2014年全国计算机辅助焊接工程学术研讨会在哈尔滨成功举办

为了进一步促进和推动计算机与信息技术在焊接领域的应用，交流和研讨现代焊接技术在“绿色、高效、节能、优质”高端工艺与装备方面的最新成果和发展动向，哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室和中国焊接学会计算机辅助焊接工程专业委员会于2014年7月29～30日在哈尔滨银河大酒店联合举办了“2014年全国计算机辅助焊接工程学术研讨会”。来自国内高等院校、科研院所、科技企业与制造业的120余位专家学者、工程技术人员和研究生参加了会议。

飞机壁板先进焊接技术应用现状

整体机加壁板由于其生产效率低、材料利用率低等原因，目前在民用飞机制造中使用越来越少。相对于目前大量使用的铆接壁板而言，焊接壁板具有诸多优点，它不仅能极大地减轻构件的重量，同时具有良好的气密性，并能减少装配工作量，提高生产效率。

连接温度对TiAl/Ti_3AlC_2扩散焊接头界面结构及性能的影响

采用Ti/Ni复合中间层实现了TiAl合金和Ti3AlC2陶瓷的扩散连接,利用SEM,XRD等分析方法对接头界面结构进行了分析.结果表明,TiAl/Ti3AlC2接头典型界面结构为TiAl/Ti3Al+Al3NiTi2/Ti3Al/α-Ti+Ti2Ni/Ti2Ni/TiNi/Ni3Ti/Ni/Ni3(Ti,Al)/Ni3Al+TiCx+Ti3AlC2/Ti3AlC2.随着连接温度的升高,TiAl/Ti界面处的Tiss层逐渐减小,Ti3Al化合物层逐渐变厚;TiNi化合物层厚度显著增加,Ti2Ni和Ni3Ti层厚度基本保持不变.接头抗剪强度随连接温度升高先增加后减小,当连接温度为850℃时,接头的抗剪强度最高可达到85.3 MPa.接头主要在Ni/Ti3AlC2界面及Ti3AlC2基体处发生断裂.

焊接与连接领域科学基金资助浅析与发展趋势

介绍了焊接与连接领域国家自然科学基金2018年度的申请情况,并分析了该领域近三年的资助情况和资助项目成果情况及热点研究方向.对焊接新方法、新技术与新原理、界面冶金行为与调控机制、焊接结构设计与可靠性评估、电弧增材制造形性调控机制等方向的基础科学问题进行了梳理,探讨了未来重点发展方向.

先进材料与异种材料电子束焊接研究进展

电子束焊接是近年来飞速进步、蓬勃发展的一种先进连接技术,随着技术工艺的日益成熟,其在工业领域的竞争力也日渐增强,已为工业部门所广泛接受.文中综述了电子束焊接在高温钛合金、高温合金、难熔金属、金属间化合物等先进材料与各类互相固溶的、难以互溶的异种材料连接方面的研究现状,对国内外在焊接缺陷控制、焊接工艺优化、焊接机理研究等方面取得的典型研究成果进行了简要介绍,并从中概括总结了先进材料与异种材料电子束焊接的具体问题,归纳阐述了先进材料与异种材料电子束焊接中所采用的能量控制与冶金调控等特色技术方法.

工业4.0语义下智能焊接技术发展综述

"工业4.0"的提出为制造业的发展注入新的活力,并引发全球制造业智能化、信息化、网络化升级。在基于信息物理系统(CPSs)智能制造的发展热潮下,智能焊接技术是当前热点问题。介绍了信息物理系统、工业产业链等相关概念,解释了基于制造业产业链的"工业4.0"的内涵。以历次工业革命为背景,阐明了焊接技术的发展脉络。通过对信息物理系统架构的分析,提出了智能焊接技术在各个层次中的关键技术,并对该领域的发展趋势进行了展望,对智能焊接更好的发展具有指导意义。

先进功能材料钎焊连接研究进展

以复相陶瓷、纤维增强陶瓷基复合材料以及热电材料为例,从钎料成分设计、钎缝界面组织调控、接头残余应力缓解以及钎焊接头性能评测等角度,讨论了近年来发表的研究成果.结果表明,在钎料中添加活性元素以及对母材表面改性的方法,能够有效改善钎料润湿性和界面结合强度;对于界面元素扩散以及母材过渡溶解的问题,可以设计制备复合钎料或阻隔层进行解决;接头残余应力的大小受材料热膨胀系数差异的影响较大,目前已提出了多孔中间层、梯度复合层以及母材表面机械加工等多种创新方法,但研究成果的应用仍停留在小尺寸样件,对于缓解大尺寸接头的残余应力问题仍有待解决.最后对相关研究方向进行了总结和展望,期望推动航空航天构件连接的发展进程.

表面张力对激光焊接熔池及匙孔的影响

基于FLUENT19.0软件,建立了激光焊接热-流耦合模型,对比分析了不同表面张力温度系数(为负值)对熔池流场的影响.结果表明,随着表面张力温度系数的减小,熔池后方顺时针漩涡的流动趋势逐渐减弱,甚至消失,而且焊接飞溅的数量增多.纵截面熔池长度逐渐增加,纵截面熔池流体最大流动速度逐渐增大,熔池横截面的面积逐渐减小.当表面张力温度系数为-2.5×10^(-4)N/(m·K)时,熔池长度平均值为3.28 mm、熔池流体最大流动速度的平均值为2.89 m/s、熔池横截面面积的平均值为4.52 mm^(2);当表面张力温度系数为-3.5×10^(-4)N/(m·K)时,熔池长度平均值为3.73 mm、熔池流体最大流动速度的平均值为3.53 m/s、熔池横截面面积的平均值为4.03 mm^(2);当表面张力温度系数为-4.9×10^(-4)N/(m·K)时,熔池长度平均值为4.14 mm、熔池流体最大流动速度的平均值为4.09 m/s、熔池横截面面积的平均值为3.28 mm^(2).

非理想相贯焊缝自动化焊接的运动控制研究

为了实现对加工装配存在误差的大构件相贯焊缝的多层多道自动化焊接,在介绍四轴联动焊接机器人结构及工作原理的基础上,建立了集斜交、偏置的通用相贯焊缝数学模型,提出一种连续控制焊枪位置参数及姿态调整值的计算方法,利用关键点示教+分段空间圆弧插补确定焊枪位置,主法面二分角法给出焊枪姿态,最后采用PC机+运动控制卡的方式构成伺服控制系统,驱动电机执行运动控制算法。该运动控制算法通用性较强,对管管焊缝工程化应用具有重要的参考价值。

先进功能材料钎焊连接研究进展

以复相陶瓷、纤维增强陶瓷基复合材料以及热电材料为例,从钎料成分设计、钎缝界面组织调控、接头残余应力缓解以及钎焊接头性能评测等角度,讨论了近年来发表的研究成果。结果表明,在钎料中添加活性元素以及对母材表面改性的方法,能够有效改善钎料润湿性和界面结合强度;对于界面元素扩散以及母材过渡溶解的问题,可以设计制备复合钎料或阻隔层进行解决;接头残余应力的大小受材料热膨胀系数差异的影响较大,目前已提出了多孔中间层、梯度复合层以及母材表面机械加工等多种创新方法,但研究成果的应用仍停留在小尺寸样件,对于缓解大尺寸接头的残余应力问题仍有待解决。最后对相关研究方向进行了总结和展望,期望推动航空航天构件连接的发展进程。

铝合金变极性等离子弧焊接阴极斑点动态行为

【目的】变极性等离子弧(VPPA)焊接作为铝合金高效焊接的优质方法,逐渐受到越来越多的关注。正极性(EP)阶段电弧特性是决定铝合金稳定无缺陷焊接的关键,阴极斑点的动态行为及其热力作用是EP阶段最主要特征。该文主要针对VPPA阴极斑点运动规律及其影响机理开展研究。【方法】搭建试验平台,利用高速摄像拍摄阴极斑点动态过程,采用MATLAB对图像进行处理,得到清晰的斑点移动过程,分别以单个斑点和斑点簇为研究对象综合分析其运动规律。【结果】结果表明,阴极斑点的运动区域主要在距熔池中心5~16 mm环状区域内,且阴极斑点是从里向外清理氧化膜的;新的阴极斑点大概率出现在上一个阴极斑点附近,原因可能是金属蒸气形成的等离子云团促使电子发射所致。以宽度为1 mm的环状斑点簇为观测目标,可近似得到其从中心向外围扩展速率范围大致在1.75~2.25 m/s之间,而单个斑点的速度会远远大于这个斑点簇向外沿伸扩展的速度。【结论】斑点高电流密度、高热量的特性对铝合金VPPA焊接的成形有着重要的影响。

核电厂定位销局部干法水下TIG焊接工艺

以核电厂定位销水下焊接为研究对象,研制双层气体保护的局部干法水下TIG旋转焊枪,运动轨迹通过直流电机带动钨极绕固定直径转动实现.对核级材料Z2CN19-10控氮奥氏体不锈钢进行焊接,研究局部干法水下TIG焊接焊缝成形,优化工艺参数,结合热循环曲线及电弧形态,分析焊接接头显微组织及力学性能.结果表明,当焊枪的内层和外层保护气均通氩气时,焊缝成形良好,电弧形态稳定;增大焊接电流或减小焊接速度均使焊缝熔深增大,熔宽增大;对比水下焊接接头和陆上焊接接头发现,水的快速冷却作用会促使熔合线附近的铁素体的形态由树枝状转变为板条状,奥氏体含量减少,焊缝中心晶粒细化;水下焊接接头的显微硬度和力学性能略高于陆上焊接接头.

焊接熔池图像采集及边缘几何形态研究

基于MAG焊电弧光谱特点,用视觉传感配合CCD相机和滤波减光系统,采集MAG焊熔池图像;通过同步对比试验,研究熔池图像圆形度与边缘形态关系。结果表明:正常工艺时,熔池边缘较规则、光滑,熔池图像圆形度介于0.56~0.65;焊接电流过大或保护气体不足时,熔池图像圆形度比正常值小,图像边缘凹凸不平。熔池图像圆形度越小,意味着熔池边缘更不规则或锯齿状,通过圆形度数值大小可预判熔池边缘信息,为焊接过程的控制和焊接质量的评估提供思路。

铋酸盐封接玻璃的研究及其连接应用现状

无铅低温封接玻璃由于具有绿色安全、成本低、封接温度低等优势,被广泛应用于航空航天、电真空、集成电路等领域。在磷酸盐、钒酸盐、硼酸盐和铋酸盐等多种封接玻璃体系中,因铋与铅具有相似的性质特点,使得铋酸盐玻璃成为最有可能替代铅酸盐玻璃的绿色玻璃钎料。综述了铋酸盐玻璃的成分和性能调控、网络结构的研究现状,介绍了目前使用铋酸盐封接玻璃进行金属、陶瓷同质/异质材料连接的研究进展,最后对未来的发展趋势进行了展望。

中国机械工程学会焊接学会钎焊及特种连接专业委员会发展历程

1历届专委会组成情况 钎焊及特种连接专业委员会自1978年成立以来，至今已有九届。每届专委会的任期时间为4-5年，专委会的主要发展历程如下：

层状陶瓷与镍扩散连接接头微观组织及性能

采用扩散连接方式对Ni与Ti_(3)AlC_(2)陶瓷进行连接,为了对Ni与Ti_(3)AlC_(2)的反应层进行详细分析,利用SEM、TEM对接头的微观组织进行研究,了解Ni扩散机制及接头形成机理.结果表明,在扩散连接过程中,Ni元素向原始Ti_(3)AlC_(2)陶瓷组织的扩散优先沿着晶界及相界面进行,在此处Ni会发生明显的富集,由于Ni与Ti_(3)AlC_(2)陶瓷有较好的化学相容性,因此两者之间能够发生化学反应形成扩散连接接头,随着保温时间的延长,Ni的扩散更加充分,因此形成较为连续的Ni的扩散层.在扩散连接温度为900℃,保温时间为60 min时,Ni与Ti_(3)AlC_(2)陶瓷扩散连接接头的典型界面组织为Ni/Ni_(3)(Al,Ti)+AlNi_(2)Ti+TiC/Ti_(3)AlC_(2)陶瓷,随着扩散连接温度升高,接头抗剪强度表现为先增后减,当扩散连接温度为900℃,保温时间60 min,Ni/Ti_(3)AlC_(2)陶瓷接头具有最优的力学性能,抗剪强度可达94.4 MPa.

中间层对GH5188高温合金TLP扩散焊接头的影响

通过自主研发制备了三种不同W含量KCo7、KCo8、KCo9中间层,采用X射线衍射仪(XRD)、差示扫描量热仪(DSC)对中间层进行表征,并在1180℃保温60 min的条件下进行GH5188高温合金真空瞬间液相扩散焊试验验证;分别研究了中间层厚度以及不同中间层接头显微结构及力学性能的影响。结果表明:当KCo7中间层厚度为20μm时,接头存在大量未焊合缺陷,室温抗拉强度仅有568 MPa;当KCo7中间层厚度增加至40μm时,焊缝填充良好,室温抗拉强度达到941.3 MPa。此外,随着中间层中W含量由0增加至8%(质量分数)时,焊缝中心富W的M_6C析出量明显增加,室温抗拉强度先上升后下降。其中,采用厚度为40μm的KCo8中间层获得的接头具有最高的室温抗拉强度1033 MPa,且断裂发生在母材区。

基于变速GTAW焊接温度场解析模型的熔深预测研究

焊接热过程解析模型是一种能够直观反映焊接过程中工件内部的热行为、明确焊接工艺参数与熔池形貌间的物理关系、快速计算得到熔深的方法.目前常用的焊接温度场解析模型通常将电弧近似为一个功率恒定的匀速运动热源进行计算,而非参考实际焊接过程,即通过实时调整焊接热输入(焊接电流或焊接速度)来保证熔透.因此,目前的焊接温度场解析模型并不适用于焊接熔透控制.为了使解析模型能够计算时变速度下的熔深,本文针对钨极氩弧焊(GTAW)工艺建立了适用于计算时变焊接速度的焊接温度场解析模型.首先以匀速移动点热源的温度场解析模型为基础,推导出了时变焊接速度移动点热源在热源作用时间内引起的温度变化公式,通过连续性证明验证了公式的连续可积性并进一步推导出了适用于时变焊接速度运动单椭球热源的焊接温度场解析模型.为了提高计算速度,减少计算量,采用坐标变化方法实现了热源及其附近温度场的快速求解.基于数值积分法得到了解析模型求解方法,实现了熔池温度场的准确计算,并通过提取等温线实现了熔深和熔宽的预测.最后,通过工艺试验验证了解析模型的精度.结果表明:在0~4 s阶段,计算熔深基本与实际测得的熔深相同,误差控制在6%以内;在速度发生改变的4~16 s阶段,由于热源系数不再适用,计算误差增大,但熔深计算误差仍控制在17%以内,熔宽计算误差在12%以内.因此,建立的焊接温度场解析模型基本可以满足时变速度下的熔深预测.

真空热轧连接技术及应用

许多异种金属焊接结构,由于材料本征属性差异大,无法直接熔焊连接。利用真空热轧制备异种金属复合结构是工程适应性最佳方案。文中介绍了真空制坯和真空无制坯两种热轧方法的技术原理及其研究现状,并分析了两种方法的技术差异。文中为异种金属结构连接提供了有效的途径。

基于固态连接原理的填充式搅拌摩擦焊匙孔修复技术

基于固态连接原理提出了填充式搅拌摩擦焊匙孔修复技术,设计了搅拌针为可消耗式的分体式焊具.在填充式搅拌摩擦焊过程中,利用与被焊结构同质的铝合金搅拌针的塑性变形和流动,实现了对焊缝匙孔的固态补焊.搅拌针与匙孔界面结合良好,界面处材料发生了塑性变形和连续的材料流动,补焊接头处存在填充区、焊核区、准焊核区、热力影响区和热影响区.结果表明,匙孔补焊接头的抗拉强度和断后伸长率均达到无缺陷原始焊缝的90%,实现了对焊缝匙孔的准等强修复,该技术为搅拌摩擦焊焊缝缺陷的修复和无匙孔搅拌摩擦焊提供了技术支撑.