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1
摘要：
文中首先采用同一组焊接参数,在四种厚度基板上进行单道20层铝合金薄壁试样成型,发现不同厚度基板下试样稳定区的焊道宽度相同. 基于此结论,利用二次通用旋转组合方法设计试验样本,通过二次回归方程建立工艺参数(焊接电流、焊接速度、送丝速度、层间温度)与成型试样稳定区域焊道宽度尺寸预测模型,经验证发现模型预测效果较好. 结果表明,影响焊道宽度的主要因素有焊接电流、焊接速度和层间温度. 当电流小于95 A时,参数对焊道宽度的影响顺序为:电流大于焊接速度大于层间温度;当电流大于95 A时,顺序变为:电流大于层间温度大于焊接速度. 同时,焊接电流和层间温度间存在交互作用.
文中首先采用同一组焊接参数,在四种厚度基板上进行单道20层铝合金薄壁试样成型,发现不同厚度基板下试样稳定区的焊道宽度相同. 基于此结论,利用二次通用旋转组合方法设计试验样本,通过二次回归方程建立工艺参数(焊接电流、焊接速度、送丝速度、层间温度)与成型试样稳定区域焊道宽度尺寸预测模型,经验证发现模型预测效果较好. 结果表明,影响焊道宽度的主要因素有焊接电流、焊接速度和层间温度. 当电流小于95 A时,参数对焊道宽度的影响顺序为:电流大于焊接速度大于层间温度;当电流大于95 A时,顺序变为:电流大于层间温度大于焊接速度. 同时,焊接电流和层间温度间存在交互作用.
2
摘要：
随着增材制造技术的不断发展，各种增材制造技术，如电弧增材制造、激光增材制造和电子束增材制造等，在其相应的领域内展开了广泛的研究.文中总结了电子束熔丝沉积增材制造技术的特点.重点介绍了国内外对电子束熔丝沉积技术开展的研究工作，简要介绍了国内外学者在电子束熔丝沉积技术设备和工艺方面取得的最新研究成果.分析了电子束熔丝沉积技术目前亟需展开的研究工作，并展望了该技术应向活泼难熔金属、复合材料、梯度材料制备与大型复杂构件的增材制造等方向发展.
随着增材制造技术的不断发展，各种增材制造技术，如电弧增材制造、激光增材制造和电子束增材制造等，在其相应的领域内展开了广泛的研究.文中总结了电子束熔丝沉积增材制造技术的特点.重点介绍了国内外对电子束熔丝沉积技术开展的研究工作，简要介绍了国内外学者在电子束熔丝沉积技术设备和工艺方面取得的最新研究成果.分析了电子束熔丝沉积技术目前亟需展开的研究工作，并展望了该技术应向活泼难熔金属、复合材料、梯度材料制备与大型复杂构件的增材制造等方向发展.
3
摘要：
文中采用SYSWELD软件分别对激光单道和搭接熔覆过程进行模拟分析. 结果表明,激光熔覆处理时经历了快速加热、快速冷却的过程,具有较高的过热度,单道处理时熔覆层表面中心点峰值温度最高,可达2 589 ℃;随着远离熔池中心,各点峰值温度逐渐降低. 激光单道处理后,熔覆层内受拉应力,最大值出现熔覆层与基体交界处,热影响区受压应力. 搭接处理后第一道熔覆层仍受拉应力,但拉应力值明显降低,最大值在热影响区. 由于第一道熔覆的预热作用,第二道各点峰值温度均高于单道处理,应力最大值出现在靠近熔覆层底部位置,而热影响区受压应力.
文中采用SYSWELD软件分别对激光单道和搭接熔覆过程进行模拟分析. 结果表明,激光熔覆处理时经历了快速加热、快速冷却的过程,具有较高的过热度,单道处理时熔覆层表面中心点峰值温度最高,可达2 589 ℃;随着远离熔池中心,各点峰值温度逐渐降低. 激光单道处理后,熔覆层内受拉应力,最大值出现熔覆层与基体交界处,热影响区受压应力. 搭接处理后第一道熔覆层仍受拉应力,但拉应力值明显降低,最大值在热影响区. 由于第一道熔覆的预热作用,第二道各点峰值温度均高于单道处理,应力最大值出现在靠近熔覆层底部位置,而热影响区受压应力.
4
摘要：
提出一种借助线激光从图像中提取角焊缝特征点的方法,克服了线激光在角焊缝表面的反光对提取光条中心线的影响,有效地识别出了角焊缝特征点. 首先,根据局部对比度区分实际光条与反光条纹,用阈值分割结合图像形态学方法分割出实际光条,并确定ROI区域;其次,根据光条截面的灰度分布提取光条中心点;最后,用迭代最小二乘法拟合分段光条中心线方程并确定角焊缝特征点. 结果表明,该方法能够快速准确地提取表面光亮角焊缝的亚像素图像特征点,在主频3.4 GHz的PC机上共用时0.35 s,能够满足焊接速度为0~25 mm/s的普通焊接设备的实时性要求.
提出一种借助线激光从图像中提取角焊缝特征点的方法,克服了线激光在角焊缝表面的反光对提取光条中心线的影响,有效地识别出了角焊缝特征点. 首先,根据局部对比度区分实际光条与反光条纹,用阈值分割结合图像形态学方法分割出实际光条,并确定ROI区域;其次,根据光条截面的灰度分布提取光条中心点;最后,用迭代最小二乘法拟合分段光条中心线方程并确定角焊缝特征点. 结果表明,该方法能够快速准确地提取表面光亮角焊缝的亚像素图像特征点,在主频3.4 GHz的PC机上共用时0.35 s,能够满足焊接速度为0~25 mm/s的普通焊接设备的实时性要求.
5
2020, 41(1): 7-11.
DOI: 10.12073/j.hjxb.20190703002
摘要：
针对卷积神经网络(CNN)应用于焊缝探伤图像识别时，目标区域占比小，局部信息冗余，激活函数小于零时出现硬饱和区导致模型对输入变化较敏感、网络参数难以训练的问题，采用超像素分割算法(SLIC)和改进的ELU激活函数构建CNN模型进行焊缝探伤图像缺陷识别. 首先，在CNN模型中使用ELU激活函数，在缓解梯度消失时对输入噪声产生更好的鲁棒性，同时，利用SLIC算法对图像像素进行像素块处理的特点，增大焊缝探伤图像中感兴趣区域的占比，降低局部冗余信息，提高模型在训练过程中的特征提取能力. 通过对焊缝探伤图像感兴趣区域提取并与所述CNN模型进行对比试验. 结果表明，该方法在焊缝探伤图像特征提取、训练耗时及识别准确率方面较传统卷积神经网络有更好的表现.
针对卷积神经网络(CNN)应用于焊缝探伤图像识别时，目标区域占比小，局部信息冗余，激活函数小于零时出现硬饱和区导致模型对输入变化较敏感、网络参数难以训练的问题，采用超像素分割算法(SLIC)和改进的ELU激活函数构建CNN模型进行焊缝探伤图像缺陷识别. 首先，在CNN模型中使用ELU激活函数，在缓解梯度消失时对输入噪声产生更好的鲁棒性，同时，利用SLIC算法对图像像素进行像素块处理的特点，增大焊缝探伤图像中感兴趣区域的占比，降低局部冗余信息，提高模型在训练过程中的特征提取能力. 通过对焊缝探伤图像感兴趣区域提取并与所述CNN模型进行对比试验. 结果表明，该方法在焊缝探伤图像特征提取、训练耗时及识别准确率方面较传统卷积神经网络有更好的表现.
6
摘要：
针对焊接结构的疲劳裂纹演化过程，将焊接结构的疲劳寿命定义为裂纹萌生寿命Ni和裂纹扩展寿命Np之和，提出一种结合S-N曲线和断裂力学理论的疲劳寿命分析方法.采用等效结构应力法和99%下限主S-N曲线计算焊接结构的裂纹萌生寿命，并将这一阶段结束时的裂纹看作为半椭圆表面裂纹.采用Paris裂纹扩展模型和半椭圆表面裂纹应力强度因子ΔK计算裂纹扩展寿命Np.参照某起重机走行梁的疲劳试验结果进行对比和验证研究.结果表明，等效结构应力可以较好地表征复杂焊接结构的裂纹萌生特性，结合S-N曲线和断裂力学的疲劳寿命计算结果与试验结果具有较好的一致性.
针对焊接结构的疲劳裂纹演化过程，将焊接结构的疲劳寿命定义为裂纹萌生寿命Ni和裂纹扩展寿命Np之和，提出一种结合S-N曲线和断裂力学理论的疲劳寿命分析方法.采用等效结构应力法和99%下限主S-N曲线计算焊接结构的裂纹萌生寿命，并将这一阶段结束时的裂纹看作为半椭圆表面裂纹.采用Paris裂纹扩展模型和半椭圆表面裂纹应力强度因子ΔK计算裂纹扩展寿命Np.参照某起重机走行梁的疲劳试验结果进行对比和验证研究.结果表明，等效结构应力可以较好地表征复杂焊接结构的裂纹萌生特性，结合S-N曲线和断裂力学的疲劳寿命计算结果与试验结果具有较好的一致性.
7
摘要：
根据搅拌摩擦焊特点及库伦摩擦做功理论,以厚度为6 mm的7075-T7351铝合金板材为研究对象,基于ANSYS有限元软件,建立了搅拌摩擦焊双热源三维有限元模型,研究不同转速、焊接速度对温度场及残余应力场的影响规律.结果表明,焊接过程峰值温度在500℃左右,接头最高温度出现在搅拌头后部大约5 mm处;接头残余应力以纵向残余应力为主,在垂直焊缝方向上呈M形分布,最大值约为150 MPa;当搅拌头转速一定时,随着焊接速度的增大,峰值温度减小,峰值纵向残余应力增大;当焊接速度一定时,温度随着转速的增大而增大,且转速越大,纵向残余应力分布越均匀.
根据搅拌摩擦焊特点及库伦摩擦做功理论,以厚度为6 mm的7075-T7351铝合金板材为研究对象,基于ANSYS有限元软件,建立了搅拌摩擦焊双热源三维有限元模型,研究不同转速、焊接速度对温度场及残余应力场的影响规律.结果表明,焊接过程峰值温度在500℃左右,接头最高温度出现在搅拌头后部大约5 mm处;接头残余应力以纵向残余应力为主,在垂直焊缝方向上呈M形分布,最大值约为150 MPa;当搅拌头转速一定时,随着焊接速度的增大,峰值温度减小,峰值纵向残余应力增大;当焊接速度一定时,温度随着转速的增大而增大,且转速越大,纵向残余应力分布越均匀.
8
2019, 40(5): 100-106.
DOI: 10.12073/j.hjxb.2019400135
摘要：
以冷金属过渡电弧增材制造的方法成形了316L奥氏体不锈钢单道多层薄壁件，分析了不同焊接参数下材料的成形宽度、侧面成形误差、沉积有效率以及显微组织的变化. 结果表明，随着焊接速度的减小，成形试样的宽度逐渐增大；随着热输入的增加，侧面成形误差呈先减小后增大的趋势，沉积有效率呈先增大后减小的趋势，侧面成形误差与沉积有效率的变化相反. 沉积效率越大，侧面成形误差越小，成形有效率可达到90%以上. 成形件显微组织为γ-Fe和δ铁素体，δ铁素体形貌有树枝状和蠕虫状两种. 显微硬度测试结果显示在垂直于沉积方向和平行于沉积方向硬度值变化不大，这与各方向成形材料的显微组织比较均匀有关.
以冷金属过渡电弧增材制造的方法成形了316L奥氏体不锈钢单道多层薄壁件，分析了不同焊接参数下材料的成形宽度、侧面成形误差、沉积有效率以及显微组织的变化. 结果表明，随着焊接速度的减小，成形试样的宽度逐渐增大；随着热输入的增加，侧面成形误差呈先减小后增大的趋势，沉积有效率呈先增大后减小的趋势，侧面成形误差与沉积有效率的变化相反. 沉积效率越大，侧面成形误差越小，成形有效率可达到90%以上. 成形件显微组织为γ-Fe和δ铁素体，δ铁素体形貌有树枝状和蠕虫状两种. 显微硬度测试结果显示在垂直于沉积方向和平行于沉积方向硬度值变化不大，这与各方向成形材料的显微组织比较均匀有关.
9
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%.
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%.
10
摘要：
采用选区激光熔化技术制备了316L不锈钢的拉伸试样，分析了试样不同区域的组织特征，测试了其拉伸力学性能.结果表明，其组织形貌主要为胞状晶，但在某些“微熔池”内晶粒生长方向不相同，而近乎相互垂直，从而在同一视野中显示出典型的细小柱状晶（亚晶）和近似六边形“胞晶”共存的组织特征.试样的抗拉强度与传统工艺制备的相比有较大提高，但断后收缩率有所降低.这主要由于选区激光熔化是快速熔化与冷却凝固的过程，其选区熔化的特征使得不同区域的激光入射角度、选区熔化扫描方式、“熔池”散热条件各不相同，导致不同区域呈现复杂的结晶过程，形成不同特征的微区组织.由于冷却速度较快所得的细小柱状晶的直径为亚微米级，致密分布，显著提高了材料的抗拉强度.但由于晶粒生长明显的方向性，使得拉伸过程中晶粒在不同方向的塑性变形不均匀，相互牵制，加之大量熔合线界面处不可避免的内应力，导致断后收缩率有所降低.
采用选区激光熔化技术制备了316L不锈钢的拉伸试样，分析了试样不同区域的组织特征，测试了其拉伸力学性能.结果表明，其组织形貌主要为胞状晶，但在某些“微熔池”内晶粒生长方向不相同，而近乎相互垂直，从而在同一视野中显示出典型的细小柱状晶（亚晶）和近似六边形“胞晶”共存的组织特征.试样的抗拉强度与传统工艺制备的相比有较大提高，但断后收缩率有所降低.这主要由于选区激光熔化是快速熔化与冷却凝固的过程，其选区熔化的特征使得不同区域的激光入射角度、选区熔化扫描方式、“熔池”散热条件各不相同，导致不同区域呈现复杂的结晶过程，形成不同特征的微区组织.由于冷却速度较快所得的细小柱状晶的直径为亚微米级，致密分布，显著提高了材料的抗拉强度.但由于晶粒生长明显的方向性，使得拉伸过程中晶粒在不同方向的塑性变形不均匀，相互牵制，加之大量熔合线界面处不可避免的内应力，导致断后收缩率有所降低.
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