铝/钛异种合金激光熔钎焊接头特性

以CO2激光为热源,以AlSi 12焊丝为填充材料,对Ti-6Al-4V钛合金和5056铝合金异种材料激光熔钎焊进行研究,采用SEM、EDS、XRD和金相显微镜分析接头的微观结构特征,通过拉伸实验评定接头的力学性能。研究结果表明:所得接头具有熔焊和钎焊双重性质,即铝母材局部熔化,为熔化焊,而钛母材与焊缝金属之间存在金属间化合物层钎焊界面;钎焊界面上部的金属间化合物层组成复杂,可分为2层,即呈针状或芽状的Ti-Al-Si系金属间化合物层和以Ti-Al系金属间化合物为主的连续层;钎焊界面下部的金属间化合物层较薄;拉伸试样断裂倾向于发生在紧邻钎焊界面的焊缝上,平均抗拉强度为298.5 MPa。

铝合金阳极氧化膜激光清洗工艺研究

采用新型高峰值功率脉冲光纤激光技术进行10μm厚铝合金阳极氧化膜的清理。分析了主要工艺参数对激光清洗质量的影响。采用扫描电镜与能谱分析进行阳极氧化膜激光清洗机理研究。结果表明:采用100 Hz脉冲激光可实现铝合金阳极氧化膜破碎与彻底清理。扫描速度、激光离焦量和激光功率等对清理质量有重要影响。清理扫描速度从200 mm/min增加至600 mm/min,残留氧化物越多,激光清洗质量越差;激光离焦量为-2^+2 mm时,清理质量稳定,工艺适应性好。

ZM5铸镁激光填丝补焊工艺特性与组织分析

针对ZM5铸镁缺陷补焊难题,开展光纤激光填丝焊接工艺特性研究,并采用SEM及EDS对焊缝组织进行分析。结果表明,激光束离焦量增加至20 mm时,由激光深熔焊变为热导焊模式,焊缝变宽,熔深变小,稀释率降至0.65,焊缝成形良好;随激光功率增加,稀释率变大,润湿角变大;焊接速度减小,稀释率变小。激光功率为2.1 k W,焊接速度v=0.5 m/min,稀释率为0.52,焊缝成形良好。激光热导焊接热输入小,焊缝组织晶粒细化,先析出α-Mg相基体弥散分布β-Mg17Al12与δ-Mg共晶相。

镁合金电弧熔丝增材成形质量控制研究

针对镁合金CMT电弧增材制造表面成形质量控制难题,开展了AZ31镁合金电弧熔丝增材制造的沉积行为、成形特性研究,以及单道多层增材构件表面质量控制试验。结果表明:镁合金电弧增材制造的工艺参数优选范围较大,电流为120~160 A、沉积速度为10~12 mm/s时,沉积层宽度均匀一致,宽高比和接触角也较大;采用CMT工艺制备的镁合金单道多层增材试样力学性能无明显各向异性,抗拉强度为243 MPa,屈服强度为109 MPa,断后伸长率在23%左右,显微硬度平均值为57 HV。

HastelloyC-4焊接接头耐晶间腐蚀性能研究

采用多层多道氩弧焊接HastelloyC-4材料,通过对比实验研究焊接接头和母材的耐晶间腐蚀性能,并通过显微硬度、金相显微镜、扫描电子显微镜、能谱分析表征接头组织和成分。结果表明:接头试样的平均腐蚀速率小于母材试样,接头耐晶间腐蚀性能较好。采用Cr含量高配比填充焊丝,同时严格控制层间温度,利用焊接热循环固溶处理已有焊缝,促进焊缝成分均匀,改善接头在氧化性介质中耐晶间腐蚀性能。

压铸镁合金激光堆焊层的组织与力学性能

采用光纤激光填丝焊接技术进行压铸镁合金薄壁构件的缺陷补焊,利用扫描电镜和拉伸试验机进行分析与测定,着重研究了激光功率对补焊层组织及力学行为的影响规律。结果表明,通过方案和工艺参数优化,获得了成形良好的多层多道焊缝,未发现裂纹和夹杂缺陷。激光填丝补焊层以α-Mg树枝晶为基体,其上分布粒状、棒状的β-Mg17Al12强化相颗粒。由于晶粒细小,激光补焊层焊缝组织拥有良好的强韧性。激光功率=2.4 k W时,拉伸断裂强度高达250 MPa,伸长率为8.6%,优于母材铸造组织。然而,激光功率≥2.6 k W时,母材熔化过多,将导致焊缝性能恶化。

高强钢激光复合焊接T型接头组织分析

采用15kW高功率激光复合焊接船用低合金高强钢T型接头构件。测定了接头截面的显微硬度,通过光学显微镜、扫描电镜和透射电镜分析了焊缝微观组织。结果表明:焊接接头没有气孔、裂纹等缺陷;焊缝和热影响区显微硬度均高于母材,焊缝显微硬度最高为290HV;焊缝组织主要为细条状的粒状贝氏体和少量的M-A组元。贝氏体铁素体为细条状的铁素体,晶粒细小,晶界密度高。Cu、Ti等微合金元素形成的碳化物沉淀强化相分布于贝氏体铁素体内。细条状的粒状贝氏体组织的晶粒细化及其微合金碳化物(Cu,Ti)xCy的沉淀强化使得焊缝强度高于母材。

激光清洗阳极氧化膜对铝合金焊缝性能的影响分析

针对铝合金焊接边阳极氧化膜,采用非接触、高效激光清洗新技术进行清理,并分析激光清理阳极氧化膜层对焊缝组织性能的影响。实验结果表明:采用激光功率100 W、扫描速度10 mm/s,可以实现5μm厚度阳极氧化膜层的完全清理。焊缝成形均匀,焊缝表面泛有金属光泽,焊缝无聚集状气孔、杂质等内部缺陷。经激光清理的铝合金接头抗拉强度为298~303 MPa,拉伸断裂延伸率6.2%~6.5%,激光清理焊缝与机械刮削焊缝的性能范围一致。

不等厚ULC-BH钢激光拼焊接头硬化机制

采用两种激光光斑加热位置,对不等厚超低碳烘烤硬化钢板进行激光拼焊,分别测定拼焊接头的显微硬度,对比分析其组织性能差异,探讨热影响区硬化软化机制.结果表明,光斑偏向厚板时,拼焊焊缝两侧组织硬度曲线较为对称;在焊接热循环作用下,热影响区基体中饱和科特雷尔(Cottrell)气团析出细小弥散的NbC等第二相颗粒,使得热影响区强硬化;光斑置中时,容易使薄板热输入过渡,析出的第二相颗粒聚集长大,热影响区重新软化,容易导致冲压时开裂.

熔积电流对镁合金CMT熔丝增材成形特征的影响

针对AZ80镁合金CMT熔丝增材制造工艺,开展不同熔积电流对镁合金直壁试样成形特性的影响规律研究。结果表明,CMT熔丝增材熔积速度为10 mm/s时,熔积电流在85~125 A范围内可获得成形良好的单道镁合金直壁试样,稳定成形直壁高度比起弧、熄弧位置略高,高度偏差控制在2.6 mm以内;随着熔积电流从85 A增至125 A,熔积层层间层高从2.39 mm减小到2.16 mm,而熔积层层宽则从8.61 mm增至14.23 mm;熔积电流过大或过小均会影响直壁试样的表面粗糙度,熔积电流为105 A时表面粗糙度最小,粗糙度为0.16 mm。

铝和不锈钢摩擦焊接界面组织与性能研究

针对6061铝合金与1Cr18Ni9Ti不锈钢异种金属焊接,采用连续旋转摩擦焊接实现铝钢异种材料焊接,并采用SEM、EDS进行组织分析和性能测试。试验结果表明:在旋转速率为600 r/min、顶锻压力为4.5 MPa,顶锻时间为2 s等工艺参数条件下,铝/钢摩擦焊接头结合紧密,界面呈现波纹状;接头抗拉强度可达252 MPa,且拉伸断裂位置发生在铝侧;铝/钢异种材料接头的结合界面两边互有元素扩散,形成厚度小于2μm的金属间化合物层;其显微硬度在界面处发生阶跃变化,且形成金属间化合物的界面处硬度最高达230 HV。

纳秒脉冲激光清除铝合金膜层的应用研究

利用一种新型纳秒高能脉冲光纤激光,开展航天铝结构件阳极氧化膜局部精准清除技术研究,并采用SEM和EDS对金属新生表面进行成分表征。结果表明,采用高峰值功率纳秒脉冲光纤激光清除后,新生金属表面成分为99%Al,实现了铝合金阳极氧化膜层高效、彻底的破碎剥离式清除。大型铝合金贮箱结构件采用该种激光清除焊接边,其焊缝质量优良。

实时感知焊接变形的机器人焊接技术研究

针对航天铝合金复杂结构件,开展基于激光传感机器人自动焊接系统集成与应用试验研究。通过集成智能激光传感提升机器人自动焊接系统对于复杂结构的实时感知与自适应能力。采用智能激光传感器采集与分析焊接坡口几何信息,经过算法补偿运算实现机器人自动焊接过程焊缝轨迹自动跟踪,实现间隙0.2～10 mm和错边0.1～3 mm的复杂路径精确焊缝跟踪,以及1～4 mm渐变间隙的自适应跟踪调整,焊缝均匀熔透成形。

双光束激光钎焊工艺

以CO2激光为热源,镀锌钢板为母材,CuSi3焊丝为钎料,进行了双光束激光自动填丝钎焊工艺试验。通过对比单、双光束钎焊特点及改变双光束钎焊工艺参数,分析了双光束激光功率、离焦方式、双束激光能量配比、焦点间距等对接头质量的影响。结果表明,双光束钎焊对激光功率的变化具有更大的适应性;当采用负离焦并行双光束、2 mm焦点距离的串行双光束且前束激光功率大于后束激光时,可以获得更好的钎缝质量,钎焊过程更具灵活性、适应性。在此基础上,借助金相显微镜、SEM和EDX能谱分析,对接头组织及界面元素分布规律进行了分析。结果表明,双光束钎缝附近母材晶粒更细小,粗晶区更窄;在界面处有Fe-Si金属间化合物生成。

一种改进的稀疏度自适应压缩采样匹配追踪算法

针对未知稀疏度信号的重建,提出了一种改进的稀疏度自适应压缩采样匹配追踪(MACSMP)算法。该算法以压缩采样匹配追踪(CoSaMP)算法为基础,结合变步长自适应的思想,摆脱了对于信号稀疏度的依赖,并在迭代过程中引入正则化思想,从而提升了算法的重构精度。仿真结果表明,文中提出的MACSMP算法在重构性能与运行效率两方面都要优于SAMP、OMP、CoSaMP这几种算法,且其计算量较低,运行时间较短。

一种基于RS码的测量矩阵构造方法

测量矩阵在压缩感知中有着重要作用,因而如何构造出性能优异的测量矩阵一直是该领域的研究重点。因此,通过里德-索罗门(Reed Solomon,RS)码得到一个生成矩阵,然后将张量积应用到RS码生成矩阵上产生一个新的矩阵,最后利用该矩阵构造出一个新的测量矩阵,使得该测量矩阵的相关性渐近Welch界,从而可以达到性能渐近最优。仿真结果表明,构造的测量矩阵相对于BCH矩阵和高斯矩阵在性能方面有较大提升。

2219铝合金变极性钨极惰性气体保护焊的焊缝成形模糊控制系统

以航天薄壁结构件用2219铝合金变极性钨极惰性气体保护焊(GTAW)为背景,设计和研制了一套基于多信息传感的机器人变极性GTAW焊缝成形模糊控制系统.采用视觉传感系统实时获取焊缝的间隙和错边量,并利用相应的图像处理方法获取液态2219铝合金熔池的正面特征信息;采用模糊逻辑控制方法进行焊缝参数的在线调整和补偿控制,以确保焊缝熔透及其成形的均匀性.结果表明,对于厚度为8mm的2219铝合金对接焊,采用所设计的模糊控制系统能够根据焊缝的间隙量和错边量来实时调整焊接电流和送丝速度,使其熔池正面宽度较为稳定,从而保证了焊缝熔透及其成形均匀.

2219铝合金变极性TIG焊熔透状态识别方法

铝合金焊接熔透状态有效识别是其焊缝成形及接头质量表征的一个关键因素.设计了2219铝合金变极性TIG多元信息传感系统,实时获取焊接动态过程熔池宽度、送丝速度、焊接电流、间隙和错边等多元信息,并以此信息作为模型输入变量,构建了2219铝合金变极性TIG熔透状态预测模型,通过支持向量机建模对2219变极性TIG焊接熔透状态:未熔透、熔透和过熔透进行分类,支持向量机的核函数和惩罚因子通过网格搜索法寻优获得,模型分类准确率达93.294 1%.

Mg-Al合金非连续析出相改性的研究进展

Mg-Al合金因其密度低、比强度高、成本低廉,成为镁合金材料中被广泛应用的系列之一。然而,Mg-Al合金时效热处理过程中所存在的非连续析出行为恶化了其力学性能,限制了其进一步的应用。介绍了Mg-Al合金中非连续析出相的形成机制,进而从时效工艺调整和添加合金元素2个方面总结了目前改性或解决非连续析出行为的研究进展,最后对未来研究措施进行了简要展望,希望为Mg-Al合金材料的研究者提供借鉴。

Al-Li合金搅拌摩擦焊技术的研究进展

Al-Li合金因其低密度、高比强度、高比刚度等优点,在航空航天领域得到了广泛的应用。作为新型的固态焊接技术,搅拌摩擦焊(friction stir welding,FSW)技术为Al-Li合金的工业化应用带来了新的发展前景。综述了近年来主要Al-Li合金(包括Al-Li-Cu、Al-Cu-Li、Al-Mg-Li)FSW技术的大致研究进展,总结了FSW工艺参数及后热处理工艺参数对焊接接头显微组织及力学性能的影响规律,并展望了未来的发展方向。