316L不锈钢超薄板激光焊接头微观组织及力学性能研究

为了探索316L不锈钢超薄板在换热器、金属极板等领域的应用,采用脉冲激光器对0.15 mm厚316L不锈钢板进行激光焊接工艺实验,并对焊接接头的微观组织和力学性能进行了分析。结果表明:当激光功率为90W、焊接速度为25 mm/s、脉冲频率为90 Hz、激光焦距为-1.5 mm时,能够得到单面焊双面成型、表面光滑无缺陷的焊接接头。焊缝区由细小的等轴晶组成,硬度高于母材区的,焊接接头的抗拉强度约为539.5 MPa,达到母材的86.8%,断后伸长率约为30.5%,达到母材的75.7%。

Q235钢薄板激光焊接头微观组织与力学性能

为了探索光纤激光在焊接薄板低碳钢中的应用前景,文中采用光纤激光焊接系统分别对0.5 mm和1 mm厚Q235钢板进行了激光焊工艺试验,并对所得到的焊接接头的微观组织和力学性能进行了分析。通过调节激光功率、摆动频率等工艺参数,2种厚度的Q235钢板均可获得单面焊双面成形、无明显缺陷的焊接接头。厚0.5 mm板焊缝区主要由板条马氏体组成,硬度和抗拉强度均高于母材的,断后伸长率为33.1%,约为母材的79%;厚1 mm板焊缝区呈胞状树枝晶组织,主要由铁素体、珠光体和贝氏体组成,硬度和抗拉强度均高于母材的,断后伸长率为34.5%,约为母材的75%。

5A01铝合金薄板激光摆动焊接接头微观组织与力学性能

传统弧焊焊接铝合金时易造成焊缝区晶粒粗大、产生气孔等缺陷。因此采用激光摆动焊对1.0 mm厚5A01铝合金薄板进行试验研究,并对接头微观组织及力学性能进行分析。结果表明,在表面聚焦条件下,当焊接速度40 mm/s,激光功率1600 W,脉冲频率5000 Hz,摆动频率110 Hz,摆动幅值0.5 mm时,能够获得成形良好、表面无缺陷的焊接接头;接头熔合区附近的晶体形态呈柱状晶,焊缝中心部位晶体生长为细小的等轴枝晶;从母材区向焊缝区硬度逐渐降低,接头抗拉强度约为母材的66%,断后伸长率约为母材的41%,断裂形式主要为韧窝断裂。接头力学性能明显下降,主要是由于气孔处易产生应力集中,且激光焊能量集中,导致薄板受热不均产生较大内应力。

焊丝成分对高氮钢CMT+P焊工艺性的影响

为提升高氮钢焊接质量和优化焊接工艺,研究焊丝氮、锰含量带来的焊接工艺稳定性。采用冷金属过渡加脉冲(Cold Metal Transfer plus Pulse,CMT+P)焊技术对5种高氮钢焊丝进行焊接试验,研究焊丝成分对电信号、熔滴过渡、飞溅率的影响。研究结果表明:氮含量的增加会引起电信号波动变大且分布离散,而锰含量的变化对电信号的影响较小,焊丝中氮含量对高氮钢CMT+P焊接稳定性影响大于锰含量的影响;随着氮含量的增加,熔滴过渡模式由一脉一滴转变为多脉一滴,熔滴形状不规律且尺寸变大,焊丝工艺性变差;当焊丝中氮、锰含量较小,分别为0.42%、7.19%时,焊接工艺稳定性较好;氮逸出、锰蒸发导致高氮钢熔滴剧烈爆炸产生大量飞溅,焊接飞溅率随着氮、锰含量的增加而不断增大。

基于层宽控制的AZ91镁合金TIG电弧增材工艺优化

针对镁合金电弧增材制造表面成形质量控制的难题,通过Design-Expert软件对AZ91镁合金TIG电弧增材的电流、送丝速度、增材速度等工艺参数和熔覆层层宽之间进行建模,探索了各工艺参数对增材层宽的影响规律,并利用增材主要工艺参数和尺寸的数学模型优化了增材电流,根据电流优化值来控制直壁构件层宽。结果表明,对层宽影响最大的是增材电流,其次是增材速度,影响最小的是送丝速度;采用优化后的工艺增材制备的单道多层构件自上至下的层宽波动起伏小,层宽偏差值由4.54 mm减小到0.94 mm,提高了AZ91镁合金增材成形质量。

新型电子束焊机高压电源的设计与实现

传统的电子束焊机高压电源电路结构复杂、体积庞大,为此研发了一种新型60 kV/100 mA逆变式电子束焊机高压电源,电路结构简单、电压输出稳定。电源调压电路采用脉宽调制(PWM)技术控制的全桥变换器,使三相整流后的约540 V电压转化为0~500 V幅值可调的稳压直流电,然后经全桥逆变电路逆变为频率为20 kHz方波交流电;升压电路采用变压器串联与倍压整流的方式,将前级20 kHz方波交流电转变为60 kV的直流高压;控制电路采用基于比例积分微分(PID)调节的电压双闭环控制策略,能够使电源实现稳定的高压输出。搭建了高压测试平台对所研制的高压电源进行了测试,结果表明电源高压输出稳定、控制精度高,高压输出纹波与稳定度均能稳定在1%范围内,能够满足电子束焊机的要求。

载波调制型MOSFET驱动电路的设计与实现

为了改善传统MOSFET隔离驱动电路传输信号频率变化范围小、占空比低、波形失真严重等问题,以MOSFET开关管在脉冲电子束焊接电源中的应用为出发点,采用载波调制与脉冲变压器隔离的方法设计了一种频率、占空比均可大范围调节的MOSFET驱动电路,并对电路的工作原理和参数设计进行了详细分析。设计的MOSFET驱动电路可实现60 kV的高电压隔离,输出驱动信号上升时间为0.3μs,下降时间为1.8μs,传输的PWM脉冲信号不受占空比范围限制,可传输占空比为0~100%的PWM脉冲信号。搭建测试平台对驱动电路进行了测试,结果表明该驱动电路能够满足0~20k Hz脉冲电子束焊接电源脉冲控制信号传输与隔离的需求,为MOSFET功率开关管在脉冲电子束焊机等高电压大功率领域的广泛应用奠定了技术基础。

脉冲束流电子束焊接技术综述

目前国内外脉冲束流电子束焊接研究取得了一定的进展,然而,无论是研究的深度还是广度,特别是应用方面的研究还具有广阔空间。脉冲电子束焊接技术将可能是进一步提高航空、航天工业中某些特殊结构材料和关键零部件焊接质量的有效方法,具有重要的工程应用价值。

3003铝合金激光焊接组织和力学性能

为了探索3003铝合金在动力电池外壳等领域的应用,采用激光摆动方式对1.5 mm厚3003铝合金薄板开展了焊接工艺试验,并对焊接接头的微观组织和力学性能进行了分析。结果表明,在表面聚焦条件下,当焊接速度40 mm/s,激光功率1350 W,脉冲频率5000 Hz,摆动频率100 Hz,摆动直径0.3 mm时,能够获得成形良好的焊接接头。焊接接头熔合线处和焊缝中心区存在细晶区,熔合线向焊缝中心过渡区域由柱状晶组成,接头整体微观组织得到细化。焊接接头各区硬度均高于母材,抗拉强度约为母材的91%,断后伸长率约为母材的65%,接头断裂形式为韧性与准解理混合型断裂。

基于飞秒激光表面修饰的石英玻璃润湿性分析

采用飞秒激光高速扫描的方法对熔石英表面进行多级微纳结构制备,其中一级结构为周期性微纳条纹结构,二级结构为蚀刻沟槽,三级结构为沟槽交叉形成的阵列结构.通过数值计算分析了飞秒激光高速扫描下熔石英的烧蚀阈值,揭示了高速飞秒激光诱导熔石英表面微纳结构的机理.对修饰后的熔石英微观形貌观察和润湿性试验表明,当飞秒激光重复频率1 MHz,扫描速度1000 mm/s,55%峰值功率时,熔石英表面沟槽间距为30μm的正交阵列具有最优的润湿性.与未处理的熔石英相比,Bi2O3-50%B2O3(质量分数,%)钎料在修饰后熔石英表面的润湿角降低了8°,有效改善了熔石英玻璃的钎焊能力.

高频逆变焊接电源教学实验平台

针对高校焊接类专业缺少逆变焊接电源实验平台与相关实践课程的现状,以培养“新工科”人才为出发点,设计了用于教学实验的高频逆变焊接电源平台。实验平台主要由主电路和控制检测电路两部分组成,其中主电路包括整流滤波Ⅰ、逆变模块、变压电路、整流滤波Ⅱ、电弧焊枪等模块,控制检测电路包括人机交互系统、主控制电路、IGBT驱动电路、电压电流信号安全监测点等模块。通过问卷调查和成绩分析方式对实践效果进行了评估,结果表明该平台有助于学生充分理解基础理论知识,培养学生的动手创新能力和科研素质。

TC4钛合金脉冲电子束焊温度场模拟仿真

为了分析脉冲电子束焊过程中温度场变化行为,文中采用改进的圆锥体热源和高斯面热源组成的组合热源对TC4钛合金薄板脉冲电子束焊温度场进行了模拟仿真,分析了脉冲特征参数对焊接温度场的影响规律。脉冲束流主要对工件的加热和初始冷却过程有影响,使焊缝区温度出现脉冲效应,焊缝中心峰值温度高于直流电子束焊接的,而在工件冷却过程中,由于温度脉冲作用,焊缝熔池冷却速度加快。随着频率的提高,焊缝区温度脉冲效应减弱,焊缝中心峰值温度有所下降;束流基值相同条件下,占空比较大时,能够增强焊缝区温度脉冲效应;在平均束流相同时,随着束流基值、峰值之间差值的增大,温度脉冲效应更加显著,使焊缝中心峰值温度升高,并能够加快脉冲周期内熔池的冷却。

高氮不锈钢与675高强钢焊接接头微观组织与力学性能

根据低强匹配原则,采用ER307Mo不锈钢焊丝对13.5 mm厚高氮不锈钢和675高强钢进行了脉冲MIG焊接试验。结果表明,当焊接速度为5 mm/s、送丝速度为5.5~6.0 m/min、焊接电流为155~166 A、电弧电压为19.6~20.3 V时,可以得到成形良好、性能较佳的焊接接头。焊缝组织主要由奥氏体与铁素体组成,其中铁素体从奥氏体晶界中析出;高氮不锈钢侧热影响区组织主要为块状奥氏体,而675高强钢侧热影响区主要为马氏体组织。焊接接头抗拉强度约为730 MPa,达到高氮不锈钢母材强度的71%,接头的断裂形式为韧性断裂,未发现明显的解理断裂特征。

AZ91镁合金TIG电弧增材微观组织与力学性能

为了探索AZ91镁合金在航空航天产品壳体和轻量化结构件等领域的应用,基于TIG增材制造工艺进行了镁合金增材试验,成功制备了一个单道多层薄壁样件,并对其微观组织和力学性能进行了分析。结果表明:镁合金增材样件的底部、中部和顶部区域的显微组织基本上都是等轴状细晶组织,晶内和晶界处有第二相β-Mg_(17)Al_(12)析出。样件各区域的硬度值接近,硬度平均值为62 HV;相比于传统压铸方法,增材样件整体力学性能得到了提高,样件中部区域的抗拉强度为276 MPa,提升了20%;断后试样的伸长率为13.1%,提升了87%。

基于层宽控制的AZ91镁合金TIG电弧增材工艺优化

针对镁合金电弧增材制造表面成形质量控制的难题,通过Design-Expert软件对AZ91镁合金TIG电弧增材的电流、送丝速度、增材速度等工艺参数和熔覆层层宽之间进行建模,探索了各工艺参数对增材层宽的影响规律,并利用增材主要工艺参数和尺寸的数学模型优化了增材电流,根据电流优化值来控制直壁构件层宽。结果表明,对层宽影响最大的是增材电流,其次是增材速度,影响最小的是送丝速度;采用优化后的工艺增材制备的单道多层构件自上至下的层宽波动起伏小,层宽偏差值由4.54 mm减小到0.94 mm,提高了AZ91镁合金增材成形质量。

脉冲电子束焊接电源人机交互系统设计

针对脉冲电子束焊接电源系统控制相对复杂的特点,设计了以MC9S12单片机为主控芯片、触摸屏为人机交互界面的人机交互系统。通过组态软件Easy Builder 8000完成触摸屏的人机界面设计,采用模块化的编程思想完成单片机的程序设计。采用RS-485通讯接口电路,触摸屏通过Modbus协议与单片机实时通讯。试验表明,该人机交互系统能实现脉冲电子束焊接电源参数的统一管理,设置方便、界面友好、性能稳定。

高氮钢CMT电弧增材制造多道搭接表面质量评价

针对电弧增材制造成形问题,提出基于三维表面粗糙度参数的零件表面质量评价方法.以高氮钢为例,采用CMT工艺进行多道搭接试验,通过三维扫描设备提取零件表面信息,计算表面轮廓均方根偏差Sq和轮廓偏斜度Ssk,对比计算所得数据与实际表面成形情况,并利用所提出的方法研究了增材制造过程中电弧摆宽对多道搭接表面质量的影响.结果表明,此评价方法所得数据规律与实际成形情况基本吻合,具有较好的适应性和科学性.根据数值Sq和Ssk大小可将成形表面质量由优到差分为A,B,C,D 4个等级.电弧增材制造的热输入和电弧摆宽对成形表面质量影响较大.在热输入较大时,电弧摆宽为15和10 mm时,熔敷焊道余高小、宽高比大,搭接成形更好.

冷阴极气体放电电子枪的研制

为了促进冷阴极电子束加工技术在国内的发展,在深入研究冷阴极电子发射机理基础之上,设计制造了一种自主知识产权的冷阴极气体放电电子枪,对该电子枪的结构、阴极功能及其参数、阳极功能及其参数、CST仿真软件确定聚焦线圈参数的方法进行了介绍。通过实验发现:每一种放电气体的最小"点火"电压与放电气体种类、气流量大小有关;氦、氩等纯惰性气体作为放电气体,长时间工作后会出现束流减小现象;给定加速电压及铝阴极表面的氧化膜存在条件下,输出束流随着气流量增大而增大;加速电压不变时,氦气中氧含量为1.2%~2.4%调整时,对束流输出影响不大。初步实验结果表明,所研制冷阴极气体放电电子枪采用氧含量2%左右的氦-氧混合气体作为放电气体,能够实现束流长期稳定输出,功率达到30 kW,最大束流达到1500 mA以上。

高氮奥氏体不锈钢与603马氏体高强钢焊接接头组织及性能

高氮奥氏体不锈钢与603马氏体高强钢因优越的力学性能在装甲防护领域具有广阔的应用前景。根据“低强匹配”原则,采用ER307Mo奥氏体不锈钢焊丝对30 mm厚的高氮奥氏体不锈钢和603马氏体高强钢脉冲熔化极惰性气体保护焊对接焊接,并分析焊接接头微观组织及力学性能。研究结果表明:试验得到了表面成形良好、内部无裂纹、未熔合等缺陷的焊接接头;焊缝组织主要为奥氏体以及被奥氏体基体包围的铁素体树枝晶,高氮奥氏体不锈钢熔合线附近组织主要为奥氏体,603钢熔合线附近组织主要为条片状马氏体、贝氏体以及回火马氏体;接头的断裂形式以韧性断裂为主,存在少量的解理断裂特征,能谱仪点扫描结果表明,韧窝中心的第2相粒子为富Fe的碳化物;焊接接头的平均抗拉强度达722 MPa,平均断后延伸率达20.2%;焊缝金属的动态屈服强度为913 MPa,最大工程应力为2045 MPa,抗冲击性能优于603钢母材。

高能束流加工技术的课程改革与实践

针对学生在学习高能束流加工技术过程中存在的专业自信度不足、基础知识认知不够等问题,建立“合理分配教学顺序,理论与实践结合”、“合理分配学时,以点带面”、“穿插专题讲座,提升专业自信”3种教学模式对高能束流加工技术课程进行了改革。通过理论和实践教学内容的有效融合,加深学生对课堂内容的认知,提升学生的学习主动性和参与度,增强学生的专业自信心。高能束流加工技术课程期末成绩结果证明,改革后学生成绩、学习效果均有明显提升。