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2015年  第36卷  第1期

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铝/钢无匙孔搅拌摩擦点焊焊接性分析
王希靖, 张亚州, 张忠科, 孙学敏
2015, 36(1): 1-4.
摘要:
采用自行设计的无匙孔搅拌摩擦点焊方法对6061铝合金和DP600镀锌钢进行点焊(钢上铝下),利用扫描电镜、能谱仪及拉伸试验对接头的微观组织和力学性能进行研究.结果表明,搅拌头旋转频率为1200 r/min、预热时间为6 s和搅拌针长度为3.2 mm时,接头抗剪载荷可达11.2 kN.接头表面平整美观无匙孔;接头由搅拌区和扩散区组成,搅拌区内钢以弯钩状分布嵌入铝基体,形成牢固的机械连接;扩散区内铝和钢依靠界面上的金属间化合物连接,连接方式为冶金结合.接头断裂位置为扩散区化合物层与铝基体界面处,断口呈河流状的解理台阶,属于脆性断裂.
蚁群算法在白车身底板焊接路径规划中的应用
林巨广, 陈甦欣, 戴淮初, 黄文进
2015, 36(1): 5-9.
摘要:
利用Delmia软件建立了白车身底板的焊接工艺模型,按照传统的机器人焊接路径规划对其进行了仿真分析,得到了焊枪走过的路程以及各焊点之间的平均距离等参数.阐述了蚁群算法的理论基础和算法流程,依据该算法的计算思想并结合白车身底板焊接的自身特点,设计了蚁群算法的计算程序,从而找出了白车身底板焊接路径的最优解并且再次通过仿真得出新的参数,并与之前参数进行对比.结果表明,蚁群算法能够应用在焊接路径的规划研究上,这也为今后焊接工艺的规划提供了新的思路.
CO2气体保护焊逆变电源闭环控制系统
刘珊中, 汪运浩, 赵予龙, 张柯柯
2015, 36(1): 10-14.
摘要:
建立了CO2气体保护焊焊接负载数学模型及相关电源-负载系统仿真模型;采用燃弧末期恒压控制、其余阶段表面张力过渡(surface tension transition,STT)电流波形控制的焊接逆变电源闭环控制结构,设计了焊接电流和电弧电压的模糊神经元PI控制器,构建了CO2焊接逆变电源控制系统仿真平台.结果表明,所设计的闭环控制结构和控制算法能使焊接电流更接近理想的STT电流波形,可改善焊缝成形质量、实现无飞溅过渡;燃弧末期电弧电压恒定,可使电弧有更好的自调节特性.
铝/钢异种金属电弧辅助激光对接熔钎焊方法
樊丁, 王斌, 李春玲, 黄健康, 余淑荣
2015, 36(1): 15-18,58.
摘要:
采用小功率TIG焊电弧辅助激光热源进行5A06铝合金和热镀锌钢ST04Z对接熔钎焊工艺试验,获得表面成形连续、美观的焊缝.采用SEM,EDS,XRD,拉伸试验机、显微硬度计对熔钎焊接头的微观组织和力学性能进行了研究.结果表明,与单纯激光相比,电弧辅助激光热源改变了焊接过程的温度场分布,从而促进液态铝向钢侧的铺展,所得对接接头最大抗拉强度可达到163 MPa,约为5A06铝合金母材抗拉强度的74%,是激光焊接头强度的1.3倍.接头过渡层形成的金属间化合物以脆硬的Fe2Al5,Fe4Al13为主.拉伸断裂起始于脆性的金属间化合物层,终止于韧窝断裂.
316L不锈钢表面激光熔覆钴基合金组织及锌蚀机理
张春华, 刘杰, 吴臣亮, 张松, 关锰, 谭俊哲
2015, 36(1): 19-22.
摘要:
采用半导体激光器在316L不锈钢表面制备钴基合金熔覆层,对激光熔覆层的组织形貌、成分、结构及锌蚀机理进行了系统研究.结果表明,选择优化的激光辐照工艺参数,获得的钴基合金熔覆层表面平整、无裂纹、与基材呈良好的冶金结合.钴基合金熔覆层主要由γ-Co,M23C6及耐腐蚀性能优异的Laves相Co3Mo2Si和少量硬质耐磨相Co6W6C组成.在460℃熔融锌中腐蚀试验表明,钴基合金熔覆层的锌蚀机理为选择性腐蚀,熔覆层表层出现一层亮白色腐蚀过渡层,在过渡层内钴基固溶体基体优先发生腐蚀,导致Laves相剥落,从而形成了锌液对钴基合金熔覆层的进一步腐蚀.
基于NURBS的航空发动机叶片焊接修复的轨迹规划
戴士杰, 张熠, 王志平, 邢志伟
2015, 36(1): 23-26.
摘要:
由于航空发动机叶片截面形状复杂,焊接修复精度高,采用基于非均匀有理B样条曲线(non-uniform rational B-spline,NURBS)方法进行轨迹规划.利用NURBS曲线分别表示叶片截面的前缘、尾缘、叶盆和叶背等四部分曲线,经过升阶整合处理,获得统一表达式,从而进行基于NURBS的曲线插补.综合弓高误差、法向加速度和编程进给速度对焊接速度和精度的影响,实现了进给速度的自适应控制.提出了一种分段前瞻控制,简化了前瞻算法,提高了前瞻效率.最后通过仿真试验验证该算法的可行性和焊接精度.结果表明,该算法是可行的,具有良好的焊接精度.
脉冲放电对焊接接头的强化分析
郑丽娟, 向龙, 付宇明
2015, 36(1): 27-30.
摘要:
对含有裂纹的16Mn焊接接头脉冲放电后的拉伸过程进行了数值模拟,分析了脉冲放电强化对裂纹前缘应力状态的影响.数值分析表明,经脉冲放电强化后,焊接接头受拉时裂纹前缘处的应力集中降低,抗拉性能得到了提高;对含有裂纹的16Mn焊接接头试件进行脉冲放电和拉伸性能试验.结果表明,通过脉冲放电强化,裂纹前缘钝化并产生了硬而韧的白亮层组织,试件的断口变得均匀、拉伸性能平均提高了17.8%.数值模拟和试验证实了电磁热止裂技术对降低焊接接头应力集中、提高其抗拉性能的有效性.
全位置焊高频励磁装置工作特性分析
岳建锋, 李亮玉, 刘文吉, 王天琪
2015, 36(1): 31-34.
摘要:
为了防止全位置MAG焊熔池铁水流淌,研制开发了基于电涡流效应的励磁装置,在熔池内产生可抵消重力的外加电磁力.但是在试验中发现交变励磁电源有效功率在高频阶段输出受到很大限制,对励磁负载回路进行了分析,发现励磁负载回路中的感应环节造成交变电源高频工作时,感抗过大.为此在研究中提出在高频工作时采用串联谐振技术减小感性负载影响.结果表明,该方案有效提升了交变电源功率输出,并对励磁回路等效电阻和等效电感特性进行了研究和讨论,为励磁装置自动功率控制奠定了基础.
水下50 m激光切割30 mm厚钢板特性
王威, 檀财旺, 徐良, 王旭友, 林尚扬
2015, 36(1): 35-38.
摘要:
在模拟50 m水深环境下进行中厚板激光切割,通过切割的宽度和断面粗糙度研究了氧气压力、喷嘴到工件的距离、切割速度等对切割质量的影响.结果表明,氧气压力较低时,切缝底部无法割透,下半部分有较多熔渣相连.随着氧气压力增加,切缝背面排渣能力明显增强,切缝平直度增加.与大气中切割不同的是氧气压力增大,切缝壁面反而光洁.喷嘴到工件的距离对切缝各部位尺寸影响均不明显,文中取平直度最佳的范围2~4 mm.随着切割速度增加,切缝下部宽度减小最明显,切割断面纹理线发生弯曲,在水下50 m环境中,切割30 mm厚钢板,最快切割速度可达到2.0 m/min.
工业纯钛TA2/紫铜T2异种金属CMT焊接接头的微观组织和腐蚀性能
曹睿, 冯振, 陈剑虹, 景敏
2015, 36(1): 39-42.
摘要:
采用冷金属过渡技术(CMT)对工业纯钛TA2和紫铜T2异种金属薄板进行对接焊.焊接过程中,使焊丝偏向铜的一侧,铜母材和焊丝熔化形成熔焊接头,熔化的填充材料润湿钛母材,形成钎焊界面,实现钛和铜的熔钎焊连接.使用扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)和力学试验研究焊接接头的组织以及连接机理.在室温下10%HCl溶液中,研究钛/铜异种金属CMT焊接接头的腐蚀行为.结果表明,钎焊界面由TiCu,Ti2Cu,AlCu2Ti等多种金属间化合物组成;焊缝区由铜基固溶体和Ti-Cu-Al-Ni-Fe五元素析出相组成;接头的抗拉强度达到205 MPa;焊接接头在室温10%HCl溶液中腐蚀7天后,钎焊界面出现腐蚀沟槽,14天后自行断裂.
镁/钢填镍夹层激光-电弧复合对接熔化焊特性
宋刚, 胡广龙, 任大鑫, 刘黎明
2015, 36(1): 43-46.
摘要:
利用激光-电弧(TIG)复合热源的能量密度梯度分布特征,通过添加镍箔夹层,开展了AZ31B镁合金与Q235钢对接熔化焊研究.采用电子万能拉伸试验机、扫描电镜、X射线衍射仪等手段分析了焊接接头的组织特征以及力学性能.结果表明,采用该方法能够实现镁/钢异质金属对接焊接成形,界面结合良好,接头钢侧形成了由Fe,Ni,Al元素构成的明显过渡区,焊缝主要由α-Mg和大量弥散分布的白色AlNi相颗粒组成.焊接接头断裂在钢侧界面附近,断口形貌呈现准解理断裂特征,接头平均抗拉强度为232 MPa,可达镁合金母材的90%.
铝/钛异种金属旁路分流MIG电弧熔钎焊特性
苗玉刚, 王腾, 周玥, 韩端锋
2015, 36(1): 47-50.
摘要:
以1 mm厚6061铝合金与TC4钛合金板为试验材料,进行旁路分流MIG电弧熔钎焊工艺试验,得到均匀美观的焊缝成形.分别采用金相显微镜、扫描电镜、万能拉伸试验机进行研究.结果表明,界面层上方金属间化合物以柱状晶形式存在,呈现短而密集的状态.界面层靠近钛侧易形成AlTi,而界面层靠近铝侧易形成Al3Ti,TiSi2等金属间化合物,由于焊接过程中熔池内部温度的变化不均,会使界面层中出现Al11Ti5过渡相.拉伸试验表明,接头最高抗剪强度达182.6 MPa,约为铝母材的97.6%,断裂发生在铝母材热影响区,断口出现一定量的颈缩.
搅拌头旋转频率对静止轴肩搅拌摩擦焊接头力学性能的影响规律
姬书得, 孟祥晨, 黄永宪, 高双胜, 路浩, 马琳
2015, 36(1): 51-54.
摘要:
利用自行设计的静止轴肩装置对6005A-T6铝合金进行了静止轴肩搅拌摩擦焊的试验研究.结果表明,当焊接速度为200 mm/min时,表面光滑且无缺陷的焊接接头抗拉强度与断后伸长率随着搅拌头旋转频率的增加呈现先增加后减小的趋势;焊接接头的正背弯180°无裂纹;当旋转频率为1800 r/min时,抗拉强度达到最大值234 MPa,接头强度系数达到79%.静止轴肩搅拌摩擦焊接头的显微维氏硬度呈W形分布,最小值出现在前进侧的热影响区;接头的软化程度随搅拌头旋转频率的增加而增加.焊接接头的断裂位置位于热力影响区,断口呈韧性断裂.
应变速率对X80管线钢在库尔勒土壤环境中应力腐蚀开裂的影响
谢飞, 王丹, 吴明, 孙东旭
2015, 36(1): 55-58.
摘要:
利用慢应变速率拉伸试验(SSRT)、动电位扫描及扫描电镜(SEM)技术研究了X80管线钢在库尔勒模拟溶液中应力腐蚀开裂(SCC)行为.结果表明,随着应变速率的增加,X80管线钢在模拟溶液中的腐蚀速率先增大后减小.当应变速率为5×10-7/s时,试样腐蚀较为缓慢,此过程电化学腐蚀起决定性作用;当应变速率为5×10-6/s时,试样的腐蚀情况最为严重,此时力学作用占主导地位.
Sn-0.3Ag-0.7Cu-xSb无铅钎料润湿性
张亮, TuKN, 孙磊, 郭永环, 何成文
2015, 36(1): 59-62.
摘要:
研究了微量Sb元素对Sn-0.3Ag-0.7Cu无铅钎料润湿性的影响,采用润湿平衡法探讨了Sn-0.3Ag-0.7Cu-xSb钎料在不同氛围和不同钎剂条件下的润湿性能.结果表明,微量的Sb元素可以显著提高Sn-0.3Ag-0.7Cu无铅钎料润湿性.在氮气氛围条件下,Sn-0.3Ag-0.7Cu-xSb钎料的润湿性得到显著改善,主要基于氮气氛围减小熔融钎料的氧化.辅助不同的钎剂,钎料的润湿性差异较大,选择合适的钎剂可以明显提高Sn-0.3Ag-0.7Cu-xSb钎料的润湿性.
铝/钢异种金属火焰钎焊接头组织和性能
杨金龙, 薛松柏, 薛鹏, 戴玮, 吕兆萍, 张满
2015, 36(1): 63-66.
摘要:
通过扫描电镜、能谱分析和X射线衍射等方法研究了火焰钎焊时Zn-xAl钎料的润湿性能、铝/钢钎焊接头界面显微组织、金属间化合物层以及接头抗剪强度.结果表明,Zn-xAl钎料配合改性CsF-RbF-AlF3钎剂,可以有效地去除母材表面氧化膜,从而提高钎焊接头力学性能.随着Al元素含量增加,钎料铺展性和填缝性随之提高,但是钎焊接头强度先升后降,Al元素含量为15%时,钎焊接头力学性能最佳.钎焊接头显微组织分析结果表明,金属间化合物主要为Fe4Al13相. Zn-xAl钎料中Al元素含量较低时,界面层由富锌相和Fe4Al13相组成.随着Al元素含量的增加,在Zn-25Al钎焊接头界面出现第二层金属间化合物Fe2Al5相.
激光熔覆原位合成陶瓷相增强铁基熔覆层的组织和性能
乔虹, 李庆棠, 符寒光, 雷永平
2015, 36(1): 67-69.
摘要:
利用6 kW光纤激光器在Cr12MoV汽车模具钢表面激光熔覆含有Ti-Fe,B4C粉末的铁基合金粉,在汽车模具钢表面直接原位合成TiC+TiB2颗粒增强的铁基合金复合涂层.涂层与基体呈良好的冶金结合,涂层组织细小,结构致密,宏观质量较好. XRD分析结果表明,涂层组织由α-Fe,TiC,TiB2组成. TiC,TiB2相均匀分布于熔覆层中.由于TiC,TiB2硬质相的形成以及激光的快速凝固冷却获得的细晶组织,使得熔覆层的显微维氏硬度有了明显提高.在距离熔覆层表面1.2 mm处显微维氏硬度高达1000 HV,有利于促进熔覆层耐磨性的提高.
基于结构应力方法的正面角焊缝抗剪强度分析
聂春戈, 魏鸿亮, 董平沙, 兆文忠
2015, 36(1): 70-74.
摘要:
建立了基于结构应力定义的正面角焊缝抗剪强度理论,给出了新的焊缝抗剪强度计算公式,并基于该理论对焊缝抗剪强度相关问题进行了分析.结果表明,单向受剪等焊脚正面角焊缝的断裂角度理论值为22.5°,焊趾角度和受力状态均会影响断裂角度.另外焊趾角度为30°的单向受剪焊缝具有最大的承载能力,而双向受剪焊缝的承载能力比单向受力时的承载能力也明显提高.试验数据证明了该理论的正确性,该理论也为焊缝尺寸设计提供了理论基础.
金属互连结构的电迁移仿真分析
邓登, 崔海坡
2015, 36(1): 75-78.
摘要:
针对集成电路中金属互连线的电迁移现象,应用有限元分析软件ABAQUS,对铝硅合金互连线的电迁移过程进行了电热耦合研究,分析了不同电流密度与电势梯度、热通量、互连线内部总能量之间的相互关系,比较了不同结构尺寸对铝互连线电迁移失效的影响规律.结果表明,在互连线的狭窄部位,电势梯度和热通量达到最大值并具有集中性;电势梯度和热通量与通电时间及电流密度均成正比例关系;随着通电时间的延长,互连线内部总能量的变化趋势为先急剧下降再上升并达到某一平衡值;随着铝互连线宽度的增加,互连线内部的热通量逐渐减小.对于文中分析的结构模型,当互连线宽度低于2μm后,互连线失效的概率将大幅度增加.
ADB610钢焊接接头概率疲劳裂纹扩展分析
张天会, 果霖, 施杰, 薛彬, 徐人平
2015, 36(1): 79-82.
摘要:
采用焊条电弧焊方法对ADB610钢进行焊接,对焊接接头进行疲劳裂纹扩展试验,研究其概率疲劳裂纹扩展规律.采用两步七点递增多项式拟合方法,计算了一系列相同裂纹长度下母材区、热影响区和焊缝区的对数裂纹扩展速率方差和存活率分别为50%,90%,95%,99%,99.9%的裂纹扩展速率.结果表明,总体上母材区的裂纹扩展分散性最小,热影响区其次,焊缝区分散性最大;而且总体上存活率相同时,在裂纹扩展的初期,母材区的裂纹扩展速率最快,焊缝区的裂纹扩展速率最慢;在裂纹扩展末期,三区域的裂纹扩展快慢相当;随着存活率增大,三区域裂纹扩展快慢差别不大时所对应的裂纹长度减小.
Sn-0.3Ag-0.7Cu-xNd钎料显微组织及性能
徐佳琛, 薛松柏, 薛鹏, 杨洁
2015, 36(1): 83-86.
摘要:
研究了稀土元素Nd的添加量对超低银无铅钎料Sn-0.3Ag-0.7Cu的润湿性能、显微组织和力学性能的影响.结果表明,微量Nd元素的加入可以显著改善Sn-0.3Ag-0.7Cu超低银无铅钎料的润湿性能和焊点的力学性能,并且能够起到细化基体组织的作用.当钎料中Nd元素的质量分数达到0.1%时,钎料的综合性能最佳,基体组织最为均匀细化.虽然Ag元素含量的降低使钎料的性能有所下降,但是加入适量Nd元素后钎料的润湿性能已接近传统Sn-3.8Ag-0.7Cu钎料.
薄壁多焊缝复杂构件焊接过程的数值模拟
李江飞, 齐海波, 任德亮, 郭雅妹, 张伟
2015, 36(1): 87-90.
摘要:
干燥盘的冲孔板与上盖板之间的焊缝多达180条,采用分段移动热源的方法对其焊接过程进行了数值模拟.结果表明,模型中上盖板最大残余应力位于初始焊缝处,大小为233 MPa;焊接变形为向上的环形凸起变形,从外径到内径变形量逐渐增大,最大变形量位于内径处,大小为22.8 mm,并发生了少量的挠曲变形,沿焊接方向产生了3.61 mm的收缩,沿垂直焊接方向分别向两端产生了1.81和1.69 mm的伸长,模拟结果与实际焊接变形分布一致.
双机器人协同焊接的轨迹优化
翟敬梅, 应灿, 张铁, 徐晓
2015, 36(1): 91-95.
摘要:
提出一种双机器人协同焊接轨迹优化方法.基于弗莱纳-雪列矢量理论,建立并修正复杂焊缝离散点坐标系.在双机器人协同焊接有效工作空间内,以最佳焊位、焊接速度恒定、无碰撞以及一定焊枪工作位姿为约束条件,确定双机器人初始焊接点可行域.基于焊接平稳性思想,以焊接全过程双机器人各关节角位移变化总量最小化为优化目标,获取最优初始焊接点和其对应的最优焊接轨迹.搭建试验平台,比较最优初始焊接点和其它可行点的协同焊接轨迹.对各关节的平均角速度、角速度波动性、峰值和焊接时间四个方面分析.结果表明,提出轨迹优化方法是有效的.
Q690C低碳粒贝钢多层MAG焊接头组织与性能
郭咏华, 张贵锋, 杨宗奇, 黄超
2015, 36(1): 96-100.
摘要:
为提高效率、获得理想断裂位置并改善热影响区韧性,对控扎控冷工艺生产的8 mm厚Q690C低碳粒贝钢,选用等强度匹配的焊丝,采用无预热、低热输入(10 kJ/cm以下)三层全自动MAG工艺施焊.结果表明,无裂纹与成形缺陷;拉、弯与冲击性能均合格.焊缝为针状铁素体,韧性优异;仅在较窄的部分相变区(单道约0.2~0.4 mm)因回火而出现软化,但未对抗拉性能形成危害;因热输入低,拉伸断裂位置距焊缝更远;虽然熔合区与粗晶区为粗大平行上贝板条束+M-A组元,出现了硬化,但低热输入的低过热效果与两次后续焊道对贝氏体基体的明显回火作用改善了熔合区在0℃的冲击韧性.
超声波辅助钎焊铜/铝异种金属接头界面组织性能及强化机制
张汇文, 崔炜, 闫久春
2015, 36(1): 101-104.
摘要:
为了研究铜/铝异种金属钎焊接头界面金属间化合物层组织结构对接头性能的影响,从化合物结构出发,提出了一种预涂敷钎料的超声波辅助钎焊复合工艺.结果表明,采用Sn-9Zn共晶钎料,得到细小金属间化合物弥散地分布在铜表面的界面结构,增强了界面强度,其接头抗拉强度甚至超过传统工艺下将金属间化合物层减薄到极限厚度(1~2μm)时的强度.提出了一种基于超声预涂敷工艺的界面化合物结构调控方法,研究了化合物在钎焊过程中的演变规律,以及金属间化合物层在不同结构和分布情况下对接头力学性能的影响,探索了铜/铝异种金属低温焊接的新途径.
机械振动频率对高强度钢焊接接头低温韧性的影响
苏允海, 马大海, 孟凡玲, 刘政军
2015, 36(1): 105-108.
摘要:
为了研究机械振动频率对低合金高强度钢焊接接头低温韧性影响,采用Ar+CO2混合气体保护进行多层焊接,同时施加不同频率的机械振动.结果表明,机械振动可以改善高强度钢焊缝的低温韧性和显微组织,相比无振动焊接,施加振动后焊缝中针状铁素体以细小弥散形式分布,且焊缝中大夹杂物数量明显减少;在振幅一定的情况下,焊接接头冲击性能对振动频率不敏感;外加振动对焊接接头韧性的影响仅存在一定试验温度范围内,随着试验温度降低,振动对焊接接头韧性的提升效果逐渐减弱,试验温度降低至一定值,振动对焊接接头韧性的影响基本消失.
Ni/Al纳米金属箔自蔓延焊接钛/铜异种材料
何金江, 徐学礼, 王越, 李勇军
2015, 36(1): 109-112.
摘要:
以Ni/Al纳米多层自蔓延金属箔代替传统加热设备作为热源对钛和铜进行了钎焊,评价了焊接组件的平面度、焊接结合率、钎缝抗剪强度以及Ni/Al多层自蔓延金属箔与焊料的结合情况.结果表明,采用Ni/Al多层自蔓延金属箔作为热源,焊接组件在焊接前后温度变化较小,焊后平面度可控制在0.1 mm以内,焊接结合率达到98.3%,钎缝强度达到40.791 MPa.采用带EDX功能的扫描电镜对钎缝微观组织进行了分析,焊料与Ni/Al金属箔之间结合紧密,Ni/Al金属箔在应力作用下发生碎裂,降低了钎缝中残留的焊接应力,金属箔两侧焊料在压力作用下流过裂纹融为一体.
英文摘要
2015, 36(1): 113-113.
摘要: