高熔点材料搅拌摩擦焊用搅拌头夹具的结构设计

基于搅拌摩擦焊用搅拌头与机床的配合特点,文中提出了一种工装夹具的设计方案,采用成形连接,通过毂孔配合面传递载荷,法兰盘约束搅拌头轴向运动,分析了焊接和非焊接状态下的工装配合关系。以低碳钢焊接为例,计算夹具与搅拌头配合受载情况,结果表明,最大应力区分布在搅拌针中部圆周面,容易形成磨损带,夹具所受应力主要分布在机床与夹具配合的轴间部位和毂孔内部,主要由于毂孔与搅拌头端面直边存在剪切作用,应力最大115.96 MPa,安全系数为2,满足设计要求。根据搅拌头及夹具制备材料,提出了电火花或铣削等加工方法,并明确相关技术要求。

基于旁轴视觉的激光焊接系统加工定位方法

针对激光焊相机标定精度低,定位精度与像素当量倍数相差较大等问题,提出了一种基于旁轴视觉的相机标定方法和定位方法,通过内参标定校正透镜畸变;通过外参标定,建立系统中像素坐标系与机床坐标系间的转换关系,设计一种二值化阈值的局部寻优算法,以保证工件准确的边缘拟合.通过识别工件角点和一边的角度,确定工件在系统中的摆放位置与姿态,算法精度稳定在1像素内,即0.017 mm的理论精度,通过加工试验测试定位精度,在试验中对识别的工件转角角度进行修正,修正前,x方向平均误差0.050 mm,y方向平均误差0.137 mm;修正后,x方向平均误差为0.029 mm,y方向平均误差为0.026 mm,分别为像素当量的2.12倍和1.53倍,实际误差与像素当量间倍数相差较小.结果表明,该定位方法在充分利用相机性能的同时,具有较高的算法精度和定位精度,提高加工效率满足实际生产需求.

基于激光加热阴极的高精密焊接电子枪研究

高精密焊接对电子枪的束流品质提出极高的要求,而传统电子枪由于工作原理的问题,束流品质的提升十分有限。探索性地进行激光加热阴极电子枪的研究,有效避免灯丝电流磁场对电子束束流分布的影响,所获得的电子枪束流能量集中,消除能量分布多峰的问题,同时由于磁场影响的消除,电子束束斑的尺寸大幅度减小。由于红外激光加热溅射效应可以忽略,阴极的寿命得到大幅度的提升。由于束流能量更加集中和斑点尺寸减小,焊接时的能量输入减小,零件的相应变形也较小。该电子枪特别适于高精密零部件焊接及需要良好束流品质热源的领域,如电子束微纳加工、高精度3D快速成形和打孔等领域。

脉冲变极性等离子弧焊接系统及其特征信号分析

研制基于单片机控制的具有高低频调制脉冲功能的双逆变变极性等离子弧(Variable polarity plasma arc,VPPA)焊接系统,检测并分析叠加不同高低频脉冲参数条件下该焊接系统输出信号的特征,并对系统进行实际焊接试验,结果表明系统运行良好。从特征信号的时域及频域分析发现,当高频脉冲频率提高到2 kHz时,与1 kHz相比较,脉冲上下降沿斜率降低1.2倍,高次谐波量增加1.4倍。由焊接试验结果得出,当高频脉冲频率及正反极性电流等工艺参数选择合适时,可以得到比典型VPPA焊接更加优越的焊缝成形,获得具有均匀鱼鳞纹的理想焊缝。从焊缝显微组织的分析发现,脉冲VPPA焊接工艺得到的焊缝晶粒比典型VPPA焊缝晶粒细小,因此该焊接工艺对进一步提高航空航天高强铝合金焊接质量具有重要意义。

考虑传热条件的搅拌摩擦焊主轴力控制研究

针对搅拌摩擦焊接过程中的试件结构和焊缝位置变化,导致主轴力波动、焊接质量不稳定的问题,对焊缝位置改变和试件结构变化两种传热条件下的热-力关系进行研究,提出考虑传热条件变化的主轴力控制方案。采用Deform-3D软件进行搅拌摩擦焊温度场仿真,并与试验测得实际焊接温度和主轴力进行对比分析,得出靠近试件边缘的主轴力的变化趋势。引入焊接力边缘效应修正系数,基于Hammerstein结构建立考虑传热条件的搅拌摩擦焊主轴力模型,并构造广义预测控制主轴力控制器。将控制器集成到西门子840Dsl数控系统中,并在焊接设备上开展工程测试。结果表明,考虑传热条件变化的主轴力控制方案的控制效果较好,在不同传热条件下,可将实际主轴力控制在期望主轴力±5%的范围内。

多元离子复合渗镀表面改性与钎焊设备的研制

多元离子复合渗镀设备是由炉体、辉光电源、电弧电源、水冷系统、真空系统和监测系统六部分组成;复合靶是由多种金属材料组成,其中包括钛、铜、镍、银、铝等,依据工件材料选定。陶瓷或金属表面复合渗镀的以及钎焊的工艺参数,如工作气压、辉光电压、电弧电流、渗镀时间、复合靶与工件之间的距离、焊接温度和保温时间等,对表面合金化和钎焊造成影响。本装置可以用于陶瓷及金属的表面合金化及其真空钎焊连接。

连续式铜硬钎焊炉结构设计及温控策略研究

为满足铜硬钎焊节能环保要求,设计了智能化环保型连续式铜硬钎焊炉。对钎焊炉总体及钎焊室进行了结构设计,利用计算流体力学仿真技术研究了钎焊室热风搅拌装置对炉内温度分布的影响规律,并建立了钎焊炉智能温控策略。研究结果表明热风搅拌装置错开安装,转速相反时可有效扩大气体交换区域,有利于保证温度及惰性气体均匀分布;合理选择两搅拌装置转速差,可使炉膛内气流速度最大;分区控温技术使钎焊产品温度波动满足工艺要求。连续式铜硬钎焊炉可保证钎焊质量,降低能耗。

激光拼焊设备的应用

激光拼焊设备能够实现等厚和不等厚钢板的对焊,焊接质量好,节约原材料,容易实现自动化生产,在当今汽车车身制造业得到了越来越广泛的应用。文章详细介绍了激光拼焊典型成套设备——SOUTRAC型全自动激光拼焊线的设备组成及工艺流程,以及焊接部分的工作原理和焊接过程质量监控系统的工作原理。

粉状铝基钎料的高频钎焊工艺研究

介绍了粉状铝基钎料的制备方法,探讨了粉状铝基钎料的工艺性能。从表面张力的角度出发,讨论了粉末粒度、氧含量、加热速度、加热均匀性、钎料钎剂比例等因素对高频铝材钎焊工艺和性能的影响。结果表明:用粒度在150~180μm的粉状铝基钎料钎焊铝材,其钎焊剪切强度较高;加热速度较快、加热盘温度均匀的钎焊效果较好;钎料钎剂的比值在10∶8~10∶10范围钎焊效果较好。

电感量对 IGBT 逆变焊机可靠性的影响

以半桥式ＩＧＢＴ逆变焊机为例，探讨了焊机主回路中的电感量对电路的工作状态的影响．通过在主回路中串联三种不同的电感的研究得出，焊机主回路中的感抗较大时，不仅会降低焊机的输出功率，而且会造成ＩＧＢＴ开关管上较高的关断电压尖峰；在主回路中串联可饱和电抗器，可实现ＩＧＢＴ零电压开通，并且因它而造成的ＩＧＢＴ关断电压尖峰较低．

电子束熔丝增材制造大功率电子枪研制

根据电子束熔丝增材制造需求,结合理论计算,利用三维造型软件设计了电子枪结构包括阴极组件、栅极、阳极、聚焦线圈、扫描线圈;利用模拟仿真软件对电子枪结构进行优化,最终得到优化后的电子枪栅极球面直径14 mm、阳极孔径3.5 mm、阳极倾角140°、阴阳极距离10 mm、聚焦线圈匝数1 800匝、磁轭间隙30 mm、线圈内径60 mm、外径150 mm;设计了电子枪聚焦及偏转扫描驱动电路,带载测试聚焦电流最大值可达1.49 A,偏转扫描最大电流可达±1.06 A,扫描频率达2 kHz;对电子枪性能进行测试,最高耐压达到-75 kV,功率达到30 kW,TC4的熔丝增材成形效率达到5.16 kg/h。研制的电子枪结构轻便、束流品质好、成形效率高,适合于用作真空室内动枪。

惯性摩擦焊机主轴系统性能分析

根据摩擦焊接过程原理对惯性摩擦焊机中主轴系统力能参数进行计算校核,在试验研究的基础上,对惯性摩擦焊机的主轴、飞轮和离合器等轴系转动件进行了动平衡试验与校正,并完善了惯性摩擦焊机,为今后摩擦焊机的推广应用提供了理论依据。

新型双主轴搅拌摩擦焊设备结构可靠性研究

为了实现厚板铝合金等轻量化板材的高效高可靠连接,双主轴搅拌摩擦焊技术应运而生,但是目前适用于双主轴搅拌摩擦焊接的设备并不成熟。针对双主轴搅拌摩擦焊技术,设计了一种新型双主轴搅拌摩擦焊设备,利用ANSYS Workbench软件对所设计设备的机身和主轴进行了静力学分析,校核了机身和主轴的刚度与强度,并通过模态分析研究了设备的振动响应特性,验证了设备的结构可靠性。结果表明:在额定工况下,机身最大形变量0.55 mm,主轴安装位置形变量约0.20 mm;主轴最大形变量1.73μm,最大应变1.97×10^(-4),最大应力20.64 MPa。机身以及主轴的强度与刚度均满足双主轴搅拌摩擦焊连接工艺需求。主轴安装位置和丝杠等重要位置最大应力约20 MPa,远小于机身材料的许用应力。机身的1阶固有频率为53.58 Hz,主轴的1阶固有频率为3 387.0 Hz,避开了电机的工作频率,设备工作过程中振动稳定,不会发生共振现象。

基于嵌入式软PLC的3A21真空钎焊过程控制系统开发

3A21波导零件对焊接质量有较高的要求,采用真空钎焊能显著提高零件的成型质量。通过分析零件的钎焊工艺,设计基于嵌入式软PLC的过程控制系统。在带有Co DEsys的PC端编辑PLC程序,通过嵌入式ARM控制器,在Vx Works操作系统上执行编译的PLC程序,按钎焊工艺监控真空钎焊过程。应用表明,该系统兼具PLC的可靠性和嵌入式系统的实时性,可实现钎焊过程的在线监控。

焊接机器人在集箱管接头焊接制造中的应用

焊接机器人是在工业机器人基础上发展起来的先进焊接设备,其主要优点在于其稳定性和能够提高焊接质量和生产率,改善工人劳动条件等。电站锅炉制造中集箱是承受高温高压的重要部件之一,在集箱壳体全长通常焊有大量密排的接管,有的是长度小于300mm的短管接头,有的是弯成一定形状的长管接头,通常一根集箱少则几十个管接头,

面向球形金属粉末制备的电弧熔融等离子体雾化装置的设计

金属增材制造用高性能球形金属粉末的主流制备方法是雾化法,其中等离子体雾化法所制备粉末的性能相对更加优异,但其出粉速率较低。针对这一难题,将等离子体雾化法和丝材电弧喷涂技术结合,开发出了一套新型的电弧熔融等离子体雾化装置,旨在保留等离子体雾化法优势的基础上,提高出粉速率。之后开展了等离子体炬发生器性能测试实验,以及304不锈钢和纯钛丝材的雾化实验。实验结果表明,电弧熔融等离子体雾化法利用高温高速的等离子体炬对金属熔融液进行破碎,保证了粉末颗粒的过热度,使其有充分的球化和凝固时间。从粉末性能和出粉速率两方面对比分析了本技术和国外专利技术,证实了在粉末性能相同的前提下,本技术的出粉速率是国外专利技术的2~7倍。

热声焊机的研制及工艺研究

热声焊技术可实现金丝的高质量焊接。论述了热声焊设备的研制,介绍了超声系统、机械系统、控制系统等及工艺研究。该设备已应用于微波组件的制造及其相关工艺的研究。

基于磁透镜结构参数的电子枪磁聚焦特性分析

磁透镜是电子枪的重要组成部分,其结构会影响磁聚焦性能,从而影响束斑直径与电子束焊接质量。文章以国产ZD-VEBW系列高压电子束焊接设备电子枪为研究对象,构建电子枪束源与电磁聚焦结构的物理模型,并借助CST平台,仿真分析了球差影响下的束斑形貌和不同聚焦电流下磁透镜铁壳内径、铁壳开口对束斑直径的影响。设计环形挡板实现了磁透镜铁壳内径、铁壳开口参数的调整,并进行聚焦电流变化下的焊接实验研究。实验结果表明:磁透镜结构参数的合理设计可以达到更优的磁聚焦特性、更小束斑直径与更大的焊缝深宽比,实验验证了仿真结果的正确性,文章的研究对国产ZD-VEBW系列高压电子枪磁透镜结构的设计和该系列电子枪焊接质量的提升提供了理论和实验指导。

高速旋转扫描电弧传感器在弧焊机器人焊缝纠偏系统中的应用

自80年代以来,电弧传感器作为一种焊接传感手段倍受各国重视,国外许多焊接设备研究和制造机构都在努力开发这一领域。工业发达国家研究起步较早,已研制出多种电弧扫描形式(双丝并列、摆动和旋转)的电弧传感器,适合于埋弧焊、TIG、MIG/ MAG的不同焊接,有些已用于焊接生产。 电弧传感器的最大优势在于它的抗弧光。