真空电子束熔覆装备研制

围绕真空电子束熔覆装备战略需求,聚焦核心功能零部件的研制开发。研究电子束枪技术、机械运动机构及控制技术,真空定量送粉技术等关键技术。电子束熔覆装备由电子束枪系统、机械运动及控制系统、真空系统、真空送粉系统、监视系统、PLC总控系统等组成。研制等离子体空心阴极结构的电子束枪,实现电子束在低真空条件下的正常工作,阴极连续工作时间可超过50h,适合送粉式电子束熔覆及增材制造。优化电磁聚焦系统的设计,通过调整磁场分布来控制电子束的聚焦程度。通过聚焦系统保证电子束流良好的聚焦电流稳定性,聚焦电流测量值较设定值偏差≤0.5%。研究实现了五轴联动运动机构及数控系统,实现空间复杂曲面的熔覆及增材。研究了抽真空及真空送粉系统,实现连续可控送粉。通过PLC控制系统将电子枪、真空系统、运动系统等与控制系统进行集成,进行整体调试和优化。解决系统运行中可能出现的兼容性和稳定性问题。实现上述关键技术的突破,是实现电子束熔覆装备国产化集成制造的必要条件。

熔滴过渡模式对药芯焊丝与实心焊丝焊接烟尘的影响研究

在熔化极气体保护焊焊接过程中,不同的熔滴过渡模式会导致焊接烟尘产生的冶金机制发生改变。系统研究了采用实心焊丝和药芯焊丝的熔化极气体保护焊熔滴过渡模式与焊接烟尘之间的相关性。利用熔滴过渡采集系统拍摄了两种焊丝在不同工艺下的熔滴过渡模式,并采用烟尘采集装置和激光粒度分析仪分析了不同熔滴过渡模式下的焊接烟尘发尘量和烟尘粒径分布规律。结果表明,实心焊丝在短路过渡和射滴过渡模式下,烟尘发尘量与熔滴过渡频率成正比,而大滴过渡模式下则呈现出反比规律;药芯焊丝的烟尘发尘量与熔滴过渡频率成正比关系;实心焊丝的烟尘颗粒粒径分布范围为0.1~10μm之间且大尺寸颗粒主要分布在短路过渡区间;而药芯焊丝的烟尘粒径主要分布在0.1~100μm之间,大尺寸颗粒主要分布在短路和大滴过渡区间。

Inconel 625合金焊丝微观组织EBSD研究

采用EBSD技术对自主研发A焊丝与国内B焊丝、国外C焊丝的成分、择优取向、晶粒尺寸、表面质量以及焊丝内部夹杂物含量进行对比评价焊丝质量。结果表明,通过优化焊丝成分与工艺,A、B、C三种焊丝横纵截面均存在<111>丝织构和<100>丝织构,织构密度呈现出A<B<C。A焊丝纵截面再结晶晶粒与回复晶粒数之和占总晶粒数的33.45%,B焊丝纵截面再结晶晶粒数+回复晶粒数为9.45%,而C焊丝横截面再结晶晶粒数加回复晶粒数为12.21%,呈现出A>C>B。晶粒尺寸评级为A焊丝G12.0、B焊丝G12.5、C焊丝G13.0,呈现出C>B>A。A焊丝三维粗糙度为4.30μm,B焊丝三维粗糙度为4.76μm,C焊丝三维粗糙度为5.29μm,表面质量呈现A优于B优于C;A焊丝夹杂物评级为D0.5的视场数为2,B、C焊丝夹杂物评级为D1的视场数均为7,并且存在D1e类粗细夹杂的视场数为1。综合评估A焊丝品质优于B、C焊丝。

辅助水冷对熔丝电弧增材制造IN718镍基合金组织及性能的影响

熔丝电弧增材制造技术(Wire arc additive manufacturing,WAAM)凭借着低成本和高效率成为了一种具有潜力的增材制造方式。然而由于增材过程中为了避免热量累积需要在每一层材料沉积后进行冷却,这不仅降低了增材的效率,高温也会影响材料本身和样品的成形。本试验采用冷金属过渡技术(Cold Metal Transfer,CMT)技术进行IN718镍基高温合金薄墙试样的制备。研究不同冷却工艺(常规空冷和辅助水冷)对制备样品的显微组织与力学性能的影响。结果表明,采用辅助水冷制备IN718合金不仅具有更高的增材效率,并且凭借着稳定且快速的散热,使其成形质量好于常规的空冷。由于辅助水冷具有较高的冷却速度和较低的样品温度,抑制其内部的Laves相的生长,使合金内部析出细小的Laves相,而空冷由于散热条件差,高温导致Laves析出并相长大。这导致水冷试样的塑性优于空冷试样。同时由于Laves相产生的第二相强化,水冷试样的强度更高,但伴随着其塑性的降低。本研究不仅能为电弧增材制造IN718合金提高增材效率,且提升了材料的综合力学性能,为后续高效高质量增材制造IN718零部件提供重要指导意义。

不同焊丝激光-MIG复合焊接SUS301L/Q450NQR1异种钢接头的组织及性能

为了降低成本,采用ER309LSi和CHW-55CNH两种不同焊丝,利用激光-MIG复合焊对Q450NQR1和SUS301L钢板进行对接焊,对比研究了两种焊丝接头的组织与性能。结果表明:两种焊丝接头均无未焊透、未熔合等缺陷,焊缝表面呈明显的鱼鳞纹;ER309LSi焊丝接头焊缝中心区主要为树枝状结晶的奥氏体以及少量铁素体组成;CHW-55CNH焊丝接头焊缝中心区主要由先共析铁素体以和珠光体组成;CHW-55CNH焊丝接头焊缝硬度(374 HV)大于ER309LSi焊丝接头(217 HV);ER309LSi焊丝接头平均抗拉强度(632.3 MPa)略大于CHW-55CNH焊丝接头(608.6 MPa);两种焊丝接头的中性盐雾腐蚀试验结果相差不大,电化学分析试验结果表明ER309LSi焊丝接头的耐蚀性优于CHW-55CNH焊丝接头。综上,当构件受力或耐蚀性要求不严格的时候,可以用价格较低的CHW-55CNH焊丝替代ER309LSi焊丝。

温度对超级奥氏体不锈钢254SMO双面双弧TIPTIG焊接头点蚀行为的影响

双面双弧TIPTIG焊是一种可以有效降低焊接热输入的焊接方法,采用双面双弧TIPTIG焊对4 mm厚的254SMO超级奥氏体不锈钢板进行焊接,并系统研究了温度对其点蚀行为的影响。通过动电位极化、循环极化、Mott-Schottky和EIS等电化学测试,并结合腐蚀形貌观察,发现254SMO接头的母材区、过渡区和焊缝区均发生了点蚀,其中过渡区点蚀最严重。随着温度的升高,接头的耐蚀性逐渐下降,临界点蚀温度在40~45℃之间。在不同的温度下,接头的耐点蚀性能与母材相近,达到工程中使用标准。接头和母材钝化机制相同,钝化膜均表现出n-p型半导体特征。但当温度高于45℃时,254SMO接头表面膜的稳定性略低于母材。

Mo对钛合金激光焊接接头组织性能影响研究

通过制备不同Mo含量焊材,研究了Mo元素对钛合金激光焊接接头组织性能的影响规律。通过XRD、金相组织、维氏硬度、拉伸性能和冲击韧性对焊缝性能进行分析。结果显示,焊缝中心呈现为粗大的原始β相柱状晶,该柱状晶随着Mo含量的增加呈现出先增大、后减小的趋势。原始β晶粒内部存在着若干相互平行、交错的α'针状马氏体,该马氏体贯穿整个原始β晶粒并止于晶界。随着焊缝中Mo含量的增加,焊缝平均硬度呈先减少后增加的趋势,冲击韧性呈下降趋势。由于4%Mo的焊接接头内部存在气孔,650℃下的拉伸断裂位置位于焊缝,其余Mo含量接头的断裂位置均位于母材。

大口径长输热力管道自动焊接设备的工程应用

在长输供热管网建设建设过程中,管道安装效率是影响工程进度的决定因素,提升管道焊接效率和焊接质量是确保工程进度及施工质量的重要措施。针对呼和浩特长输热力管网焊接工况,开展了大口径供热管道全位置自动焊系统的工程现场应用研究。通过可自适应管径的柔性导轨、行走驱动系统、长行程焊枪姿态调整机构、高速异构网络实时控制系统、数字化焊接电源及移动工作站的模块化集成,利用全位置焊接系统的预设工艺参数功能和全位置参数自动调用,实现了大口径长输热力管道的全位置焊接。在托克托至呼和浩特供热管道第五工区进行了工程应用,结果表明:热力管道自动焊接设备的使用降低了焊接工人的劳动强度,提高了焊接质量,大幅度缩短了焊接工期。为热力管道工程使用管道自动焊接设备的应用推广提供了宝贵的经验。

坡口角度对K形对接接头组织与疲劳性能的影响

为解决Q450NQR1耐候钢K形坡口对接接头的坡口角度选择问题,以45°、50°、60°K形坡口对接接头为研究对象,对三种坡口角度的对接接头进行了金相、疲劳试验,分析阐述了坡口角度对接头金相组织分布与疲劳性能的影响;此外,通过对疲劳断口的扫描观察,分析了其断裂特征与机理。试验结果表明:各坡口角度对接接头各区域的组织成分相近,焊缝柱状晶粒宽度及粗晶区晶粒尺寸与坡口角度成正比;45°、50°、60°K形坡口对接接头的疲劳极限依次为151 MPa、147.5 MPa、135 MPa,疲劳极限与坡口角度成反比;疲劳试件断口启裂区和扩展区具有典型的疲劳断裂特征,扩展区存在较为明显的疲劳弧线,终断区可观察到典型的韧窝组织;坡口角度越大,扩展区疲劳弧线与终断区韧窝组织越稀疏。

Nb对EA4T钢表面激光熔覆Fe基涂层组织与性能的影响

通过在EA4T钢表面激光熔覆Fe-Cr-Ni-Nb粉末,研究不同Nb含量对熔覆层的微观组织和力学性能的影响规律。利用光学显微镜(OM)和扫描电子显微镜(SEM)分析熔覆层的组织形貌,采用显微硬度计和冲击试验测试熔覆层的硬度及冲击韧性。结果表明:在不同Nb含量的熔覆层中,主要由奥氏体、FeNi固溶体和(Cr、Fe)7C3组成;随Nb含量的增加,熔覆层的晶粒尺寸呈现细化现象。但与不含Nb的熔覆层相比,当添加Nb元素后,熔覆层的拉伸强度和屈服强度均得到显著提高,0.3%Nb、0.6%Nb和0.9%Nb熔覆层试样的平均拉伸强度分别提高了42.5%、37.7%、13.1%,平均屈服强度分别提高了26.5%、18.9%、14.1%,均明显高于基体。此外,熔覆层的冲击韧性也随着Nb含量的增加而得到提高,与未添加Nb的熔覆试样相比,平均冲击功分别增加8.3%、9.4%、26.4%。综合来看,Nb含量为0.9%的熔覆层综合力学性能最好。

偏析对纳米晶Cu-Ni合金力学性能的影响研究

在经典的Hall-Petch关系中,多晶金属的强度通常随晶粒尺寸的减小而提高。然而,当晶粒尺寸极小时(通常小于10~20 nm),强度却降低(发生软化),此时Hall-Petch关系失效。Hall-Petch效应的失效表明,纳米晶粒金属的强化不仅受尺寸的影响,还受晶界(GB)稳定性的影响。本研究使用LAMMPS构建了Cu-Ni纳米晶模型,采用混合蒙特卡洛/分子动力学(MC/MD)的手段对纳米晶Cu-Ni合金的晶界偏析的不同情况进行了分子模拟。研究发现,晶界偏析的存在会抑制晶粒软化,晶粒尺寸效应不再主导纳米材料的力学性能(逆Hall-Petch效应),溶质偏析也不再对纳米级别的合金有明显的强化作用。在综合分析了晶界能量和位错后,可得出结论:通过抑制固溶体的形成,促进晶界偏析,同时优化溶质原子的浓度,将获得理想的最大强度模型。当纳米晶粒金属的均匀偏析度为约0.9时,该材料获得最强的力学性能。通过分子动力学模拟,从位错结合GB能的角度对偏析进行了全方位的深入研究。

卷首语

岁序常易,华章日新。倏忽间,我们已站在2025年的门内。回首2024,那是科技与文化交织共舞的一年。人形机器人、机器狗、Sora、无人机、无人驾驶汽车等机器“天团”强势来袭,风靡全球。国产游戏《黑神话:悟空》横空出世,从籍籍无名到全球瞩目,宛如一柄熊熊燃烧的火炬,照亮了中国神话迈向世界的道路。AI技术宛如一颗璀璨新星,以燎原之势重塑生活的轮廓,不仅改变了我们的生活方式,更在我们心间种下了对未来无限遐想的种子。

2024年成都市社会组织发展专项基金专项方案论证会在卡诺普公司圆满举行

2025年1月15日,成都市民政局、成都市慈善总会支持的“2024年成都市社会组织发展专项——‘机器人准双曲面齿轮传动减速器共性关键技术攻关引导支持’项目方案论证会”在卡诺普机器人公司6-1会议室圆满召开。项目论证评价专家委员会、项目组团队成员、机器人用户行业代表、智能焊接行业专业人士、媒体代表等41人参加了此次会议,共同探讨协会在行业关键技术研发的项目方案。

征稿启事

《电焊机》(邮发代号:62-81)是国内外公开发行的自然科学类学术期刊,月刊。本刊为中国科技核心期刊,机械工程领域高质量科技期刊(T3级),RCCSE中国准核心学术期刊,CACJ中国应用型核心期刊,入选中国知网《学术精要数据库》高影响力论文等。《电焊机》杂志坚持“实用性为主,力求创新”的原则,以焊接科学、焊接技术和焊接工程的基础问题和实现目标为核心关注点,结合国家关键工业领域的高要求,主要刊登焊接与连接技术领域的综述性、研究性及应用性论文,致力于刊登能够反映行业前沿动态、促进技术交流与创新的学术成果。

基于线激光传感器的机器人快速手眼标定方法和自动化程序

线激光传感器用于焊接机器人视觉引导时,易出现前期手眼标定较为繁琐、人为误差较大、后期难以复用和自动重标定等问题,提出了一种基于标准球的机器人快速手眼标定方法和通用性自动标定程序。该方法利用线激光传感器扫描标准球,通过球心拟合算法获取球心位置,并结合机器人位姿信息,建立传感器坐标系与机器人坐标系之间的转换关系。自动标定程序支持多种品牌机器人、线激光传感器和通讯协议,并采用PCL点云库和MathNET数值计算库进行计算,实现了标定过程的自动化和通用性。试验结果表明,该方法只需机器人粗略示教5个程序点,即可在2 min内自动扫描并获得标定结果,标定精度优于0.5 mm,满足机器人弧焊应用要求。此外,该程序易于复用,可简化机器人搭载线激光3D视觉系统的前期调试和后期运维工作,有效解决了传统手眼标定方法的不足,为线激光传感器在机器人视觉引导中的应用提供了便利。未来,将从减小球心拟合误差、优化扫描位置姿态等方面对标定方法进行进一步优化,并拓展其在高能束精密焊接等领域的应用。

焊接参数和环境温度对聚乙烯(PE)燃气管电熔焊温度场的影响

电熔焊是连接聚乙烯(PE)燃气管的常用方法。采用SYSWELD软件建立PE100圆管电熔焊的1/4轴对称有限元模型,考虑了电热丝产生的电阻热作为体积热源,并通过空气对流和散热面散热的方式模拟焊接过程中的热交换。通过DSC+TG联用测试PE100材料的熔化温度和分解温度,获得特征温度数据。试验测得PE100材料的熔化起始温度和峰值温度分别为118℃和138℃,分解起始温度为272℃,5%质量损失标定的分解温度为350℃。熔化区宽度的预测值与测量值吻合较好,误差在5%以内,验证了所采用的计算方法的有效性和准确性。模拟结果表明,焊接电压对熔化区宽度有显著影响,较大的焊接电压产生足够的热输入,进而扩大了熔化区宽度。但过高的热输入会导致塑料的过热分解,形成孔洞,降低有效连接面积,可能会影响到接头的力学性能。环境温度通过改变焊接结构的初始温度和对流散热强度,显著影响熔化区的形成过程和最终宽度。实际生产时,有必要依据具体的环境因素对电熔套筒的预设参数进行优化和调整,以保证电熔焊的质量。

Q450NQR1耐候钢激光填丝焊与MAG焊接头组织与性能对比

通过对Q450NQR1高强度耐候钢进行激光填丝焊和MAG焊对接工艺试验,研究了两种焊接方法下焊接接头微观组织及力学性能,并对拉伸试件断口进行扫描分析。研究表明,激光填丝焊和MAG焊接头焊缝区微观组织以粒状贝氏体为基体,伴有先共析铁素体及少量的珠光体。两种焊接方法的接头显微硬度从焊缝到母材整体呈下降趋势,激光填丝焊接头热影响区宽度较窄,熔合线是硬度最高位置,其硬化区平均硬度整体高于MAG焊接头同区域。两种焊接方法下试件弯曲性能良好,拉伸试件断裂位置均在母材,激光填丝焊接头具有更高的强度承载。拉伸断口扫描发现,断口均呈现典型的微孔聚集型韧性断裂特征。

焊后热处理对X65管线钢焊接接头显微组织及拉伸性能的影响

为研究焊后热处理对X65管线钢焊接接头显微组织及拉伸性能的影响。采用焊条电弧焊对X65管线钢进行多层多道焊接,并对焊接接头进行550℃保温2 h的焊后热处理。结果表明,热处理有效改善了焊缝区的显微组织,将粗大的柱状晶转变为细小的块状组织,并促进了碳化物的析出。力学性能测试显示,热处理后的焊缝抗拉强度提高至590 MPa,断后延伸率达到31.2%,显著优于未处理焊缝。分析认为,晶粒细化、碳化物析出以及晶界钉扎效应共同作用,提升了焊接接头的室温拉伸强度和韧性。研究结果为优化X65管线钢焊接接头性能提供了理论依据,对提高管道系统的安全性和可靠性具有重要意义。

电工纯铁与不锈钢扩散焊接头自动超声C扫检测技术研究

由扩散焊焊接而成线圈骨架零件(电工纯铁+不锈钢)因具有焊缝界面平整,尺寸精度高,焊接质量优良等优势已经在航空航天产品上得到了广泛应用。而扩散焊作为一种精密焊接成形技术受焊接工艺、表面状态等影响,其焊缝界面容易出现一些常规检查难以发现的微小缺陷,若不采取有效的检测手段发现这些缺陷,在后续产品的使用过程中将有可能出现严重后果。在不改变现有线圈骨架零件焊接结构的基础上,采用自行研制的水浸式超声C扫描检测系统,通过设计对比试块,调整合适的聚焦探头,扫描步进,成功实现了扩散焊缝接头扫查成像。在此基础上,结合产品使用工况、拉伸及金相对比试验和相关技术文献制定了适用于线圈骨架扩散焊缝的超声C扫判定准则,实现了产品的无损检测,对控制焊缝质量起到了重要作用。

增材制造技术在水下钛合金装备建造中的应用现状及展望

水下装备是一类可辅助或替代人类在复杂、高危的水下特殊环境中进行作业的军民两用型装备,是海洋资源开发和海洋权益维护的关键工具。近十年来,增材制造技术在航空航天、生物医疗等领域取得了诸多成功应用,但其在水下装备上的应用却鲜有报道。本文从水下钛合金装备的发展趋势出发,分析了增材制造在水下装备建造中的应用空间,从成形尺寸、产品结构和制件成分性能深入分析了增材制造技术的适用性,并以螺旋桨、空心壳体等典型零件为例,展示了其在复杂结构制造上的优势。同时,也指出了增材制造技术在应力腐蚀开裂、大型结构件形性控制、质量评价体系以及材料成本等方面的挑战。未来,通过技术突破和材料创新,例如开发固相增材制造技术,增材制造技术有望克服现有难题,实现高密度、类似锻件的组织结构,为水下装备的高质量、轻量化制造提供强力支持,推动海洋强国建设。