業純鈦(1.5mm)的光纖激光-熔壓極惰性氣體保護焊復合焊接，發現立交量和兩熱源之間的距離對焊接橫截面形狀、焊縫、余高影響不大，而激光功率、電流、焊接速度對線能量的輸入有直接影響，對焊接成型的影響則更大。20xx年Murakami等[22]采用光纖激光-MIG電弧復合焊接鈦板時可以通過調整工藝參數來優化焊接的咬邊程度，并且認為焊接接頭的力學性能和焊縫內的化學成分有關。但是對于薄板鈦合金，MIG焊接時易發生電弧不穩定，且易產生燒穿和飛濺[23]。

　　考慮到薄板加工對精密度的要求，微束等離子弧焊接也是一種有效的加工方式。微束等離子弧焊接是高能量密度的焊接方法，其所選用的等離子弧種類為混合型等離子弧，電弧收縮度極高，能量集中[24]，焊接過程中熔池容易控制，焊接熱影響區小，焊縫具有成形精度高、焊接缺陷少、外形美觀等優點，特別適用于薄板焊接[25]，已成為TC4鈦合金薄板焊接首選的工藝。20xx年李杰勛[26]采用微束等離子熔焊工藝在鈦合金表面制備鈦基復合材料，選用優化后的工藝參數來熔覆制備不同合金成分的復合材料涂層，研究涂層的組織和性能，來探索出一種新的鈦合金表面復合材料涂層制備工藝。

　　2.2鈦-鐵復合板對接焊

　　鈦及鈦合金構件的制造過程復雜，使用成本高昂，所以鈦/鐵的焊接研究幾乎是伴隨著鈦的工業化發展同時進行的'。由于鈦的化學性質活潑，在400℃以上，極易受到氫、氧和氮的污染并使接頭脆化,因此鈦及鈦合金與鋼的焊接必須在惰性氣體保護下或真空中進行。目前，鈦/鐵的焊接方法主要有弧焊、電子束焊、激光焊、摩擦焊、爆炸焊、擴散焊和釬焊等。

　　2.2.1弧焊

　　李標峰[27]曾嘗試使用TIG焊方法，不加焊絲直接將純鈦和純鐵焊接起來，結果發現焊接過程中焊道便自行開裂，并有硬脆的焊珠脫落。鈦與鋼的直接焊接在國內外均有多次嘗試，結果均以接頭脆斷而失敗告終。原因在于焊接過程中產生的Ti-Fe金屬間化合物使接頭脆化[28]，而由于鈦和鋼熱膨脹系數等熱物理性質的差異而產生的焊接應力則加速了接頭的斷裂。為了獲得優質的鈦/鋼異種金屬接頭，在焊接過程中必須盡量避免產生這種脆性相。張小明[29]采用MIG爆方法，以成分為Cu-3%Si-1%Mn、直徑0.8mm的細銅絲為焊絲，將1mm厚的純鈦板焊接到12mm厚的SS400鋼板表面，結果表明，接頭抗拉強度達300MPa以上。李標峰[30]采用Ta和Cu做中間填料，具體做法是先將Ta與鈦，Cu與鋼焊接起來，再將Ta與Cu焊接在一起，間接實現了鈦與鋼板材的焊接。得到了強度為600MPa的接頭，接頭斷裂于Ta與Cu的連接處。

　　2.2.2電子束焊

　　電子束焊在焊接異種金屬時比電弧焊更具優勢。例如，高能量密度使電子束焊具有高的加熱和冷卻速度，能夠克服由于兩種金屬熔化溫度差別較大而產生的焊接問題，而低的熱輸入則可以緩解異種金屬焊接時產生的焊接應力。然而，采用真空電子束焊方法直接焊接鈦和鋼依然不能克服接頭脆斷問題[31-32]。李標峰[33]以釩作為中間填料，先在鈦板上堆焊一層釩，將釩層表面挫平后采用電子束焊方式焊接釩-鐵界面，拉伸測試結果顯示接頭的抗拉強度為410MPa，接頭斷裂于純鐵母材，但釩-鐵接頭的質量波動性很大，部分接頭出現脆斷現象。王廷[32]采用真空電子束焊焊接2.5mm厚Ti-15-3鈦合金和304不銹鋼板時以1mm厚Cu板為填充金屬，得到了沒有裂紋的接頭。結果表明在靠近不銹鋼的區域，金屬間化合物TiFe2彌散分布在Cu固溶體基底中�？拷F合金的爆縫含有Ti-Cu，Ti-Fe-Cu金屬間化合物層，在這里硬度達到最大值。拉伸測試時，在金屬間化合物層發生脆性斷裂，拉伸強度為224MPa。20xx年，王廷[34]又分別以0.7mm銅箔+0.7mm釩箔和由粉末冶金法制備的1.4mm厚V/Cu-V復合層做為填充層，采用真空電子束焊的方式焊接2.5mm厚的近α鈦合金(Ti6Al2Zr2Mo2V)和304不銹鋼。

　　2.2.3激光焊

　　激光焊與電子束焊一樣，屬于高能量密度、低熱輸入的焊接方法，在焊接異種金屬時具有一定的優勢。然而采用激光焊方法焊接鈦及鈦合金與鋼則少有報道[35-36]。Z.Sun和J.C.Ion[37]總結了各種金屬組合的激光焊效果，將結果分為“非常好”，“好”，“一般”和“差”，結論為飲鈦與鋼直接焊效果為“一般”。H.Hiraga[35]采用搭接接頭形式，將激光束照射在鈦板上，直接焊接純鈦和不銹鋼。通過對脈沖能量和功率密度的控制，使不銹鋼側形成一個較小的熔化區域，從而限制金屬間化合物的大量產生，得到了剪切強度為190MPa的接頭。S.S.Zhao[36]等人同樣采用搭接的方式，將激光束照射在鈦板上，焊接了Ti6A14V和42CrMo，并通過有限元數值模擬的方法研究了焊接工藝參數與焊縫溫度的關系。研究發現Ti6A14V和42CrMo母材之間有TiFe和TiFe2金屬間化合物層存在，其厚度隨著熱輸入的增加而變厚。通過對激光脈沖能量和功率密度的控制，可以使界面處的溫度剛好等于或略高于42CrMo板的熔焊溫度，以控制金屬間化合物的生成，得到最佳的焊接效果。

　　2.2.4釬焊

　　釬焊是焊接過程中母材不熔化，而依靠熔化的釬料與母材表面的潤濕、相互溶解和擴散而實現連接的焊接方法[38]。釬焊適用于焊接熔點高或塑形差的同種材料，或焊接時易產生金屬間化合物或互溶相差的異種材料。但釬焊明顯比擴散焊效率更高，接頭設計也更加多變。因此很多難以解決的焊接組合均選擇釬焊做為突破口[39-41]。關于鈦及鈦合金與鋼釬料研究的報道較多，使用的釬料有Ag基，Cu基，Zr基和Ti基。

　　何鵬等人[42-43]以50μm厚的Ag-Cu27-Nil-Li0.5(wt.%)合金箔做為釬料對γ-TiAl合金與35CrMo鋼進行了感應釬焊，并對釬縫的微觀組織，接頭的力學性能和斷裂特征進行了研究。接頭的最高強度為324MPa，最佳工藝參數為930℃保溫1分鐘，接頭斷裂于Al-Cu-Ti的金屬間化合物層。Shiue R K等人[44-45]采用BAg-8和63Ag-35.25Cu-1.75Ti做為釬料紅外釬焊TC4與17-4PH不銹鋼時，嘗試在鋼側鍍Ni、Cr和Ni/Cr層作為過渡層增加Ag基釬料與鋼側的連接效果。結果表明釬縫中主要為Ti-Cr-Ni，Ti-Cr以及Ti-Cu金屬間化合物，接頭中沒有Fe-Ti化合物出現。其得到的最佳工藝參數為850℃保溫5分鐘，接頭的最高剪切強度為214MPa。A.EIrefaey等人分別采用Cu65.2-Ag31-Ti3.8(wt.%)[46]和Cu-Mnl2-Ni2(wt.%)[47-48]等銅基釬料釬焊純鈦和低碳鋼。對釬縫相組成的分析結果表明：釬縫中有大量的Fe-Ti，Cu-Ti和Fe-Ti-Cu金屬間化合物存在，尤其是Fe-Ti金屬間化合物嚴重影響了接頭的力學性能。對接頭的剪切測試結果表明接頭的最大剪切強度僅為61MPa。接頭斷裂于靠近低碳鋼的釬縫中。

　　2.3鐵-不銹鋼復合板對接焊

　　隨著不銹鋼復合板在工業生產中的應用日益廣泛，目前對不銹鋼復合板的焊接研究也越來越多。對不銹鋼復合板的焊接工藝進行研究，主要是為了獲得具有優異力學性能和耐腐蝕性能的不銹鋼復合板接頭。但是由于不銹鋼復合板的基層與覆層化學成分、物理化學性能差異較大，因此要保證不銹鋼復合板接頭具有良好的綜合性能具有一定難度。依據文獻查詢，目前國內外對覆層奧氏體不銹鋼和鐵素體不銹鋼的焊接性研究相對較多，工藝上相對成熟，對于不銹鋼復合板的焊接工藝評定以及異種金屬的焊接性研究也已有一些文獻報道。

　　王文先[49]等人采用4種不同工藝對1Cr18Ni9Ti/Q235復合板的對接焊工藝進行研究，并對焊接接頭的顯微組織、力學性能以及覆層耐腐蝕性能進行了分析。研究表明，采用鎢極氬弧焊焊接覆層和基層，覆層焊縫的顯微組織為奧氏體加少量鐵素體，基層為較高韌性的板條馬氏體，接頭力學性能良好。而采用埋弧焊焊接基層時焊縫組織為粗大的柱狀晶，韌性較差。鎢極氬弧焊接頭在濃度為1mol/LNaCl中覆層的抗電化學腐蝕性能與母材相近，且無晶間腐蝕現象。呂世雄[50]等人采用鎢極氬弧焊對316L/20G雙金屬復合管進行對接焊，實驗中采用ER316L焊絲焊接覆層，采用ER309L焊絲焊接過渡層，采用ER55-G焊絲作為填充材料焊接基層，并對接頭進行了拉伸、彎曲、沖擊等力學性能測試，以及對接頭微觀組織、主要合金元素的擴散進行了分析，結果表明，獲得接頭的力學性能良好，覆層焊縫中合金元素并未被基層焊縫稀釋。

　　Chuaiphan W等人[51]采用鎢極氬弧焊接304奧氏體不銹鋼和1020碳鋼，并研究不同焊絲對接頭組織與性能的影響。結果表明，采用309L和308L焊絲所獲得的接頭焊縫組織中，鐵素體呈連續樹枝狀排列分布于奧氏體中，且前者的鐵素體含量比后者高，而使用316L焊絲獲得的接頭焊縫中為不連續的樹枝狀鐵素體分散排列在奧氏體中。進一步對接頭進行耐腐蝕性能測試，采用309L焊絲獲得的焊縫具有較好的抗點蝕性能。YAN J[52]等人分別采用激光焊、鎢極氬弧焊、復合焊三種方法對奧氏體不銹鋼進行焊接，結果表明，三種焊接方法所獲得焊縫均為α+γ雙相組織，但組織中的鐵素體含量各不相同，其中以激光焊焊縫中的鐵素體含量最高，而鎢極氬弧焊焊縫中的鐵素體含量最低。

　　田勁松[53]等人采用TIG自熔焊對409L和410L冷軋板進行了焊接試驗，并對獲得接頭進行了拉伸和晶間腐蝕試驗。結果表明，410L接頭塑性下降較多的主要原因在于焊縫金屬中的C、N含量較高，在焊接過程中易形成馬氏體，冷卻過程中析出了富Cr的碳化物和氮化物。409L接頭未產生晶間腐蝕傾向的主要原因在于焊縫金屬中C、N的含量較低，且添加了強碳化物形成元素Ti;而410L接頭產生晶間腐蝕傾向的主要原因在于，焊接冷卻過程中析出了富Cr的碳化物和氮化物，導致形成局部貧鉻區，不過，在焊接冷卻過程中形成的馬氏體具有一定的抵抗晶間腐蝕裂紋擴展能力。

　　3課題的研究內容

　　本實驗的主要目的是為了研發鈦鐵不銹鋼三層復合板的對接焊接工藝，考慮到焊后焊縫區域應具備的防腐蝕性、力學性能以及技術難點，主要的研究內容可分為以下部分：

　　(1)設計合理的坡口形式

　　(2)制定TA1薄鈦板焊接工藝

　　(3)制定鈦/鐵復合層焊接工藝

　　(4)制定鐵/不銹鋼復合層焊接工藝

　　(5)檢測焊縫區域的耐腐蝕性

　　4課題的研究方案

　　(1)選擇合理的坡口形式及制備方法

　　圖4.1為鈦/鐵/不銹鋼三層復合板焊接的對接示意圖。焊后的焊縫區域必須還具有原覆層的防腐蝕性。同時鈦鐵又不能夠直接焊接，以防止產生TiFe、TiFe2以及TiC等脆性相，削弱接頭的塑性。所以，對于鈦/鐵/不銹鋼復合板的對接焊要采取先開坡口的形式。

　　圖4.2(a)(b)分別為預先設計的坡口形式。由于復合板的覆層非常薄，所以增加加工難度，將采取機械加工的方式去除鐵和不銹鋼，只留下鈦覆層。圖4.2(a)的加工難度低于圖4.2(b)，但是圖4.2(a)的焊接方式較為單一，只能采取預置粉末的方式通過深熔焊進行焊接，而圖4.2(b)可以采用多道焊的方式進行焊接，焊接難度大大降低，但是坡口加工難度較高。隨著實驗的進行，將對兩種方案進行試驗，確定最優方案。

　　(2)確定鈦覆層的焊接工藝以及鈦/鐵之間過渡層的填充材料

　　由于鈦覆層厚度僅為0.2-0.25mm，屬于超薄板焊接，在焊接過程中極易燒穿或由于對不齊而出現焊接缺陷，所以焊接方案初步確定為卷邊焊。同時鈦/鐵直接焊接又會在界面處形成了TiFe、TiFe2以及TiC等脆性相,削弱了接頭的塑性,而且接頭的熱穩定性較差,焊接變形大,接頭形式也有一定的限制[54]。所以，根據鈦/鐵釬焊中采用的釬料種類，初步計劃選取銅或鎳來作為過渡材料，并通過試驗確定最優工藝。

　　(3)確定鐵/不銹鋼焊接工藝及焊縫填充材料成分

　　根據焊縫橫斷面形狀，如果復合板與復合板直接焊接，焊縫處不填充任何材料。焊后的焊縫金屬由復合板中的基層鐵與覆層不銹鋼共同熔化組成，基層的熔化量大于覆層不銹鋼，基層鐵對覆層不銹鋼的稀釋作用，使得焊縫金屬中Cr、Ni的含量可能遠低于覆層不銹鋼中的含量。即使是焊縫表面，含有較多的覆層不銹鋼，由于熔池的攪拌作用，使得其Cr、Ni含量也會低于覆層不銹鋼中的含量，焊縫表面與覆層不具有同等的耐腐蝕性能。

　　如果在復合板焊縫處填充了與覆層相同材質的不銹鋼材料，由于填充的不銹鋼材料與覆層具有相同的Cr、Ni含量，基層碳鋼對覆層的稀釋作用，仍會使焊縫金屬中Cr、Ni含量降低或者焊縫的局部區域降低，導致焊縫區是薄弱地帶，焊縫表面與覆層不銹鋼不具有同等的耐腐蝕性能。

　　根據上述分析，鐵/不銹鋼復合板的焊接必須在焊縫處填充高Cr、Ni的不銹鋼材料。依據焊縫熔池大小、覆層不銹鋼、基層碳鋼和填充材料的熔化量，結合Schaeffler圖(圖4.3),利用杠桿定律，即可出了填充材料的Creq、Nieq分別含量，然后配制所需Cr和Ni含量的高Cr、Ni不銹鋼粉末。

　　(4)對鈦/鐵/不銹鋼復合板焊縫的防腐蝕性能、力學性能進行檢測，觀察并分析顯微組織。

　　5工作進度安排

　　20xx.09-20xx.11 查閱國內外相關文獻，寫開題報告;

　　20xx.12-20xx.03 制備焊接材料，對板材進行軋制、切割、熱處理、開坡口等加工;

　　20xx.04-20xx.07 學習并熟練掌微束等離子焊機，完成鈦覆層的焊接，測試工藝參數;

　　20xx.08-20xx.09 進行復合板焊接實驗，制備良好的復合板焊縫;

　　20xx.10-20xx.12 對復合板焊縫進行腐蝕性能檢測;

　　20xx.01-20xx.02 對復合板焊縫進行性能檢測及組織分析;

　　20xx.03-20xx.05 撰寫論文，準備答辯

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