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2015年  第36卷  第7期

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异种先进高强度钢搭接接头熔化极气体保护焊焊接工艺参数优化
黄鹏飞, 熊威, 闫恒宇, 卢振洋
2015, 36(7): 1-4.
摘要:
以2 mm板厚无涂层DP780与MS1180钢为母材的异型搭接接头为研究对象,运用正交试验方法优化其熔化极气体保护焊工艺参数. 主要研究了送丝速度、焊接速度、电弧电压、焊接倾角4个影响接头上下板热输入分配的因素对异种材料搭接接头抗拉强度的影响规律. 对正交试验及结果进行直观分析和方差分析,找到了影响接头抗拉强度的主要因子为送丝速度、焊接速度和焊接侧面倾角,同时通过回归分析得到了控制接头抗拉强度的近似二阶数学模型和最优工艺参数组,揭示了主要工艺参数对异种高强度钢搭接接头抗拉强度的影响规律.
基于BC-MIG焊的铝/钢异种金属增材制造工艺
苗玉刚, 曾阳, 王腾, 吴斌涛, 封小松
2015, 36(7): 5-8.
摘要:
以2 mm厚Q235镀锌钢板为基板,直径1.2 mm的4043铝合金焊丝为增材材料,利用BC-MIG焊工艺进行增材试验,得到了成形美观,性能优良的T型材结构. 采用金相显微镜、显微硬度仪、万能拉伸试验机对接头的组织形貌、硬度分布、剪切性能进行研究,获得了沉积层的组织和力学性能的变化规律. 结果表明,沉积层最底部靠铝一侧和靠钢一侧分别形成细长针状和带状Fe/Al化合物,沉积层中部由向上生长的树枝晶组成,而在沉积层顶部的组织没有定向生长的趋势. 剪切试验表明,铝/钢异种金属T型材最大可承受2 108 N的剪切力,剪切角达到13.5°时,受力一侧堆焊层根部发生断裂,堆焊层上无明显裂纹.
ForceArc双面焊熔池流场与温度场的数值模拟
陈姬, 武传松, PittnerA, RetheierM
2015, 36(7): 9-12.
摘要:
基于超威弧(ForceArc)焊接时电弧的形态特征,及超短电弧下实现强制熔滴喷射过渡的特点,采用双椭圆分布热源模型及峰值指数熔滴热焓衰减分布模型. 通过分析工件坡口形貌对ForceArc焊接物理过程的影响,建立贴体坐标系下的ForceArc焊接过程三维瞬态数值分析模型. 模拟了不同预热温度及层间温度对焊接过程的影响,分析了工件上下坡口形貌对熔池传热、传质的影响,并与试验结果进行了对比. 结果表明,文中所建模型能够较好地模拟ForceArc焊接过程,对优化其焊接工艺参数具有一定的指导意义.
6061铝合金表面激光熔覆稀土CeO2+Ni60组织及摩擦磨损性能
王成磊, 高原, 张光耀
2015, 36(7): 13-16.
摘要:
为提高铝合金的表面性能,利用激光熔覆技术在6061铝合金表面制备了添加稀土CeO2的Ni60熔覆层, 并通过金相显微镜、SEM、显微维氏硬度计和摩擦磨损试验机等设备研究了CeO2对Ni60熔覆层组织结构、硬度及摩擦磨损性能的影响. 结果表明,加入2%的CeO2可有效地减少熔覆层中的裂纹、孔洞和夹杂物,促进晶粒细化,提高熔覆层的组织均匀性、表面硬度及耐磨损性能;在相同磨粒磨损条件下,CeO2+Ni60熔覆层的耐磨性是铝合金的7.1倍,是Ni60熔覆层的1.6倍;Ni60熔覆层可以显著降低铝合金表面摩擦系数,而添加稀土CeO2能提高Ni60熔覆层的摩擦系数稳定性,从而改善CeO2+Ni60熔覆层的耐磨性能.
焊缝屈服强度对SM490A钢焊接残余应力预测精度的影响
叶延洪, 孙加民, 蔡建鹏, 邓德安
2015, 36(7): 17-20.
摘要:
基于有限元分析软件MSC. Marc,开发了用于模拟焊接温度场、焊接应力场和应变场的热-弹-塑性有限元计算方法. 以低合金高强度钢SM490A为研究对象,采用移动热源和实测得到的YGT50焊缝与母材高温热物理性能和力学性能数据,数值模拟了SM490A钢单道堆焊接头的焊接残余应力. 并重点讨论了高组配接头焊缝的屈服强度对焊接残余应力的峰值和分布的影响. 结果表明,对于高组配接头,当把焊缝和母材不加区分(等强匹配),两者都采用母材的屈服强度来计算焊接残余应力时,得到的焊缝处纵向残余应力明显低于实测值;当分别采用焊缝和母材的屈服强度来计算焊接残余应力时,得到的焊缝处纵向残余应力与试验值非常接近.
不同热处理状态AMS6308钢惯性摩擦焊接头组织及力学性能
张春波, 周军, 赵玉珊, 安洪亮
2015, 36(7): 21-24.
摘要:
在HWI-IFW-130型轴/径向多功能惯性摩擦焊机上,成功实现热轧态与热轧态AMS6308钢、淬火+回火态与淬火+回火态AMS6308钢惯性摩擦焊接. 对两种不同热处理状态的焊接接头进行检测分析. 结果表明,母材为热轧态的焊接接头,焊缝区为马氏体组织,热力影响区和热影响区为马氏体+贝氏体组织;母材为淬火+回火态的焊接接头,焊缝区为马氏体组织,热力影响区和热影响区为马氏体回火组织. 以焊缝为中心,显微维氏硬度呈对称分布,焊缝区显微维氏硬度最高;两种不同热处理状态母材获得的焊接接头,拉伸均断于母材.
高气压环境下脉冲电流控制对熔滴过渡的影响
黄松涛, 谷孝满, 焦向东, 张永明
2015, 36(7): 25-29.
摘要:
高压环境对焊接电弧和熔滴过渡有很大的负面作用,试验以脉冲MIG焊电流电压波形、U-I相图和熔滴过渡图为主要评价手段,分析了压力环境对脉冲MIG焊的影响规律,总结了脉冲峰值电流和脉冲基值电流的优化对焊接电弧和熔滴过渡稳定性的改善作用. 结果表明,压力环境使电弧燃烧激烈,熔滴过渡不稳定. 脉冲峰值电流的优化能有效提高高气压环境下焊接电弧和熔滴过渡的稳定性. 相比之下,脉冲基值电流的优化虽然对电弧燃烧的稳定性有积极作用,但是效果相对较小. 高压环境下脉冲电流的优化为焊接的稳定性提供有效的技术手段.
1060铝钎缝耐腐蚀性分析
龙飞, 胡庆贤, 张子雄, 苏莉
2015, 36(7): 30-34.
摘要:
以1060纯铝作为母材,选取Zn-Al-Ag,Zn-Al,Sn-Zn,Zn-Cd-Ag等4种钎料,采用氧乙炔火焰钎焊工艺制备钎焊接头,采用盐浴浸泡方法加速腐蚀,分析了4种钎缝的耐腐蚀性. 通过宏观形貌观察、极化曲线测试、失重分析和显微组织观测,综合评价了钎缝的耐腐蚀性. 结果表明,在所分析的3个合金系中,Zn-Al系钎料钎缝耐腐蚀性能较好,Zn-Cd-Ag钎缝耐腐蚀性次之,Sn-Zn钎缝的耐腐蚀性最差. 对盐浴腐蚀而言,Zn82Al13Ag5比Zn98Al更耐腐蚀. 而对于电化学腐蚀而言,银的加入能够进一步提高Zn-Al系钎料钎缝的耐腐蚀性能.
基于激光超声的铝合金搅拌摩擦焊典型缺陷检测及分析
郑德根, 陈华斌, 王继锋, 林涛, 陈善本
2015, 36(7): 35-38.
摘要:
利用不同搅拌摩擦焊(FSW)工艺参数获得2219铝合金薄板根部未焊合、隧道孔两种典型缺陷,对比X射线检测结果,采用激光超声对这两种典型FSW缺陷进行检测. 从时域上对采样信号峰值点及幅值进行分析,并进一步运用PSD-welch功率谱法进行频域分析,提取频域不同频段的能量,结合时域最大幅值作为特征,利用支持向量机建模并训练,识别率达到85%. 结果表明,基于激光超声检测的时、频域特征能够有效对铝合金FSW两种典型缺陷进行分类识别,从而为铝合金FSW缺陷检测提供一种技术途径.
提高油气水井工具抗冲蚀性能的方法
隋义勇, 高冰, 熊云, 樊灵
2015, 36(7): 39-42.
摘要:
为提高奥氏体不锈钢等材料加工的油气水井工具在高温、含砂等工况下的抗冲蚀性能,使用钴基金属粉末+10%WC+3%Al为材料,利用激光熔敷技术在1Cr18Ni9Ti工具上制备了钴基金属陶瓷复合熔敷层,并对工具熔覆层进行冲蚀试验. 结果表明,获得的工具表面熔覆层致密均匀,与基体呈冶金结合,熔覆层可以大体分为上垂直于界面生长的平面晶和胞状晶区、向熔池中部过渡为多方向生长的树枝晶区、近表面平行于激光扫描速度方向生长的细小枝晶区. 冲蚀后的钴基熔覆层表面起伏很小,仅分布一些冲蚀凹坑和很小的犁沟,可以有效地提高油气水井工具的冲蚀性能及使用寿命.
焊接顺序对大型薄板装甲钢结构焊接变形的影响
董文超, 陆善平, 李殿中
2015, 36(7): 43-46,50.
摘要:
基于有限元软件SYSWELD建立了大型薄板装甲钢结构的焊接有限元模型,采用Local-Global方法研究了焊接顺序对薄板结构焊接变形的影响. 通过对比焊缝截面宏观形貌,利用SYSWELD热源拟合工具,建立了适合现场焊接工艺的双椭球热源模型. 采用热弹塑性有限元法分析了T形和对接接头的焊接过程,获得了局部塑性应变和焊缝刚度,进而模拟了不同焊接顺序下薄板结构变形情况. 结果表明,现场焊接顺序下结构中部薄板焊接变形严重,最大变形量为9.6 mm,模拟结果与试验结果吻合较好;采用优化的焊接顺序,可有效控制薄板焊接变形,最大变形量可减小75%.
薄板激光焊接热变形的检测
黄尊月, 罗震, 姚杞, 冯梦楠, 王忠红
2015, 36(7): 47-50.
摘要:
主要对5052铝合金薄板在激光焊接中的变形过程进行了全程监控,对焊接变形量进行了精确测量并得到焊接过程中待测点的变形量随时间变化的曲线.相对于传统的变形测量而言,采用独特的非接触数字图像相关技术全场测量法对激光焊接变形进行精确的测量,使用三维云图再现了变形量,并在不同焊接参数下对焊接变形量进行研究,得到焊接变形量随激光功率的增加而增加,随焊接速度的增加而减小,随着离焦量负值变为正值而减小.待测点的变形量在焊接过程中呈现持续增长的趋势,但是在不同的时间增长的速度不同.
激光+GMAW复合热源焊流体流动数值分析模型
胥国祥, 张卫卫, 马学周, 杜宝帅
2015, 36(7): 51-54.
摘要:
基于FLUENT软件,建立了适用、高效的激光+GMAW复合焊流体流动数值分析模型. 将电弧热输入视为双椭球热源模型,采用基于小孔尺寸的锥体热源模型描述激光热流分布;将金属填充过程视为液态金属从熔池上部边界以一定速度流入熔池过程,并通过对液态金属流速施加时间脉冲函数,模拟熔滴的过渡频率;模型简化了小孔的计算过程,主要考虑熔池中存在的弯曲小孔对流体的影响. 利用FLUENT软件,对激光+GMAW复合热源焊熔池流体流动及小孔形态进行了模拟计算和分析. 结果表明,模型能够合理反映小孔及复合焊流体流动模式的主要特征,且提高了计算效率.
10kW光纤激光焊接缺陷的形成
赵琳, 塚本进, 荒金吾郎, 张岩, 田志凌
2015, 36(7): 55-58.
摘要:
研究了未熔透光纤激光焊接过程中工艺参数对小孔型气孔、热裂纹和飞溅的影响,并讨论焊接缺陷形成机理. 结果表明,随着光纤激光焊接速度的增加,焊缝气孔和热裂纹倾向降低. 当焦点位置在工件表面时,气孔倾向最大;而当焦点位置由入焦向离焦偏移时,热裂纹敏感性增加. 光纤激光焊接气孔是由小孔不稳定引起的,而小孔不稳定性同时引起了熔池后部凝固前沿形状的变化,提高了焊缝热裂纹的敏感性. 较慢速光纤激光焊接飞溅的形成主要在于小孔开口处前沿熔池的凸起,其程度可能与小孔的稳定性有关.
45钢光纤激光熔凝工艺
屈岳波, 周健, 赵琳, 张瑞华, 张岩, 田志凌
2015, 36(7): 59-62.
摘要:
采用光纤激光对45钢表面进行了激光熔凝处理研究. 结合熔凝层深度、组织、显微硬度和摩擦磨损性能分析,研究了多道激光熔凝的激光功率、激光扫描间距对熔凝工艺的影响规律. 结果表明,在改变激光功率的研究中,熔凝层深度随激光功率的增大而增加,熔凝层的显微硬度呈周期性变化,后道激光处理对前道熔凝层存在回火热处理作用. 在改变激光扫描间距的研究中,进一步验证了后道激光熔凝对前道的热影响作用,同时适当增大扫描间距,获得软硬相间的熔凝层表面,有利于改善钢材表面的耐磨性能,同时可适当提高激光熔凝处理的生产效率.
氧化物弥散强化材料的搅拌摩擦焊分析
张静, 常永勤, 贺建超, 万发荣
2015, 36(7): 63-66.
摘要:
为了探索搅拌摩擦焊技术应用于氧化物弥散强化材料的可焊接性及其基本特点,文中对厚度为4 mm的氧化物弥散强化铜合金进行了焊接试验,并对焊接接头的宏观形貌、微观组织、显微维氏硬度进行了分析. 发现焊接接头横截面由搅拌区、热力影响区、热影响区和母材区4部分组成. 前进侧热影响区与热力影响区形成明显的分界线,后退侧则相对模糊. 搅拌区的组织为细小的等轴晶粒,出现了洋葱环和L线,热力影响区晶粒沿一定方向发生形变,热影响区组织粗化. 沿焊缝横截面的显微维氏硬度呈V形分布,其中搅拌区硬度值最低.
激光焊接316LN平板对接焊试验中气孔成因初探
张书权, 吴杰峰, 吴维越, 卫靖, 方超
2015, 36(7): 67-71.
摘要:
在激光自熔焊接5 mm厚316LN平板对接焊系列试验时,产生了气孔. 为探讨气孔成因,在试验中先后改变了保护气体流量、保护气体种类及被焊母材,同时焊后借助扫描电镜、光学显微镜、X射线能谱以及对母材进行化学成分分析等手段对试验结果进行分析. 结果表明,焊缝中气孔呈圆形,气孔形成中常伴随着夹杂物,以氢气孔为主. 其中1号材料焊接时焊缝是先以δ结晶模式,而这种结晶模式导致气孔敏感性较大,其显微金相组织也证实存在δ相,氩气不纯也是气孔成因之一.
6061铝合金激光深熔焊等离子体光谱特征与气孔的相关性
李坤, 王威, 单际国, 王旭友
2015, 36(7): 72-76.
摘要:
采用光纤激光器对6061铝合金进行焊接,获得了表面成形良好的焊缝. 利用光谱仪和高速摄像机获取等离子体的光谱和图像,分析了激光深熔焊时等离子体的光谱特征,讨论了光谱强度及其波动程度与焊缝气孔的位置及气孔率之间的相关性. 结果表明,6061铝合金激光深熔焊时等离子体的电离度低,光谱中只有金属原子谱线,AlI 396.152 nm谱线的强度能够反映焊接过程中等离子体的光谱特征;等离子体光谱强度及其波动程度与焊缝中氢气孔的形成位置和气孔率均不存在必然联系;等离子体光谱强度与小孔型气孔的位置不存在相关性,但其波动程度能够反映小孔型气孔的气孔率.
窄间隙MAG立焊动态过程模拟及热物理特性
兰虎, 张华军, 陈阿静, 陈善本
2015, 36(7): 77-82.
摘要:
窄间隙MAG焊(NG-MAG)过程中电弧摆动和分时熔合技术是保证侧壁熔合良好的关键. 通过对摆动电弧移动过程中速度大小和方向不断变化规律的分析,在经典双椭球热源模型的基础上采用坐标变换法建立了NG-MAG立焊摆动电弧动态热源模型. 温度场模拟结果表明,NG-MAG立焊热循环曲线呈"多峰"现象,焊缝表面成形似"积木"而截面成形似"哑铃",与试验结果基本吻合. 分析认为"多峰"现象主要由电弧热源逐次逼近而后远离所致,而"积木"和"哑铃"的成形特点与移动过程中电弧速度(热输入)的周期变化及焊接熔池的动态变化高度相关,上述热特点对后续进行NG-MAG立焊组织演化研究提供技术支持.
3Cr低合金钢焊接接头腐蚀膜对基体的保护作用
徐连勇, 董鑫刚, 荆洪阳, 韩永典
2015, 36(7): 83-87.
摘要:
利用扫描电镜分析3Cr低合金管线钢高频电阻焊接头微观组织,采用高温高压反应釜和电化学阻抗测试技术对焊接接头的CO2腐蚀行为进行研究. 3Cr低合金钢高频电阻焊焊缝和母材的化学成分一致,组织均为铁素体+珠光体,且焊缝组织更加细小、均匀. 失重试验结果表明,焊接接头的腐蚀速率比母材小0.28 mm/年. 电化学阻抗测试结果表明,浸泡时间48和168 h后,焊缝表面腐蚀膜电阻均大于母材,焊缝腐蚀膜对基体的保护性均好于母材. 这是由于焊缝组织分布均匀细小,表面腐蚀膜均比母材均匀和致密. 浸泡48 h时焊缝表面为双层膜结构,母材为单层膜;浸泡168 h时焊缝和母材表面均为单层膜结构.
工艺参数对IC10高温合金激光熔覆层形貌的影响
邢彬, 常保华, 都东
2015, 36(7): 88-92.
摘要:
分析了IC10高温合金的激光熔覆工艺.包括工艺参数对宽度、深度、高度的影响规律以及热输入对熔覆层宏观形貌的影响规律,最后设计正交试验并利用极差分析确定了影响熔覆层宏观形貌的关键因素. 结果表明,试验条件下合适的热输入范围为490.2~888.9 kJ/m2. 热输入太低时基体与熔覆层之间存在未熔合;热输入太高时易形成气孔缺陷. 对宽度影响最大的是激光功率,其次是离焦量,最后是扫描速率;影响深度的因素从大到小依次为离焦量、激光功率、扫描速率;激光功率、扫描速率、离焦量对高度的影响无显著差别.
电渣焊接头温度场数值模拟
孙加民, 蔡建鹏, 叶延洪, 邓德安
2015, 36(7): 93-96.
摘要:
为了研究建筑钢结构箱型柱中腹板与隔板处电渣焊接头的温度场,以有限元软件MSC.Marc为平台,开发了用于电渣焊温度场的计算方法. 在所开发的计算方法中,采用了半椭球等密度热源模型来模拟电渣焊的热输入,以生死单元技术考虑焊缝成形,并采用实测得到的低合金高强度钢SM490A材料的高温热物理性能参数模拟了箱型柱中的腹板与隔板电渣焊接头的温度场. 同时采用试验方法实测了电渣焊接头典型位置的热循环曲线,并观察了接头的焊缝宏观截面形状. 结果表明,计算得到的热循环曲线与实测结果十分吻合,计算得到的焊缝形状与试验结果也基本一致,验证了所开发的数值计算方法的有效性.
0Cr15Ni5Cu4Nb中厚板锁底结构大功率光纤激光焊接工艺特性
李颖, 封小松, 张聃, 崔凡
2015, 36(7): 97-100.
摘要:
采用大功率光纤激光对7 mm厚度0Cr15Ni5Cu4Nb不锈钢锁底结构实施了焊接试验,通过对不同焊接工艺参数下的接头质量、力学性能、微观组织结构的分析,研究了其焊接工艺特性. 结果表明,焊缝中的主要缺陷是焊接气孔,采用负离焦、高速度的焊接参数能够有效抑制气孔的形成. 焊缝区域硬度有所增加,并且焊缝上部和下部的硬度要高于中部的硬度值,接头的力学性能稳定,焊缝平均抗拉强度为970 MPa,冲击韧性略有降低,为母材的89%. 焊缝组织主要由马氏体、残余奥氏体和δ-Fe组成,焊缝中部δ-Fe要多于上部,马氏体转变不充分,热影响区中主要由晶粒细小的淬火马氏体组成.
一种基于激光测距波纹板机器人自动焊接轨迹恢复方法
于杰, 陈希章, 胡超, 林涛, 朱振友
2015, 36(7): 101-104.
摘要:
基于国内外波纹腹板H型钢机器人自动焊接研究情况,提出了一种机器人自动焊接波纹板的新方法. 基于工控机系统可离线编程及运行过程中实时存储数据的优点和机器人多自由度的良好可达性,通过编程使工控机与机器人之间实现交互通信,借助编码器和传感器外部设备与采集卡配合使用实现数据的采集与存储. 利用改进后的限幅滤波算法处理数据,将处理后的数据传输至机器人,机器人执行程序文件,从而实现波纹腹板H型钢的机器人自动焊接. 结果表明,该方法是可行的,且具有很高的实用性,旨在为将来波纹腹板H型钢的自动化焊接发展提供一个参考.
搅拌摩擦焊和熔化极气体保护焊6082铝合金疲劳性能分析
佟建华, 张坤, 林松, 王卫兵
2015, 36(7): 105-108.
摘要:
对10 mm厚6082-T6铝合金进行搅拌摩擦焊(FSW)和熔化极气体保护焊(MIG焊)焊接,利用疲劳性能试验机、光学显微镜、扫描电子显微镜等手段对6082铝合金FSW和MIG焊接头的疲劳力学性能、微观组织、裂纹扩展特征、疲劳断口进行了分析. 结果表明,在疲劳寿命为2×106周次时,6082铝合金母材及其FSW和MIG焊接头的名义应力分别为126.3,110.2,84.2 MPa;在高应力水平下(Δσ=160 MPa),FSW接头疲劳寿命明显大于MIG焊接头、与母材的疲劳寿命相当. MIG焊疲劳断口均位于焊趾处,焊缝内的气孔缺陷为其主要裂纹源;FSW疲劳断口大多发生在轴肩边缘. 接头的微观断口具有准解理特征,断口中存在疲劳条纹和韧窝.
智能化焊接CAPP的分析与开发
吴叶军, 魏艳红
2015, 36(7): 109-112.
摘要:
通过分析国内外焊接CAPP的研究现状和需求,提出了将焊接专家系统技术融入到焊接CAPP中,并成功开发了焊接领域第一个智能化CAPP系统. 通过焊接工艺设计模块、工艺过程卡编制模块、材料定额计算模块共同完成焊接工艺的编制. 其中焊接工艺设计模块建立了焊接知识库、焊接推理机、焊接工艺解释机制,使其能够自动推理焊接工艺参数;工艺过程卡编制模块提供了典型工艺编制法、相似工艺编制法和菜单编制法,使工艺人员能快速完成工艺编制;材料定额模块通过焊接坡口参数化和迭代思想实现了计算各层焊接材料消耗量及总用量.
英文摘要
2015, 36(7): 113-118.
摘要: