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直流叠加脉冲型TIG焊电弧─熔池特性分析
张刚, 徐梓龙, 王开飞, 朱明, 石玗
当前状态:  doi: 10.12073/j.hjxb.20210524003
[摘要](0) [HTML全文](0) [PDF 1490KB](0)
摘要:
针对乏燃料后处理溶解器腐蚀裂纹等缺陷的快速、一次性、可靠焊接修复工程技术需求,提出一种直流叠加脉冲型TIG深熔焊接方法,在10和16 mm厚304不锈钢板上进行了系列平板堆焊工艺试验. 以电弧-熔池特性变化为研究对象,对比分析脉冲电流作用和直流叠加脉冲型电流作用的电弧行为、熔池流动行为及温度场的变化规律,探讨了直流叠加至脉冲电流波形的焊缝熔深增加机理. 结果表明,高频脉冲电流使电弧产生电磁收缩效应,且电弧被压缩程度及焊缝熔深与脉冲频率(1 ~ 5 kHz)成正相关;叠加直流的高频脉冲电弧具有更高的电流、能量密度,进一步提高了熔池表面液态金属温度及增加了熔池电磁搅拌力使熔池流动加剧、对流换热充分、熔池热惯性作用增强,进而使焊缝熔深增加. 试验验证了该方法能够实现5 mm厚304不锈钢板对接可靠的单面焊双面成形.
热输入对SAF2507超级双相不锈钢焊接接头显微组织及硬度的影响
栗宏伟, 赵志毅, 薛润东
当前状态:  doi: 10.12073/j.hjxb.20210728001
[摘要](0) [HTML全文](0) [PDF 1337KB](0)
摘要:
采用显微观察、化学成分分析、硬度测定、EBSD分析的方法,研究了TIG焊接热输入对1.2 mm厚的SAF2507超级双相不锈钢焊接接头显微组织和硬度的影响机理.结果表明,在焊缝中,随着热输入由110 J/mm增加至156 J/mm,铁素体晶粒尺寸由90 μm增至200 μm,晶粒的粗化减少了奥氏体的形核位置,同时热输入的增加使焊缝中N元素含量由0.25%降低至0.21%,最终导致焊缝中奥氏体含量由28.9%减少至24.3%.在高温热影响区中,当热输入为132 J/mm 时,奥氏体含量达到最高值,为36.4%,此时铁素体晶粒中心的Cr2N的析出量最少.焊接热输入由110 J/mm增加至156 J/mm时,焊缝的维氏硬度保持在320不变.这是因为焊缝组织的几何必需位错密度和相界密度都不随热输入的增加而变化,依据金属强化理论可知焊缝硬度不随热输入的增加而变化.
基于边缘AI的焊缝X射线图像缺陷检测
王睿, 胡云雷, 刘卫朋, 李海涛
当前状态:  doi: 10.12073/j.hjxb.20210516001
[摘要](0) [HTML全文](0) [PDF 1134KB](0)
摘要:
为了提高深度学习在X射线焊缝缺陷检测中的实用性,降低缺陷检测任务的硬件需求,提出参数仅为3.6 M的YOLO-M网络. 通过在网络中引入轻量级的倒残差结构,减少网络计算量;采用多尺度预测机制,网络分层预测不同缺陷特征;跨网格扩增图片正样本信息,加快网络训练过程中的收敛速度. 网络不仅应用于传统的计算机,而且试验于超低功耗边缘人工智能(AI)芯片勘智K210中. 结果表明,所提方法在嵌入式端的检测准确度为93.5%,检测速度为11帧/s. 该方法具有良好的检测准确度,极大降低了缺陷质检的成本.
Cu75Pt钎料钎焊Ti60与TC4接头界面组织及性能
郭民, 雷玉珍, 赵健, 宋晓国, 于治水, 石铭霄
当前状态:
[摘要](0) [HTML全文](0) [PDF 994KB](0)
摘要:
采用Cu75Pt钎料实现了Ti60钛合金与TC4钛合金的真空钎焊,采用SEM,EDS,XRD分析了钎焊接头显微结构.结果表明,接头典型组织结构为Ti60/Ti2Cu + α-Ti/Ti2Cu/Ti2Cu + Ti3Pt/Ti2Cu/Ti2Cu + α-Ti/TC4.对不同钎焊温度下获得的接头界面组织结构进行了分析,结果表明,随着钎焊温度的增加,扩散反层厚度增加,钎缝中Ti2Cu和Ti3Pt金属间化合物减少,钎缝厚度逐渐减小.接头抗剪强度随钎焊温度的升高先增加后减小,当钎焊温度970 ℃,保温时间10 min时获得最大抗剪强度130.9 MPa.接头的断口分析表明,接头断裂在钎缝处,断裂方式为脆性断裂.
基于量子多目标优化算法的回焊炉炉温设计
周文婷, 司玉鹏, 何宏舟, 王荣杰
当前状态:  doi: 10.12073/j.hjxb.20210508001
[摘要](0) [HTML全文](0) [PDF 998KB](0)
摘要:
电路板焊接中心点的温度走势间接地反映了焊接质量,炉温曲线的优化设计对提高电路板焊接质量有着举足轻重的作用.文中运用傅里叶定律和集总参数法,建立反映电路板焊接中心温度变化的非稳态导热模型,并在满足制程界限和工艺要求的约束条件下,以传送带过炉速度最优和加热因子最小为目标,采用量子多目标粒子群算法进行优化求解,获得了各温区的最优温度和电路板的最大过炉速度,并得到了最优炉温曲线.结果表明,优化后的电路板过炉速度为95.55 cm/min,接近速度上限,加热因子最小值为1753.04,炉温曲线整体呈现先上升后下降的趋势,峰值温度为240.01 ℃,接近温度制程下限,该结果为电路板等电子器件焊接工艺的实际工程应用和提高焊接质量提供了较强的指导.
电磁超声作用下 Sn-9Zn 钎料在 SiC 表面铺展分析
张茗瑄, 马志鹏, 陈桂娟, 夏法锋, 于心泷
当前状态:  doi: 10.12073/j.hjxb.20210629001
[摘要](0) [HTML全文](0) [PDF 1243KB](0)
摘要:
基于Comsol Multiphysics软件,通过建立电磁超声辅助钎焊模型,研究洛伦兹力作用下钎料Sn-9Zn在SiC陶瓷表面的铺展行为. 结果表明,在电磁超声作用下,钎料表面出现塌陷并向外铺展,伴随着钎料表面出现振动现象,随后线圈下方的部分钎料断裂并飞溅,中心处钎料收缩. 当线圈通入交变电流时,在周边感生出方向呈周期性转换的交变磁场. 钎料内部洛伦兹力方向整体指向钎料外部,在钎料边缘处逐渐指向母材表面,线圈下方钎料所受水平和垂直方向的洛伦兹力高于其它部分,最高时分别为63.96 和31.2 kN/m3,顶部钎料在洛伦兹力、压力差和“坍塌效应”的共同作用下,促进钎料铺展.
铝合金等离子-MIG复合焊接电弧行为
韩蛟, 韩永全, 洪海涛, 王学龙
当前状态:  doi: 10.12073/j.hjxb.20210702001
[摘要](0) [HTML全文](0) [PDF 1506KB](0)
摘要:
试验发现铝合金等离子-MIG复合焊中,等离子弧焊接电流为130 A,MIG焊接电流为180 A(基值电流95 A)时,基值时期的MIG电弧在等离子弧附近燃弧阻抗小,复合焊中MIG电弧电压在脉冲基值时期低于单独MIG焊,电荷流效应使MIG电弧在基值时期偏向等离子弧,偏向等离子弧方向的MIG电弧主要电离介质为氩气.当MIG焊接电流增加到240 A(基值电流122 A)后,以上现象消失.由于焊接电弧存在热惯性,当MIG电弧在基值时期偏向等离子弧时,在脉冲电流上升阶段,以及电流刚达到峰值时,MIG电弧仍会偏向等离子弧,此阶段复合焊中MIG电弧电压高于单独MIG焊.当复合焊中存在MIG电弧偏向等离子弧燃弧的现象时,MIG电弧稳定性有所下降,随着MIG焊接电流的增加,电弧稳定性增加.
MIG电弧增材制造6061铝合金的组织和性能
何鹏, 柏兴旺, 周祥曼, 张海鸥
当前状态:  doi: 10.12073/j.hjxb.20210608001
[摘要](4) [HTML全文](0) [PDF 928KB](2)
摘要:
探索MIG电弧增材制造6061铝合金构件的工艺成形性,并对成形件不同区域的微观组织及力学性能开展研究.结果表明,当送丝速度/焊接速度的比值在0.5 ~ 1之间,且送丝速度在5 ~ 7 m/min之间时,可获得良好焊道形貌;堆积焊道层与层之间交界处为结合层,其余区域为沉积层,结合层和沉积层呈现出沿堆积高度方向灰白色带依次交替的形貌,并都呈现出各种尺寸大小的气孔多发的状态;显微硬度和拉伸测试发现:沿着堆积方向硬度变化不大,结合层硬度低于沉积层,且硬度波动性更大;不同区域水平方向强度差异不大,堆积方向强度比水平方向略低,平均断后伸长率分别为18%和22.6%,两个方向拉伸断口皆以韧窝为主,属于韧性断裂.
奥氏体不锈钢焊缝超声阵列检测方法
杨敬, 吴斌, 焦敬品, 王永贤, 何存富
当前状态:  doi: 10.12073/j.hjxb.20201117001
[摘要](1) [HTML全文](0) [PDF 2160KB](1)
摘要:
在焊接热循环作用下,奥氏体不锈钢焊缝内部呈粗大柱状晶组织,且其取向在焊缝不同区域呈各向异性.针对粗大柱状晶引起的超声波散射和晶粒取向不同导致的声束偏折,进行奥氏体不锈钢焊缝超声阵列检测方法研究.针对超声阵列获得全矩阵数据,发展了一种基于时间反转算子分解的超声阵列信号去噪方法.利用射线追踪法,研究了各向异性介质中超声波传播路径确定方法,并将其应用于奥氏体不锈钢焊缝超声阵列全聚焦成像的声束偏折校正.开展了奥氏体不锈钢焊缝超声阵列检测试验研究.结果表明,基于时间反转算子分解方法可以很好剔除检测信号中的散射噪声,凸显特征回波信息,可将全聚焦成像的信噪比提高10 dB,而波束偏折校正则可以提高超声阵列全聚焦成像中缺陷定位的精度.
液态Ga在石英玻璃表面的声致铺展行为
张茗瑄, 马志鹏, 于海洋, 夏法锋, 王德胜
当前状态:  doi: 10.12073/j.hjxb.20210608002
[摘要](0) [HTML全文](0) [PDF 1133KB](0)
摘要:
研究超声波工具头作用于液态Ga表面时,液态Ga在石英玻璃表面的铺展行为,并通过Comsol Multiphysics软件对液态Ga的流动过程和压力变化情况进行模拟分析. 结果表明:液态Ga在铺展过程中初始阶段铺展缓慢,24 ms时液态Ga的铺展面积为2.754 cm2. 72 ms时液态Ga的铺展面积迅速增大至5.459 cm2. 84 ms时达到平衡状态,铺展面积为5.508 cm2. 铺展过程中,液态Ga表面可以观察到明显的空化泡和涟漪状波纹. 施加超声波后液态Ga内部压力在一个周期内发生变化,液态Ga顶部以负压为主,并且沿半径向圆心方向压力递增至正压,在1.7 ms时液态Ga内部压力以正压为主. 在超声波作用下液态Ga表面所受压力幅值自上而下逐渐减小,同时液态Ga在内部压力偏移量、Laplace压强差和“坍塌效应”的共同作用下铺展,最终形貌发生显著变化.
集磁器结构对磁脉冲辅助半固态钎焊接头组织性能的影响
邓凌波, 黄尚宇, 杨梅, 钱东升, 冯珂, 欧冰
当前状态:  doi: 10.12073/j.hjxb.20210513001
[摘要](11) [HTML全文](0) [PDF 2044KB](3)
摘要:
采用电磁-结构-流场耦合的多物理场耦合模拟方法,对比分析了等内径和带锥角两种集磁器条件下Cu/Al管的磁脉冲辅助半固态钎焊过程,考察了外管的变形行为和半固态钎料的剪切流变行为.结果表明,采用等内径集磁器时,钎料所受的剪切应力和相应的剪切流变速率在端部最高,底部次之,中部最弱,导致搭接区域内去膜效果存在差异,甚至影响界面冶金结合;而带锥角集磁器能更为合理地满足无钎剂钎焊对外管变形与钎料剪切流变的协调性需求,有效改善钎料流变行为,使剪切应力、剪切流变速率及去膜效果在整个搭接区域相对均匀,有利于提高界面连接质量.基于分析结果设计制造了改进的集磁器,进行了钎焊试验及相关测试分析.结果表明,相较于等内径集磁器,带锥角集磁器能有效改善Cu/Al接头的界面连接质量,细化搭接区域中部纤缝组织,并最终提高钎焊接头的剪切强度.
基于边缘导向算子模板匹配的熔池轮廓提取方法
张楚昊, 赵壮, 陆骏, 柏连发, 韩静
当前状态:  doi: 10.12073/j.hjxb.20210628001
[摘要](4) [HTML全文](1) [PDF 1650KB](1)
摘要:
轮廓提取作为熔池的基本视觉形态特征,在焊接质量在线监测中起着重要作用. 文中建立了非熔化极惰性气体保护电弧焊(tungsten Inert Gas Welding, TIG)焊接工艺环境下的熔池视觉传感系统,采集了高质量的熔池图像. 针对TIG焊不锈钢熔池图像中弱边缘检测的难点提出了一种基于边缘导向算子模板匹配的熔池轮廓提取算法(operator template matching based on edge direction guidance, OTM-EDG),算法中首先基于非线性灰度变换方法增强弱边缘. 之后利用4个方向的Sobel算子与熔池图像进行卷积操作来判断后端弱边缘的方向并计算梯度图. 最后对梯度图进行边缘连接操作以及基于数学形态学的边缘平滑操作,得到需要提取的熔池轮廓. 结果表明,文中算法能够提取到封闭完整且定位准确的TIG焊不锈钢熔池轮廓. 在实际焊接环境中具有较高的鲁棒性,有效解决了熔池区域弱边缘难以准确检测的问题.
基于Ti中间层的B4C复合陶瓷扩散焊接头界面微观组织与力学性能
陶拥, 王睿, 宋奎晶, 刘大双, 钟志宏, 吴玉程
当前状态:  doi: 10.12073/j.hjxb.20210802001
[摘要](2) [HTML全文](0) [PDF 1218KB](1)
摘要:
碳化硼(B4C)复合陶瓷以其高硬度、高熔点、良好的耐磨性、耐氧化性以及吸收中子能力的特性,广泛应用于制造防弹装甲材料,原子反应堆控制以及耐磨耐高温结构材料等领域.文中采用中间层Ti箔对碳化硼复合陶瓷(B4C-SiC-TiB2)进行扩散焊连接,研究了连接温度对连接界面组织及接头力学性能的影响.结果表明:在1300 ℃-1450 ℃下成功扩散焊连接了B4C-SiC-TiB2复合陶瓷,Ti与B4C反应生成TiB2和TiC.随着连接温度的升高,反应层变厚,而过厚的反应层会对接头的性能造成不利的影响.在连接温度1300 ℃时,反应层的平均厚度约为5 μm,此时获得最高接头剪切强度(99.8 MPa),在1450 ℃时连接层基本为TiB2和TiC陶瓷相,此时焊接接头可以获得最高硬度(25.4 GPa).
焊丝成分对铝铜激光熔钎焊接头织性能的影响
邓呈敏, 程东海, 张华, 王非凡, 刘德博
当前状态:  doi: 10.12073/j.hjxb.20210711001
[摘要](10) [HTML全文](0) [PDF 1238KB](1)
摘要:
通过添加ZnAl焊丝成功实现了2A16铝合金/T2铜异种材料的激光熔钎焊连接;通过扫描电子显微镜和能谱仪对接头的微观组织进行表征,同时,研究了Zn-2%Al、Zn-5%Al和Zn-10%Al三种焊丝对接头成形、微观组织以及力学性能的影响.结果表明,铝/铜激光熔钎焊接头主要由CuZn、Al2Cu、Al4Cu9、CuZn5、α-Al固溶体、β-Zn固溶体以及α-Al + β-Zn共晶组织等相组成;随着焊丝中Zn含量的降低,熔融焊缝的润湿性能提高,界面元素扩散反应较为充分,界面层厚度逐渐增加至7.02 μm,并与焊缝组织形成“机械咬合”连接,提高了接头的力学性能. 当采用Zn-10%Al焊丝焊接时,接头的抗拉强度最高,可达204 MPa.铝/铜接头显微硬度从铜侧至铝合金侧呈现出先上升后下降的趋势,在界面处达到最大,约330.1 HV.
金线焊接差异对信号传输的影响分析与建模
王紫任, 高锦春, 宋凯旋, 田露, 原义栋
当前状态:  doi: 10.12073/j.hjxb.20210902001
[摘要](24) [HTML全文](6) [PDF 1230KB](3)
摘要:
在超声热键合的过程中,平行键合线的间距变化常常被忽略.间距变化对高频信号传输会产生较大影响,不容忽视.文中从建模分析和试验测试两个角度研究了平行键合线距离对电路信号传输的影响.基于电路的尺寸参数和材料参数,分别建立了不同间距平行键合线的电磁场数值计算模型和等效电路模型,计算和分析了两连接点间等效电感和电阻随间距和信号频率的变化关系,研究了平行键合线距离对电路信号完整性的影响,最后设计试验,验证了理论模型的有效性.
Cu基板粗糙度对SnAgCu无铅钎料润湿性的影响
张知航, 杨健, 杨震, 黄继华, 陈树海
当前状态:  doi: 10.12073/j.hjxb.20210609002
[摘要](1) [HTML全文](0) [PDF 1581KB](0)
摘要:
在微电子封装软钎焊领域,钎料的润湿性直接决定焊接接头的性能.Sn基无铅钎料是应用最为广泛的无铅钎料,其中SnAgCu钎料因其良好的综合力学性能能深得人们的青睐.为了进一步改善SnAgCu/Cu钎焊体系的润湿性,人们尝试了钎料合金化的方法,这种方式虽然可以有效改善钎焊体系的润湿性,但是其部分性能会有所下降.文中以不加入外来元素为前提,研究了Cu基板粗糙度对SnAgCu钎料润湿性及SnAgCu/Cu界面化合物形貌与分布的影响.结果表明, SnAgCu钎料在Cu基板上的润湿角随着基板粗糙度的减小而增大,而当基板粗糙度降低到一定的程度后,润湿角不再随基板粗糙度的变化而改变.SnAgCu钎料与Cu基板之间反应生成金属间化合物Cu6Sn5,Cu6Sn5垂直于基体表面呈扇贝状从基体向钎料方向生长,Cu6Sn5层的厚度会随着粗糙度的降低呈现先上升后下降的趋势,且Cu6Sn5层会与基体和钎料层发生互扩散现象.
基于热源参数反向识别的直接能量沉积热力仿真
侯亮, 徐杨, 陈云, 叶超, 郭敬, 胡学满
当前状态:  doi: 10.12073/j.hjxb.20210710001
[摘要](1) [HTML全文](0) [PDF 1521KB](0)
摘要:
直接能量沉积(direct energy deposition,DED)热力仿真是有效预测沉积件残余应力和变形、优化工艺参数的重要方法,其仿真精度取决于输入参数的准确性. 针对传统方法难以直接、准确获取输入参数的问题,文中以热源参数为例,提出基于支持向量机和遗传算法的参数反向识别方法,并用于精确构建实际DED工件热力仿真模型.首先基于参数化仿真建模正向获取不同热源参数下单道单层沉积件仿真误差; 其次借助支持向量机构建热源参数与仿真误差的定量映射关系,并利用遗传算法反向识别热源参数,在正向-反向实施过程中,通过闭环迭代优化热源参数识别区间,达到参数精确识别目的;最后以实际DED工件涡轮叶片为案例,构建基于最优参数的热力仿真模型,进一步验证该最优参数反向识别法. 结果表明,由单道单层简单件反向提取的最优热源参数,可用于准确预测实际DED工件制造过程中温度和变形场变化规律,为后续变形补偿等工艺优化提供理论基础.
轧制 + 增材TC4合金电子束焊接接头组织与性能
闫泰起, 吴宇, 程序, 李安, 张述泉
当前状态:
[摘要](377) [HTML全文](176) [PDF 1235KB](34)
摘要:
研究了一种电子束焊接参数对轧制+增材TC4钛合金焊接接头组织影响,分析了焊后钛合金力学性能. 结果表明,轧制侧热影响区合金组织变化较大,离焊缝中心距离越近,β转变组织含量增加,晶粒逐渐转变为等轴晶组织,等轴晶内有集束状马氏体\begin{document}$\alpha '$\end{document}相析出,越靠近焊缝等轴晶尺寸越大;增材侧热影响区组织形态变化较小,β晶粒形态保持柱状晶形态,无等轴晶区产生,晶内组织转变为马氏体\begin{document}$\alpha '$\end{document}相. 焊缝两侧热影响区显微硬度变化趋势相同,均为越靠近焊缝中心,显微硬度越高,焊接重熔区硬度最高,达400 HV左右. 焊接接头力学性能与TC4钛合金锻件相当,且断裂位置均位于激光沉积母材区域.
船用耐蚀钢DH36光纤激光-MIG复合焊接接头组织和性能
高艳, 崔丽, 常耀卿, 顾长石, 贺定勇
当前状态:  doi: 10.12073/j.hjxb.20180320001
[摘要](192) [HTML全文](48) [PDF 1199KB](25)
摘要:
为探索12 mm厚DH36船用耐蚀钢对接用光纤激光-MIG复合焊接工艺,分析了四种不同送丝速度对接头成形、微观组织、拉伸性能及腐蚀性能的影响. 结果表明,在送丝速度为8.5 m/min时可获得成形优良的接头,随着送丝速度的增加,电弧区和激光区焊缝的熔宽均增加. 焊缝区主要由针状铁素体、先共析铁素体和一定量的贝氏体组成,送丝速度对针状铁素体的形态和数量有显著的影响. 增加送丝速度对接头抗拉强度的影响不大,但减小了延伸率,接头延伸率最高达16.5%. 接头极化曲线测试表明,当送丝速度为7.5 m/min时,自腐蚀电流密度最小,腐蚀倾向最低.
窄间隙摆动焊炬电弧传感试验系统的开发
刘文吉, 关真宇, 李亮玉, 岳建锋
当前状态:
[摘要](236) [HTML全文](113) [PDF 945KB](8)
摘要:
为了提高窄间隙焊接摆动电弧传感的精度和可靠性,研究电弧到窄间隙坡口侧壁的距离对电弧传感特征参数的影响规律,通过高精度激光位移传感器测量焊枪相对于坡口中心的位置,基于TMS320F2812和Labview软件,开发了一种能同步采集电弧图像、焊接电压、焊接电流和焊枪摆动位置四路信号的电弧传感试验系统. 采用P-GMAW的焊接方式对开发的试验系统进行测试,结果表明,该系统可靠有效,为深入研究窄间隙摆动电弧传感特征奠定了必要的基础.
T91马氏体耐热钢激光填丝焊工艺
祁小勇, 叶兵, 余世文, 喻亮
当前状态:  doi: 10.12073/j.hjxb.201940
[摘要](298) [HTML全文](82) [PDF 1011KB](26)
摘要:
对5 mm厚T91马氏体耐热钢板激光填丝焊工艺进行研究,分析了热输入对焊缝成型、微观组织、内部气孔数量的影响规律,并对最佳参数焊缝的力学性能进行了检测. 结果表明,采用同质焊丝焊接T91钢时,随着热输入的增加,焊缝宽度变大,焊缝内部气孔数量减少,晶粒度变化不明显,焊缝区与热影响区组织均为回火马氏体;采用功率5 600 W、速度1.2 m/min、送丝速度1.2 m/min的参数焊接可获得内部基本无气孔的焊缝,焊缝显微硬度300 HV,抗拉强度697 Mpa,断裂在母材,180°正弯与背弯曲均未出现裂纹,20,0,–20 ℃下冲击性能均高于母材.
优先发表为 经同行评议确定正式录用的文章按照期刊特定板式排版后的文件,可以根据DOI进行引用。
显示方式:
轴肩辅助加热6082铝合金摩擦塞补焊接头组织及力学性能
李德福, 王希靖, 赵早龙, 徐秋苹
当前状态:  doi: 10.12073/j.hjxb.20210325002
[摘要](14) [HTML全文](1) [PDF 1387KB](12)
摘要:
为了解决搅拌摩擦焊匙孔类体积型缺陷修复问题,在填充式搅拌摩擦焊基础上,采用轴肩与母材摩擦辅助加热的方法对同种材料铝合金匙孔类缺陷进行摩擦塞补焊,在不同的塞棒转速下得到了成形良好的塞补焊接头. 结果表明,由于热输入和材料形变作用,接头不同区域组织发生了明显变化. 不同塞棒转速下接头组织及分布状态相似. 一个完整的塞补焊接头可分为焊核区、填充区、结合面区、轴肩影响区、热力影响区和热影响区6个部分. 焊核区和轴肩影响区为细小的等轴晶,填充区保留了原始塞棒组织,结合面区为母材与塞棒过渡区,热力影响区晶粒变形明显,热影响区晶粒有所长大. 接头显微硬度高于母材,抗拉强度最高达260 MPa,为母材的83.9%,断后伸长率为6.5%,断口韧性特征明显.
显示方式:
研究论文
基于视觉与重力融合传感的焊枪位姿反馈控制
张天一, 朱志明, 朱传辉
2021, 42(11): 1-7.   doi: 10.12073/j.hjxb.20210604001
[摘要](39) [HTML全文](12) [PDF 1402KB](9)
摘要:
为了实现焊缝跟踪、焊枪高度及其空间姿态的检测和闭环反馈控制,有效控制任意空间姿态焊接接头的焊缝成形质量,构建了基于视觉传感与重力感应融合的焊枪空间位置、姿态在线检测与闭环反馈控制系统;结合建立的检测数学模型,检测系统实现了对焊枪相对于工件的空间位置和姿态、焊枪相对于重力加速度方向的空间姿态、焊接接头相对于重力加速度方向的空间姿态的在线实时检测. 结果表明,系统实现了焊枪空间姿态的实时反馈控制,控制精度可达0.1°,并实现了电弧焊接过程中的焊缝横向实时跟踪和焊枪高度实时调控,焊缝横向跟踪与焊枪高度调控的平均偏差分别为0.20和0.78 mm. 实现任意空间姿态焊接接头的自动化焊接,可有效提升焊接装备的智能化水平.
铝合金与高强钢摩擦塞铆焊接头连接性能
LyuShuqiang, KimJihoon, ChoHaeyong
2021, 42(11): 8-13.   doi: 10.12073/j.hjxb.20210310002
[摘要](92) [HTML全文](15) [PDF 895KB](18)
摘要:
为了解决铝合金与高强钢材料之间连接困难的问题,保证铝合金与高强钢之间的连接质量,采用摩擦塞铆焊工艺实现了6061-T6铝合金和DP1470高强钢的连接,并通过对接头宏观形貌和微观组织特征的观察、接头力学性能的测试以及接头失效形式的对比,研究了摩擦塞铆焊所获接头连接性能的变化规律. 结果表明,转速是影响焊接质量的重要因素. 在焊接试验过程中,转速控制范围为5000 ~ 8000 r/min,接头的抗拉强度随转速的增加先升高后降低,当转速达到7000 r/min时,接头所承受的剪切载荷最大,可以达到6.3 kN,此时得到的接头表面平整,无明显孔洞、裂纹等缺陷. 铝合金板材在接头处发生断裂失效时,接头所能承受载荷相对较大,焊接质量较高. 因此,铝合金和高强钢能够通过摩擦塞铆焊工艺实现高质量连接.
液相分离对T2紫铜/316L不锈钢接头组织及性能的影响
朱元皓, 董红刚, 吴宝生, 郭柏征, 李鹏
2021, 42(11): 14-21.   doi: 10.12073/j.hjxb.20210506002
[摘要](6) [HTML全文](7) [PDF 1584KB](5)
摘要:
采用钨极氩弧焊填充纯铜焊丝进行T2紫铜/316L不锈钢异种金属焊接工艺试验,分析了接头微观组织的形成机制. 结果表明,使用纯铜焊丝时,铁-铜液相分离对铜/钢焊缝组织的形成起主导作用. 以铜为基体的焊缝中分布着大量由铁-铜初次液相分离形成的富铁球,在其内部还分布有标志着铁-铜二次液相分离的富铜相. 富铁球内的析出相在表面能梯度和密度差的作用下,向富铁球中心呈球状聚集. 由于成分和所处区域的冷却速率不同,富铁球呈现不同的形貌. 基于熔池边界凝固理论,分析了接头铜/钢界面未混溶区宏观偏析机制. 填丝焊时,熔池边缘形成非等温边界. 纯铜焊丝制备接头铜/钢界面处液态钢母材的温度高于熔池主体,导致岛状和半未混溶区的形成. 接头的铜侧存在由粗大晶粒和正常尺寸晶粒组成的软化区,拉伸试样均断裂于此,抗拉强度达到铜母材的81.7%.
钛/铝激光熔钎焊接头原位 TEM 拉伸断裂行为
陈曦, 姜楠, 毕江, 姜梦, 梁静伟, 林三宝
2021, 42(11): 22-28.   doi: 10.12073/j.hjxb.20210420001
[摘要](15) [HTML全文](10) [PDF 1210KB](6)
摘要:
对于钛/铝异种金属熔钎焊接头,钛合金侧界面金属间化合物层的形态、厚度对接头力学性能存在显著影响.传统微观组织表征 + 宏观力学性能测试的方法无法直观获得纳米尺度下裂纹的萌生及扩展过程.基于此,采用原位TEM表征技术,对钛/铝熔钎焊接头界面金属间化合物层处的拉伸断裂行为展开研究,阐明界面金属间化合物层对接头力学性能的影响规律.结果表明,金属间化合物层物相主要以TiAl相和TiAl3相为主,在原位TEM拉伸过程中,焊缝熔合区铝合金晶粒内部容易发生位错塞积,裂纹倾向于在位错塞积处萌生扩展.界面层不是拉伸试样的薄弱区,试样倾向于在焊缝熔合区或钛合金侧发生断裂.
感应钎涂粉末熔融及传热机制
龙伟民, 刘大双, 张冠星, 吴爱萍
2021, 42(11): 29-34.   doi: 10.12073/j.hjxb.20210916001
[摘要](17) [HTML全文](10) [PDF 2987KB](7)
摘要:
感应钎涂技术是材料表面修型提性的重要技术手段,分别选用碳钢和陶瓷作为基板进行感应钎涂试验,系统研究了粉状和膏状钎涂层温度变化规律,分析了钎涂过程热量传递方式和路径. 结果表明,感应钎涂时涂层材料不能被直接感应加热,钎涂层升温的热源几乎全部来自于钢基体的热传导,液固界面剧烈传热并梯次推进,促进了金属钎料的熔融铺展;当基材由导电且能够被感应加热的碳钢替换为陶瓷时,涂层材料升温只能依靠自身生热. 粉状钎涂料呈游离态,粉末颗粒之间及粉末颗粒与金刚石之间充满气体,基体的热量难以传导至上部,粉末难以充分熔融,而添加粘结剂的膏状钎涂料在感应过程中能快速熔化,粘结剂兼有导热、助熔和保护等多重作用.
Q235钢与5052铝合金感应-静压焊接头界面微观组织和力学性能
高恺, 刘桂奇, 李坤, 朱刘博, 顾红历
2021, 42(11): 35-42.   doi: 10.12073/j.hjxb.20210509001
[摘要](19) [HTML全文](9) [PDF 3187KB](12)
摘要:
为了有效实现车身上的钢/铝复合结构连接,提出了一种新型的焊接与连接技术−感应-静压焊(induction-pressure welding,IPW). 通过光学显微镜、电子扫描显微镜对钢/铝合金连接界面的组织形貌进行观察,通过X射线色散能谱仪、X射线衍射仪及显微硬度计测试了钢/铝连接界面的化学成分、金属间化合物种类以及显微硬度. 结果表明,采用感应-静压焊工艺可以实现Q235钢与5052铝合金的有效连接. 接头界面上1、2号试样的金属间化合物平均厚度分别为115,85 μm. 接头界面的微观组织形貌呈锯齿状,并且组织向钢侧生长. 接头界面组织的硬度明显高于两侧钢铝基体组织的硬度,1,2号试样接头的抗拉强度分别为49,158 MPa. 同时,在整个感应-静压焊工艺过程中,随着加热温度的降低,金属间化合物厚度呈线性减少. 此外,还发现铝原子的扩散能力显著高于铁原子. 故而,在钢/铝感应-静压焊接头界面生成了富铝的金属间化合物Fe2Al5和FeAl2.
基于改进条件邻域熵的接头疲劳寿命影响因素分析
邹丽, 任思远, 杨光, 杨鑫华
2021, 42(11): 43-50.   doi: 10.12073/j.hjxb.20210323001
[摘要](24) [HTML全文](9) [PDF 1747KB](10)
摘要:
引入监督策略对粒化条件邻域熵进行改进,提出基于监督粒化的条件邻域熵属性约简算法. 在4个公开的数据集上对算法性能进行了试验. 结果表明,所提出的算法具有较高的约简率和分类准确率. 建立了基于该算法的铝合金焊接接头疲劳寿命影响因素分析模型,并基于互信息理论分析了焊接接头疲劳寿命各影响因素之间的耦合关系. 分析结果表明,应力集中系数受接头类型与焊接方法影响最大,受焊脚长度影响最小,说明在计算应力集中系数时接头类型与焊接方法的影响需要重点考虑;等效结构应力范围对于接头疲劳寿命影响的权重为0.461 2,名义应力范围的权重为0.347 3,说明经过应力修正之后,等效结构应力范围相较于名义应力范围对接头疲劳寿命影响的权重值增加,因而能更准确的预测接头的疲劳寿命.
钢/铝管磁脉冲辅助半固态钎焊界面行为
杨正, 胡建华, 王跃申, 杨凌志
2021, 42(11): 51-56.   doi: 10.12073/j.hjxb.20201217002
[摘要](5) [HTML全文](2) [PDF 1350KB](4)
摘要:
结合电磁成形技术和半固态钎焊技术,提出了一种钢/铝管磁脉冲辅助半固态钎焊工艺,利用电磁脉冲产生的洛伦兹力使铝外管高速碰撞半固态钎料,通过半固态钎料中固相颗粒对母材表面径向压缩和轴向剪切作用去除母材表面氧化膜,实现钢铝异种管材的无钎剂钎焊. 在不同工艺参数下进行了钢/铝管磁脉冲半固态钎焊试验,研究了钎焊接头界面元素的扩散行为和金属间化合物的生长机理. 结果表明,焊缝组织主要为α-Al以及富锌相,铝侧界面处的Al2O3氧化膜破碎与去除情况良好,钢侧界面处有薄层FeAl3金属间化合物形成,各部位均获得较好的冶金结合.
元素分布对FeCoCrNi高熵合金涂层微观组织的影响
王磊磊, 刘婷, 段舒尧, 占小红
2021, 42(11): 57-64.   doi: 10.12073/j.hjxb.20210707004
[摘要](13) [HTML全文](2) [PDF 7742KB](9)
摘要:
聚焦于激光熔覆高熵合金表面强化技术,开展了6 mm厚TC4钛合金板材表面激光熔覆FeCoCrNi高熵合金涂层的研究. 首先通过X射线衍射(XRD)对FeCoCrNi高熵合金熔覆层进行物相分析,探究其相组成. 随后,利用金相显微镜和场发射扫描电子显微镜表征手段,探究了熔覆层以及其与TC4基体结合界面处的微观组织形态及物相分布. 结果表明,Ti,Ni组合和Ti,Co组合具有最大的负混合焓(∆Hmix),因此易造成部分物相中(Ti,Ni,Co)的富集,而其周围相中则会呈现出(Fe,Cr)的富集. 结合界面上部和下部主要由灰色的柱状晶组成,中部区域主要由白色网状组织和灰色收缩孔洞组成.
基于开源切片路径规划的机器人电弧增材制造系统
洪恩航, 刘美红, 黎振华
2021, 42(11): 65-69.   doi: 10.12073/j.hjxb.20210312004
[摘要](22) [HTML全文](9) [PDF 1309KB](12)
摘要:
为提高电弧增材制造的灵活性和路径规划可靠性,使用ABB IRB1410工业机器人和Fronius CMT TPS3200焊接电源,通过Python自主编程利用开源切片软件Cura,成功搭建了电弧增材制造系统,自主开发了电弧增材制造软件,并进行了4043铝合金电弧增材成形. 结果表明,自主开发的电弧增材软件能够读取开源切片软件Cura输出的二维路径数据,并进行转换和输入工业机器人,控制焊枪运行路径和焊接电源运行参数,有效实现电弧增材制造. 使用直径1.2 mm的4043铝合金焊丝,在送丝速度为3.2 m/min、焊接速度8 mm/s、层高1.65 mm、氩气保护气体流量15 L/min条件下,分别成功制备71层单道多层试样和58层单道多层壳体零件. 试样微观组织分析结果表明,成形件凝固组织为典型柱状晶,层与层之间搭接良好. 壳体零件形状完整、表面质量良好.
基于改正二维主成分分析的焊缝表面缺陷检测
周兆逸, 张亚南, 王肖锋, 刘军
2021, 42(11): 70-76.   doi: 10.12073/j.hjxb.20210412001
[摘要](18) [HTML全文](4) [PDF 6875KB](6)
摘要:
机器人焊接因零件形状不规则和焊接工艺复杂不可避免带来各种焊缝缺陷. 针对二维主成分分析应用于焊缝表面缺陷检测时面临计算复杂度高、分类准确率低及无法进行增量学习等问题,提出了一种基于均值更新的增量二维主成分分析(mean updated incremental two-dimensional principal component analysis,MUI2DPCA)算法,并将MUI2DPCA和前馈神经网络( feedforward neural network,FNN)相结合进行焊缝表面缺陷在线检测. 首先,对相机捕获的视频帧图像进行预处理得到焊缝局部块图像. 然后,利用MUI2DPCA在线提取局部块图像的模式特征. MUI2DPCA对图像的特征主成分进行增量迭代估计,降低计算复杂度,并且能够增量更新当前的样本均值,减少无关特征变化对主成分收敛性的影响. 最后,利用FNN建立提取的模式特征与焊缝类别之间的联系,实时返回焊缝表面缺陷的检测信息. 试验结果表明,该检测方法平均分类准确率为95.40%,平均处理速度可达29帧/s,能够满足焊缝在线检测的实时性要求.
基于高通量测试方法的高功率激光焊接工艺特性分析
杨义成, 冷冰, 黄瑞生, 聂鑫, 马一鸣, 武鹏博
2021, 42(11): 77-82.   doi: 10.12073/j.hjxb.20210825002
[摘要](17) [HTML全文](7) [PDF 1498KB](10)
摘要:
为了更加高效、精准的获得工艺参数对高功率激光焊接工艺特性的影响规律,提出了激光焊接特性分析用高通量测试方法,并借助高速摄影和图像处理技术对测试过程中的光致羽辉和飞溅进行了统计分析. 结果表明,随着激光功率增加,焊接过程中飞溅数量与波动程度增加,对应焊后表面成形质量变差,内部裂纹增加;对于万瓦级激光焊接,相较于正离焦焊接,负离焦量焊接时的焊缝成形更为优异,焊接过程飞溅数量得到有效抑制,熔深波动程度也得到明显改善;实际焊接结果与激光焊接特性高通量测试结果高度一致,这说明基于高通量测试方法的激光焊接特性分析方法可以真实、快速的反映出工艺参数变化时对焊接特性的影响规律,是一种切实可行的激光焊接特性分析新方法.
变极性GMAW焊接电源仿真建模与设计
曾敏, 叶秋金, 李阳, 胡子鑫
2021, 42(11): 83-89.   doi: 10.12073/j.hjxb.20210524001
[摘要](23) [HTML全文](7) [PDF 1164KB](8)
摘要:
针对焊接过程中热输入大、薄板易熔穿等问题,研制了一种基于STM32F405单片机的高效变极性熔化极气体保护焊(variable-polarity gas metal arc welding, VP GMAW)焊接系统,可以通过调整焊接电流正负极性的时间以及电流的大小来控制焊接工件的热输入量. 通过分析带耦合电感的半桥式二次逆变电路电流换向状态,建立相应的数学模型. 针对变极性焊接过程中存在的问题,设计理想的控制波形并制定相应的控制策略. 以上述的数学模型和控制方案为基础,建立变极性熔化极气体保护焊(gas metal arc welding, GMAW)焊接系统仿真模型,验证控制策略的可行性. 将仿真结果与实际测量波形进行对比分析. 结果表明,所建立的仿真模型符合实际预期,可以为变极性电源设计提供较好的参考模型. 最后在焊接平台上使用制造的VP GMAW焊接样机在1 mm薄钢板进行堆焊试验. 结果表明,焊缝表面光洁、成形规则,即使在变极性下依然能够实现薄板的稳定焊接.
TA2/ Co13Cr28Cu31Ni28/ Q235脉冲TIG焊接头组织与性能
裴龙基, 胡志月, 瞿龙, 蒋淑英, 张军利
2021, 42(11): 90-96.   doi: 10.12073/j.hjxb.20210427002
[摘要](19) [HTML全文](8) [PDF 2526KB](8)
摘要:
针对钢与钛之间因物化性能差异大,焊接过程易产生大量金属间化合物而难以实现可靠连接的问题,依据焊缝金属固溶高熵化思路,选用Co13Cr28Cu31Ni28高熵合金作为中间过渡层对TA2钛和Q235钢进行脉冲钨极氩弧焊,并对Co13Cr28Cu31Ni28高熵合金及接头的组织和性能进行分析研究. 结果表明,Co13Cr28Cu31Ni28主要是双相面心立方结构,分别为富Cu的晶间和晶内面心立方结构,强度和塑性良好;焊接接头两部分焊缝均成形良好,无气孔、裂纹等缺陷,焊缝组织均为简单的固溶体结构,Q235侧焊缝主要为面心立方结构相,TA2侧焊缝主要由简单的体心立方结构和面心立方结构相构成,以体心立方结构相为主;焊接接头抗拉强度为224 MPa,在TA2侧靠近高熵合金的熔合线处断裂,主要由于生成了脆性的Cr3O8,断口有较多韧窝和一部分解理面,为混合断裂,表现出一定的韧性断裂特征.
峰值电流模式PSFB-ZVS PWM逆变弧焊电源的完整小信号模型及控制环路设计
何亚宁
[摘要](1363) [PDF 991KB](1623)
摘要:
在研制一台输出功率20 kW,开关频率50 kHz的全数字控制脉冲MIG/MAG逆变弧焊电源DPS-500时,为了提高系统的控制精度和动态响应,采用了峰值电流模式PSFB-ZVS PWM主电路拓扑. 运用平均开关建模法,建立PSFB-ZVS PWM变换器的功率级在CCM下的小信号模型. 推导峰值电流模式控制部分的小信号模型,最终建立峰值电流模式PSFB-ZVS PWM逆变弧焊电源的完整小信号模型. 推出斜率补偿的设计原则,设计了PI频率补偿器. 小信号模型的解析计算结果与通过Simplis小信号频域分析工具软件获得的频域响应一致.
英文摘要
[摘要](218) [PDF 250KB](1291)
摘要:
Cu-Al异种金属超声焊接过程模拟
李欢, 曹彪, 杨景卫, 崔晓宇
[摘要](1075) [PDF 2358KB](1160)
摘要:
利用有限元方法建立了Cu-Al超声焊三维热—力耦合模型. 热源包括摩擦热和塑性变形热,其热流密度与焊接不同阶段材料的振幅相关. 焊接过程超声变软影响温度场分布、应力、应变场和齿的嵌入,模拟合理考虑了铜、铝超声变软的数学模型. 模拟结果表明,铜和铝的块体温度均低于熔点,最高温度出现在焊头与铜板的接触面中心;Cu-Al连接界面最高温度出现在焊接区域中心处. 同时也模拟了齿的嵌入,焊接过程中焊头齿完全嵌入铜表面,但底座齿并未完全嵌入铝中. 与热电偶测温和焊接截面形貌对比验证表明,模拟结果与实际基本吻合,较好地模拟了超声变软、热和力三者之间的作用.
铝/钢电弧辅助激光对接熔钎焊铺展特性
樊丁, 王斌, 李春玲, 黄健康, 余淑荣
[摘要](828) [PDF 1213KB](1133)
摘要:
采用小功率TIG电弧辅助激光热源进行5A06铝合金和热镀锌ST04Z钢的预置粉末对接熔钎焊工艺试验,通过SEM,Photoshop来研究预留间隙、背面填涂钎剂、激光热输入、辅助电弧电流、热源中心间距、填加焊丝对熔钎焊接头铺展宽度的影响. 结果表明,预留小于0.5 mm的间隙与背面填涂钎剂均可增大铺展宽度;在未焊穿的前提下,随激光热输入和辅助电弧电流的增加,铺展宽度增大;随热源中心间距的增大,铺展宽度先增加后减小. 焊接熔池中填加Al-Si焊丝较未填加焊丝的铺展性更好,获得连续、美观的焊缝表面形貌.
小电流脉冲TIG弧的谐振现象及其交流阻抗特性分析
牛永, 宋永伦, 曾周末
[摘要](3461) [PDF 490KB](1025)
摘要:
采用直流叠加高频正弦的方法对小电流TIG弧的交流阻抗特性进行了研究,发现随频率的增大,电弧阻抗的模量先增大随后又减小;而其复角随频率的增大持续减小,在模量的最大值减小为零,很显然,电弧阻抗存在谐振点.经过对不同频率的激励电流和响应电压进行数据分析,得到了小电流TIG弧的高频动态阻抗电路模型以及传递函数.应用数学分析软件拟合出小电流TIG弧的阻抗曲线,确定了在测试条件下模型中的参数,并计算出电弧的谐振频率.