2005年 第7期
摘要：
机器人执行操作任务之前需要进行工件坐标系的标定,传统方法是使用昂贵且复杂的测量设备进行。提出一种新的快速标定工件坐标系的方法,该方法无需额外测量设备,仅采用机器人内部编码器数据和坐标变换计算来求取机器人工件坐标系相对于基坐标系的齐次坐标变换矩阵,且操作方便,标定精度高。针对MOTOMAN SK6弧焊机器人,将该标定方法嵌入了自行开发的离线编程软件中。以此算法和离线编程为基础,完成了机器人写字。试验结果验证了标定算法的有效性。
机器人执行操作任务之前需要进行工件坐标系的标定,传统方法是使用昂贵且复杂的测量设备进行。提出一种新的快速标定工件坐标系的方法,该方法无需额外测量设备,仅采用机器人内部编码器数据和坐标变换计算来求取机器人工件坐标系相对于基坐标系的齐次坐标变换矩阵,且操作方便,标定精度高。针对MOTOMAN SK6弧焊机器人,将该标定方法嵌入了自行开发的离线编程软件中。以此算法和离线编程为基础,完成了机器人写字。试验结果验证了标定算法的有效性。
摘要：
利用现代分析测试手段分别研究了TIG焊直接焊接镁铝和镀锡焊接镁铝的焊缝熔合区形貌,并对其进行了元素扩散行为的分析及比较。结果表明镁铝直接焊接时,镁与铝之间有明显的界面,镁元素向铝母材中进行大量扩散形成扩散层,而铝元素向镁母材中的扩散很少,扩散到铝母材中的镁元素与铝形成Mg17Al126和β-AlMg金属间化合物,造成扩散层很容易发生断裂。镁铝镀锡焊接,采用熔焊-钎焊连接方法,中间过渡金属锡与母材之间形成了一个成分、组织和性能均不相同的过渡区,该区对接头性能有着较大的影响。锡层对镁铝接头产生拘束强化作用,过渡层比镁铝直接焊接要狭窄,并且尚余一些没有扩散的锡层,阻止了镁元素向铝母材中扩散。锡过渡层对镁与铝的直接接触起到了一定的阻碍作用。
利用现代分析测试手段分别研究了TIG焊直接焊接镁铝和镀锡焊接镁铝的焊缝熔合区形貌,并对其进行了元素扩散行为的分析及比较。结果表明镁铝直接焊接时,镁与铝之间有明显的界面,镁元素向铝母材中进行大量扩散形成扩散层,而铝元素向镁母材中的扩散很少,扩散到铝母材中的镁元素与铝形成Mg17Al126和β-AlMg金属间化合物,造成扩散层很容易发生断裂。镁铝镀锡焊接,采用熔焊-钎焊连接方法,中间过渡金属锡与母材之间形成了一个成分、组织和性能均不相同的过渡区,该区对接头性能有着较大的影响。锡层对镁铝接头产生拘束强化作用,过渡层比镁铝直接焊接要狭窄,并且尚余一些没有扩散的锡层,阻止了镁元素向铝母材中扩散。锡过渡层对镁与铝的直接接触起到了一定的阻碍作用。
摘要：
通过对遥控焊接过程力觉误差目标轨迹分析,在力觉临场感PID控制模型基础上,提出了遥控焊接力觉临场感仿人智能控制策略,实现了遥控焊接力觉仿人智能控制特征模型、特征辨识、特征记忆、多模态控制和多目标决策。试验表明,和常规PID控制器比较,采用仿人智能控制,更能使焊接操作者具有良好"手感",增加对遥控焊接复杂任务操作能力,提高遥控焊接质量。
通过对遥控焊接过程力觉误差目标轨迹分析,在力觉临场感PID控制模型基础上,提出了遥控焊接力觉临场感仿人智能控制策略,实现了遥控焊接力觉仿人智能控制特征模型、特征辨识、特征记忆、多模态控制和多目标决策。试验表明,和常规PID控制器比较,采用仿人智能控制,更能使焊接操作者具有良好"手感",增加对遥控焊接复杂任务操作能力,提高遥控焊接质量。
摘要：
对熔合线上含裂纹焊接接头,应用有限元方法分析了其应力应变场的分布规律。与以往研究中假设裂纹位于焊缝中间的情况相比较,指出了熔合线含裂纹焊接接头,由于裂纹位置的变化造成了裂纹结构由张开型演化为张开型和剪切型裂纹的复合型-Ⅰ+Ⅱ型裂纹模式。结合裂端的位移场,对其COD断裂参量的分解进行了讨论。更进一步,对其复合角及复合比例进行了数值计算,指出了复合角的影响因素和焊接接头分析的复杂性。
对熔合线上含裂纹焊接接头,应用有限元方法分析了其应力应变场的分布规律。与以往研究中假设裂纹位于焊缝中间的情况相比较,指出了熔合线含裂纹焊接接头,由于裂纹位置的变化造成了裂纹结构由张开型演化为张开型和剪切型裂纹的复合型-Ⅰ+Ⅱ型裂纹模式。结合裂端的位移场,对其COD断裂参量的分解进行了讨论。更进一步,对其复合角及复合比例进行了数值计算,指出了复合角的影响因素和焊接接头分析的复杂性。
摘要：
通过研究了真空熔结镍基合金涂层纵截面的微观组织、相结构、以及合金元素和显微硬度的分布特征,结果表明,稀土(Ce+La)改善了Ni60涂层的组织,使针状相改变成了小球状相,加强了界面的冶金结合。Ni60+RE涂层还析出了新的第二相WC、Ni2B、NiB和Cr6.5Ni2.5Si。稀土阻碍了涂层中Ni、Cr、Si等原子向母材的扩散和母材中Fe原子向涂层的扩散,提高了涂层中Ni、Cr、Si等元素的含量,降低了Fe的含量,减轻了碳钢母材中的Fe对合金涂层的"稀释"作用。稀土还明显地提高了合金涂层的显微硬度,两种Ni60合金涂层显微硬度的最大值都出现在距涂层表面的0.4 mm处。
通过研究了真空熔结镍基合金涂层纵截面的微观组织、相结构、以及合金元素和显微硬度的分布特征,结果表明,稀土(Ce+La)改善了Ni60涂层的组织,使针状相改变成了小球状相,加强了界面的冶金结合。Ni60+RE涂层还析出了新的第二相WC、Ni2B、NiB和Cr6.5Ni2.5Si。稀土阻碍了涂层中Ni、Cr、Si等原子向母材的扩散和母材中Fe原子向涂层的扩散,提高了涂层中Ni、Cr、Si等元素的含量,降低了Fe的含量,减轻了碳钢母材中的Fe对合金涂层的"稀释"作用。稀土还明显地提高了合金涂层的显微硬度,两种Ni60合金涂层显微硬度的最大值都出现在距涂层表面的0.4 mm处。
摘要：
采用具有全程调速器的内燃发动机、发电机、逆变弧焊电源,以及二次控制系统构成发电电焊两用机。发电机每相电枢绕组由四个子绕组构成,通过转换开关使子绕组串联时,可作为常规发电机使用,切换转换开关使子绕组并联时,可提供较低交流电压给逆变电源,使逆变电源不需要高频变压器。分析计算表明,谐波含量较高时电压有效值与平均值存在明显差别,又由于负载变化时整流桥输出电压随之变化,因而设计使发电机励磁调节器的反馈输入电压取自逆变电源的整流滤波环节后的直流电压,使发电电焊机稳定性和动态特性突出,逆变弧焊电源部分可实现复杂和高级的控制。
采用具有全程调速器的内燃发动机、发电机、逆变弧焊电源,以及二次控制系统构成发电电焊两用机。发电机每相电枢绕组由四个子绕组构成,通过转换开关使子绕组串联时,可作为常规发电机使用,切换转换开关使子绕组并联时,可提供较低交流电压给逆变电源,使逆变电源不需要高频变压器。分析计算表明,谐波含量较高时电压有效值与平均值存在明显差别,又由于负载变化时整流桥输出电压随之变化,因而设计使发电机励磁调节器的反馈输入电压取自逆变电源的整流滤波环节后的直流电压,使发电电焊机稳定性和动态特性突出,逆变弧焊电源部分可实现复杂和高级的控制。
摘要：
利用Matlab/Simulink对全数字控制CO2焊的短路过渡过程进行了仿真,建立了"功率变换电路单元-数字控制单元-送丝单元-短路过渡负载单元"的CO2焊系统仿真模型,从整体上对CO2焊全数字控制逆变焊机系统进行了研究。短路过渡负载模型中考虑了燃弧期间和短路期间熔滴的动态变化过程,采用电弧弧长和电爆炸理论来确定短路燃弧与否,从而使数字控制的效果直接在熔滴行为和电弧行为上得以体现。仿真波形与试验结果基本一致,证明所建的系统仿真模型是正确的。
利用Matlab/Simulink对全数字控制CO2焊的短路过渡过程进行了仿真,建立了"功率变换电路单元-数字控制单元-送丝单元-短路过渡负载单元"的CO2焊系统仿真模型,从整体上对CO2焊全数字控制逆变焊机系统进行了研究。短路过渡负载模型中考虑了燃弧期间和短路期间熔滴的动态变化过程,采用电弧弧长和电爆炸理论来确定短路燃弧与否,从而使数字控制的效果直接在熔滴行为和电弧行为上得以体现。仿真波形与试验结果基本一致,证明所建的系统仿真模型是正确的。
摘要：
采用等离子弧堆焊设备,通过钛合金和硼合金粉末之间的高温冶金反应,在堆焊过程中原位合成了TiB2,在普通碳钢表面制备了含TiB2的金属陶瓷层。并对堆焊层进行了显微组织、X射线衍射分析、硬度及抗裂性能试验。试验结果表明,这种一步性原位合成工艺所获得的堆焊层主要由针状TiB2晶须与Fe及其硼、碳化合物组成,陶瓷层与基体间实现了冶金结合;堆焊层抗裂性能优于不含TiB2的铁基B4C堆焊层。
采用等离子弧堆焊设备,通过钛合金和硼合金粉末之间的高温冶金反应,在堆焊过程中原位合成了TiB2,在普通碳钢表面制备了含TiB2的金属陶瓷层。并对堆焊层进行了显微组织、X射线衍射分析、硬度及抗裂性能试验。试验结果表明,这种一步性原位合成工艺所获得的堆焊层主要由针状TiB2晶须与Fe及其硼、碳化合物组成,陶瓷层与基体间实现了冶金结合;堆焊层抗裂性能优于不含TiB2的铁基B4C堆焊层。
摘要：
铝合金电阻点焊过程中,各种影响焊接质量的因素,既相互耦合,又表现出各自的特征。利用研制的一套点焊过程参数采集与显示系统,对这些影响因素的特征信息进行提取和分析。并在此基础上,应用模糊数学理论,建立了铝合金焊点质量在线监测系统,借助该系统不仅可以评估熔核尺寸,并且可以判识导致熔核尺寸发生波动的可能原因;如若发生喷溅,该系统可以判识喷溅的强度、喷溅发生的时刻以及引发喷溅的可能原因。
铝合金电阻点焊过程中,各种影响焊接质量的因素,既相互耦合,又表现出各自的特征。利用研制的一套点焊过程参数采集与显示系统,对这些影响因素的特征信息进行提取和分析。并在此基础上,应用模糊数学理论,建立了铝合金焊点质量在线监测系统,借助该系统不仅可以评估熔核尺寸,并且可以判识导致熔核尺寸发生波动的可能原因;如若发生喷溅,该系统可以判识喷溅的强度、喷溅发生的时刻以及引发喷溅的可能原因。
摘要：
成功研制一种适合于TiNi形状记忆合金与不锈钢异质材料钎焊,并可安全应用于医学领域的新型AgCuZnSn银基钎料。对AgCuZnSn系钎料的熔化特性、微观组织、钎焊工艺特性及接头力学性能进行了研究。结果表明,所研制AgCuZnSn银基钎料成分为Ag51~53Cu21~23Zn17~19Sn7~9,固相线温度为590.0℃,液相线温度为635.3℃。该钎料主要由α-Ag固溶体、α-(Cu,Zn)固溶体和Ag-Cu共晶相组成,并含有少量Cu41Sn11、AgZn、Ag3Sn、Cu5Zn8等化合物。采用该钎料钎焊TiNi形状记忆合金与不锈钢,接头强度达320~360 MPa,同时TiNi形状记忆合金性能损失较小。新型钎料熔点低、钎焊冶金特性优异,钎焊接头界面冶金结合平直、致密。
成功研制一种适合于TiNi形状记忆合金与不锈钢异质材料钎焊,并可安全应用于医学领域的新型AgCuZnSn银基钎料。对AgCuZnSn系钎料的熔化特性、微观组织、钎焊工艺特性及接头力学性能进行了研究。结果表明,所研制AgCuZnSn银基钎料成分为Ag51~53Cu21~23Zn17~19Sn7~9,固相线温度为590.0℃,液相线温度为635.3℃。该钎料主要由α-Ag固溶体、α-(Cu,Zn)固溶体和Ag-Cu共晶相组成,并含有少量Cu41Sn11、AgZn、Ag3Sn、Cu5Zn8等化合物。采用该钎料钎焊TiNi形状记忆合金与不锈钢,接头强度达320~360 MPa,同时TiNi形状记忆合金性能损失较小。新型钎料熔点低、钎焊冶金特性优异,钎焊接头界面冶金结合平直、致密。
摘要：
根据小孔等离子弧焊接的工艺特点,建立了相应的热源模型和焊接热场的分析模型。数值模拟结果表明,一般的双椭球体热源和三维锥体热源不能准确描述小孔等离子弧焊接热过程。提出了改进型的三维锥体热源模型,可以较准确地计算焊缝的正面和背面熔宽,但熔合线走向的计算精度仍较低。在此基础上,考虑等离子弧对熔池的热-力作用,建立了符合小孔形态的热源模型,对小孔等离子弧焊接热场进行了有限元分析,计算出的小孔等离子弧焊缝形状与试验结果吻合良好。
根据小孔等离子弧焊接的工艺特点,建立了相应的热源模型和焊接热场的分析模型。数值模拟结果表明,一般的双椭球体热源和三维锥体热源不能准确描述小孔等离子弧焊接热过程。提出了改进型的三维锥体热源模型,可以较准确地计算焊缝的正面和背面熔宽,但熔合线走向的计算精度仍较低。在此基础上,考虑等离子弧对熔池的热-力作用,建立了符合小孔形态的热源模型,对小孔等离子弧焊接热场进行了有限元分析,计算出的小孔等离子弧焊缝形状与试验结果吻合良好。
摘要：
采用Nb/Cu/Ni作中间层,在连接温度为1403 K、连接时间为50 min、连接压力为7.5MPa的条件下,采用不同尺寸的中间层进行了Si3N4陶瓷与Inconel 600高温合金的部分液相扩散连接。通过改变Nb层、Cu层厚度,研究了Cu层、Nb层厚度变化对Si3N4/Nb/Cu/Ni/Inconel 600接头的组织和性能的影响。研究发现,当Cu层厚度小于0.05 mm时,随着Cu层厚度的增加,接头中的Cu-Ni合金层厚度增加,接头强度快速增加;当Cu层厚度超过0.05 mm时,接头中的Cu-Ni合金层厚度由于压力的作用不明显增加,接头强度增加缓慢。随着Nb层厚度的增加,反应层厚度增加,接头的强度先增大后减小。
采用Nb/Cu/Ni作中间层,在连接温度为1403 K、连接时间为50 min、连接压力为7.5MPa的条件下,采用不同尺寸的中间层进行了Si3N4陶瓷与Inconel 600高温合金的部分液相扩散连接。通过改变Nb层、Cu层厚度,研究了Cu层、Nb层厚度变化对Si3N4/Nb/Cu/Ni/Inconel 600接头的组织和性能的影响。研究发现,当Cu层厚度小于0.05 mm时,随着Cu层厚度的增加,接头中的Cu-Ni合金层厚度增加,接头强度快速增加;当Cu层厚度超过0.05 mm时,接头中的Cu-Ni合金层厚度由于压力的作用不明显增加,接头强度增加缓慢。随着Nb层厚度的增加,反应层厚度增加,接头的强度先增大后减小。
摘要：
在通用真空电子束焊机的基础上配置两对电子束偏转线圈、工控机多功能数据采集卡、功率放大器、可编程控制器以及虚拟仪器软件LabVIEW等,构建一个电子束扫描控制系统。利用该系统可对电子束扫描轨迹、扫描频率以及加热区域电子束能量密度的分配进行离线编辑和在线调节。使用该系统进行了不锈钢毛细管板结构的钎焊试验,钎焊接头质量满足结构技术规范。对铌钛异种合金采用不对称热输入的扫描加热方式进行焊接,获得了铌、钛熔化量相当,焊缝形状对称的焊接接头。对于不能直接焊接的异种金属(如Re-Ti),可使用该系统的扫描加热技术,通过粉末冶炼制备中间过渡层。
在通用真空电子束焊机的基础上配置两对电子束偏转线圈、工控机多功能数据采集卡、功率放大器、可编程控制器以及虚拟仪器软件LabVIEW等,构建一个电子束扫描控制系统。利用该系统可对电子束扫描轨迹、扫描频率以及加热区域电子束能量密度的分配进行离线编辑和在线调节。使用该系统进行了不锈钢毛细管板结构的钎焊试验,钎焊接头质量满足结构技术规范。对铌钛异种合金采用不对称热输入的扫描加热方式进行焊接,获得了铌、钛熔化量相当,焊缝形状对称的焊接接头。对于不能直接焊接的异种金属(如Re-Ti),可使用该系统的扫描加热技术,通过粉末冶炼制备中间过渡层。
摘要：
采用Ni箔做中间层在真空下对TC4和QA l10-3-1.5进行扩散连接,用冷场发射扫描电镜(JEOL JSM 6700F)对焊接接头进行金相和能谱分析,用X射线衍射进行相分析,并进行硬度试验和接头拉伸试验。结果表明,在连接温度870℃,连接压力10MPa,保温时间60 min规范下,Ni做中间层能够实现TC4和QA l10-3-1.5扩散连接,其抗拉强度达到325 MPa。扩散连接界面形成了不同的分层结构,由形成了NiTi相,(NiTi+Ni3Ti)相和Ni(Cu)固溶体构成的扩散反应层。
采用Ni箔做中间层在真空下对TC4和QA l10-3-1.5进行扩散连接,用冷场发射扫描电镜(JEOL JSM 6700F)对焊接接头进行金相和能谱分析,用X射线衍射进行相分析,并进行硬度试验和接头拉伸试验。结果表明,在连接温度870℃,连接压力10MPa,保温时间60 min规范下,Ni做中间层能够实现TC4和QA l10-3-1.5扩散连接,其抗拉强度达到325 MPa。扩散连接界面形成了不同的分层结构,由形成了NiTi相,(NiTi+Ni3Ti)相和Ni(Cu)固溶体构成的扩散反应层。
摘要：
采用在LD31表面电刷镍阻挡层、铜改性层,将LD31铝合金的连接转化为铜的连接,在镀铜层的表面电刷镀SnPb钎料直接进行钎焊,通过开发低应力镀镍液和调整电刷镀工艺参数解决镍过渡层的裂纹问题,研究分析了镀层的显微结构及表面状态,焊缝的结构及元素分布,考察了焊接加热过程对镀层的影响。研究表明,通过在镀铜层表面直接刷镀SnPb钎料合金可以实现软钎焊连接,接头的抗剪强度可达20MPa,镀镍层、镀铜层钎焊后无裂纹、剥离等缺陷产生。
采用在LD31表面电刷镍阻挡层、铜改性层,将LD31铝合金的连接转化为铜的连接,在镀铜层的表面电刷镀SnPb钎料直接进行钎焊,通过开发低应力镀镍液和调整电刷镀工艺参数解决镍过渡层的裂纹问题,研究分析了镀层的显微结构及表面状态,焊缝的结构及元素分布,考察了焊接加热过程对镀层的影响。研究表明,通过在镀铜层表面直接刷镀SnPb钎料合金可以实现软钎焊连接,接头的抗剪强度可达20MPa,镀镍层、镀铜层钎焊后无裂纹、剥离等缺陷产生。
摘要：
针对混流式水轮机转轮焊接过程数值模拟的特殊性,提出了利用点点连接解决焊接热源的加载问题的方法以及利用将焊缝分成若干区域而逐步杀死单元的技术解决焊缝填丝过程的方法,同时利用转轮的焊接温度场证明了上述方法的正确性与合理性。另外,接触体的使用成功地解决了各独立实体间接触边界节点不重合的热传导问题以及具有复杂表面的叶片与空气之间的散热问题。这对具有复杂结构焊件的数值模拟有着重要的指导意义。
针对混流式水轮机转轮焊接过程数值模拟的特殊性,提出了利用点点连接解决焊接热源的加载问题的方法以及利用将焊缝分成若干区域而逐步杀死单元的技术解决焊缝填丝过程的方法,同时利用转轮的焊接温度场证明了上述方法的正确性与合理性。另外,接触体的使用成功地解决了各独立实体间接触边界节点不重合的热传导问题以及具有复杂表面的叶片与空气之间的散热问题。这对具有复杂结构焊件的数值模拟有着重要的指导意义。
摘要：
针对银钎剂生产成本较高、性能不够稳定以至难以大批量生产的现状,通过在银钎剂的水溶法改性工艺的基础上,采用正交试验法对其工艺及配方进行了优化设计。正交试验表明,烘干时间对钎剂性能的影响最为显著,其次是成分配比,再次是烘干温度。水溶法改性最佳方案是,钎剂配比为42%KF+23%KBF4+35%B2O3,烘干时间为45 min,烘干温度为350℃。实施了优选的工艺其操作方便、生产成本低、产品质量稳定。
针对银钎剂生产成本较高、性能不够稳定以至难以大批量生产的现状,通过在银钎剂的水溶法改性工艺的基础上,采用正交试验法对其工艺及配方进行了优化设计。正交试验表明,烘干时间对钎剂性能的影响最为显著,其次是成分配比,再次是烘干温度。水溶法改性最佳方案是,钎剂配比为42%KF+23%KBF4+35%B2O3,烘干时间为45 min,烘干温度为350℃。实施了优选的工艺其操作方便、生产成本低、产品质量稳定。
摘要：
利用从阴影恢复形状方法计算熔池表面高度的关键是建立熔池表面反射模型。通过分析铝合金脉冲GTAW的电弧光强、滤光系统、熔池形状和反射特性、摄像机参数,建立了熔池表面的反射模型。利用熔池表面光滑模型和变因子超松弛方法计算了熔池表面的高度。
利用从阴影恢复形状方法计算熔池表面高度的关键是建立熔池表面反射模型。通过分析铝合金脉冲GTAW的电弧光强、滤光系统、熔池形状和反射特性、摄像机参数,建立了熔池表面的反射模型。利用熔池表面光滑模型和变因子超松弛方法计算了熔池表面的高度。
