激光功率对选区激光熔化成形CeB_(6)/AlSi10Mg力学性能的影响

用选区激光熔化成形方法在不同激光功率下制备了CeB6/AlSi10Mg合金,借助激光共聚焦检测仪、光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和万能试验机研究了合金表面的显微组织、粗糙度、致密度和力学性能。结果表明:当激光能量密度为64.81 J/mm3时,合金表面的显微组织缺陷最少,三维表面粗糙度最小,致密度最大。添加CeB6有利于提高合金的微结构。在合适的成形参数下,添加CeB6的AlSi10Mg合金的抗拉强度明显高于未添加的AlSi10Mg合金。

车用薄镀锌板CMT搭接工艺特性

针对车用薄镀锌板材料,为了进一步降低冷金属过渡(cold metal transfer,CMT)时产生的飞溅,研究分析了薄镀锌板CMT搭接焊接工艺特性.采用Baumer HX 13工业级高速摄像机拍摄了CMT焊接熔滴过渡图像,利用NI PXI数据采集系统采集了CMT焊接电流电压信号.主要研究了短路前期阶段与短路后期阶段电流电压对CMT熔滴过渡的影响规律,同时分析了焊枪倾角对薄镀锌板CMT搭接焊接熔滴过渡行为的影响.结果表明,当CMT短路阶段电流小于基值阶段电流时,电信号波形未出现扰动现象,焊接过程稳定;当降低短路后期电流约5 A时,能够有效降低CMT搭接产生的飞溅;当焊枪与垂直平面呈30°夹角时,能够获得平稳的熔滴过渡,焊接飞溅最小,焊缝熔深最大,焊缝成形最佳.故短路阶段电流小于基值阶段电流且降低短路后期电流约5 A时,采用焊枪倾角30°的焊接工艺能够实现较小的焊接飞溅,为生产实践提供理论依据.

基于改进热源模型的铝合金MIG焊数值分析

采用CMOS高速摄像机检测和分析铝合金熔化极气体保护焊(MIG焊)熔滴过渡行为,确定MIG焊熔滴的过渡频率和速度.在理论分析MIG焊热源特性、热作用模式以及焊缝形貌前提下,从宏观焊接热过程出发,提出并开发了适用于MIG焊的组合体积热源分布模式,MIG焊电弧被处理描述为经典的双椭球体热源模型,熔滴能量作用模式被表示成均匀球体热源模型.同时,在均匀球体热源模型中加入了熔滴热能和动能,实现了熔滴对MIG焊熔池冲击作用的影响.基于上述热源模型,建立了铝合金MIG焊温度场有限元模型,对厚板铝合金MIG焊温度场进行了模拟.结果表明,模拟获取的焊缝熔合线走势及形貌和实际焊接结果相吻合,证明开发的热源模型能够准确描述MIG焊指状熔深特性和热传导过程.

模态试验法测试焊接残余应力机理分析及模型参数估计

为避免残余应力对焊接结构的不利影响,保证其可靠性,需要探究残余应力分布.模态试验法因具有快速和无损的特点,逐渐应用于残余应力测试.为实现模态试验法测试焊接残余应力,通过振动理论分析了模态试验法的机理,获得了薄板焊件中残余应力与固有频率的关系;薄板焊件中的残余拉应力使固有频率减小,残余压应力使固有频率增大.在此基础上,将钻孔法和模态试验相结合,借助数据拟合的方法,估计了模态试验法测试6 mm 7A52铝合金试板VPPA-MIG(variable polarity plasma arc-metal inert gas)复合焊接残余应力的模型参数,确立了固有频率与残余应力的数值关系.依据确立的数值关系,测得了7A52铝合金试板在不同复合焊接参数下的纵向残余应力分布.结果表明,接头各区域的残余应力分布特征与钻孔法测得的结果基本一致,偏差在4%范围之内,估计出的模型参数能够保证模态试验法测试结果的可靠性,实现了焊接残余应力的快速和无损测试.

基于光谱诊断的VPPA-MIG复合电弧耦合机理分析

铝合金变极性等离子弧(variable polarity plasma arc,VPPA)-MIG复合焊中,VPPA焊接电流为130 A,MIG焊接电流200 A时,MIG电弧等离子体在电流基值期间偏向正极性(钨极接负)阶段的VPPA等离子体并与之相连,并未与反极性阶段(钨极接正)的VPPA等离子体产生连接,且基值阶段的MIG电弧电压在VPPA正极性时更低.为了阐明上述行为机理,对复合电弧进行了光谱诊断.基于Boltzmann图解法和Stark展宽法计算了VPPA-MIG复合电弧位于试板上方2.5 mm处,VPPA区,耦合区及MIG区中心位置的平均温度和电子密度,证明了上述位置等离子体的平均状态处于局部热力学平衡状态.基于发射系数与等离子体温度的关系,利用Ar794.8 nm窄带滤波结合高速摄像的方法,发现VPPA在反极性期间的高温区面积大于其在正极性期间的高温区面积.而且VPPA中的Al 396.1 nm谱线在反极性期间,辐射强度更高,范围更广.由此证明了复合焊中基值阶段的MIG电弧电压的降低,主要来自于阴极压降而非弧柱压降.

大厚度铝合金变极性等离子弧穿孔立焊技术

研制以16位单片机为控制核心的双逆变型铝合金变极性等离子弧穿孔立焊专用设备,测试并分析变极性等离子电弧力学特性,对变极性等离子弧稳定性、电弧力和电弧能量的传递特征进行了深入的探讨。研究发现铝合金变极性等离子穿孔焊接中正极性电弧对力更具影响,而反极性电弧对热更具影响,实时保持穿孔熔池上热和力的平衡是厚板变极性等离子弧稳定穿孔焊接关键所在。用自行研制的设备成功实现了15 mm LD10铝合金变极性等离子弧穿孔立焊工艺,研究结果对于将变极性等离子弧焊接工艺应用到我国航空航天等领域具有重要的现实意义。

铝合金变极性等离子弧穿孔焊过程控制

分析了铝合金变极性等离子弧穿孔立焊工艺特点,提出了通过对焊接参数的精确控制,实现变断面铝合金变极性等离子弧穿孔立焊工艺的方法,并将焊接电流、离子气流量和焊接速度确定为变断面铝合金变极性等离子弧穿孔立焊过程的被调节参数.保持穿孔熔池上"热"和"力"的动态平衡是调节焊接参数的根本依据,是实现变断面试件自动焊接的关键所在.采用单片机为核心的控制器对焊接参数进行实时调节,动态保持穿孔熔池上热和力平衡,实现了变断面铝合金变极性等离子弧穿孔立焊工艺.

变极性等离子弧穿孔熔池受力及焊缝成形稳定性

通过YB005-01型压力变送器测定相同参数条件下正极性等离子电弧力大于反极性等离子电弧力,并建立了铝合金VPPA焊接穿孔熔池受力模型,分析了在不对称正、反极性等离子电弧力的作用下,穿孔溶池稳定性及其焊缝成形机理。同时进一步分析铝合金VPPA力学特性,掌握了焊接电流和离子气流量等重要焊接参数对其影响。经穿孔焊工艺实验,合理选择正、反极性电流幅值和离子气流量等参数,保持穿孔熔池热和力的平衡,为获取铝合金VPPA焊接稳定的工艺规范提供了理论支持。

铝合金变极性等离子焊接电弧产热机理

从铝合金变极性等离子焊接电弧物理特性出发,研究了铝合金变极性等离子焊接电弧产热机理,分析了焊接参数对电弧热的影响规律。通过理论分析和试验研究,发现铝合金变极性等离子弧焊接时不对称电极特性对正、反极性期间电弧的产热具有很大的影响。反极性期间由于铝合金作为阴极,阴极压降大电弧产热量也增大。在变极性等离子弧焊接时正、反极性期间的焊接电流和持续时间等参数不同也是造成正、反极性等离子电弧产热不同的重要原因。

变极性等离子电弧稳定性及其控制

以变极性等离子电弧稳定性机理及其控制方法为研究对象,自行研制了80C196KC单片机为控制核心,主电路为双逆变型电路拓扑结构的VPPA—1型变极性等离子焊接电源。重点分析小电流过零再引燃机理及其在大规范焊接条件下变极性等离子弧焊接系统及其电弧的稳定性。分别提出了在小电流焊接时通过程序设定方法将变极性等离子电弧由正极性变反极性之前提高过零电流,而大规范焊接条件下则控制过零电流的新观点,对科学认识变极性等离子电弧特性及其焊接过程控制有重要的指导意义。

铝合金变极性TIG焊接电弧行为

分别采用正弦波变极性和方波变极性氩弧焊对铝合金试板进行了焊接试验,利用高速摄像机和汉诺威分析仪分别对焊接过程中变极性电弧形态及电信号进行采集分析.结果表明,电弧电压概率密度分布和高速摄像图证实了较小焊接参数条件下正弦波变极性比方波变极性电弧稳定性差的现象.正弦波变极性TIG电弧随EP(反极性)的增加清理宽度增加,但熔宽未增加,证明此条件下正弦波变极性TIG电弧过于发散;焊接参数较大时,随EP的增加,正弦波变极性熔宽变宽,证实正弦波变极性TIG电弧稳定性随之提高,证明了铝合金变极性TIG焊接过程中EP极性电弧产热大于EN极性电弧能量的本质特征.

变极性等离子电弧形态对电弧力的影响

研究了变极性等离子弧焊接工艺中,电弧形态及力学行为随焊接过程变化的现象,提出了变极性等离子电弧力学行为随电弧形态的改变而变化的规律。通过高速摄像以及对电弧力和电流的同步检测,证实了联合型等离子弧在反极性时间内易形成双弧的事实。

铝合金变极性等离子弧焊温度场数值模拟

通过高速摄像对正、负极性等离子弧形态进行分析,并分析变极性等离子电弧正、反极性不同产热机理的基础上,采用'高斯+双椭球'组合热源模型,建立正、反极性期间不同热源模型。采用ANSYS参数化设计语言(ANSYS parametric designlanguage,APDL)编程语言实现与实际变极性焊接参数对应热载荷的循环交替加载,计算出铝合金变极性等离子弧焊接温度场及熔池形状。对比分析不同变极性电流和焊接速度条件下焊接熔池的穿透深度,并通过实际焊接试验验证热源模型的准确性。研究结果为准确掌握铝合金变极性等离子弧热源形态、产热机理和等离子弧力等特性,并合理选择焊接工艺参数提供理论依据。

变极性等离子电弧力学行为研究

研究了变极性等离子弧焊接工艺参数对变极性等离子电弧力的影响规律,提出了变极性等离子电弧的力学特性,它是变极性等离子电弧的重要特性之一,试验结果对中厚板铝合金变极性等离子弧焊接工艺稳定性以及焊接过程控制有重要的指导意义。

交直流混合VPPA特性及铝合金立焊工艺

厚板铝合金变极性等离子弧(VPPA)穿孔立焊工艺中,由于焊接电流大,长时间焊接时钨极的烧损量大,严重影响厚板大结构自动焊接质量.为此提出了通过交直流混合输出减少钨极烧损,同时提高焊接质量的新型铝合金变极性等离子弧穿孔焊接方法.该方法在保证氧化膜清理的前提下,减小了因反极性时间过短电弧在极短时间内两次过零造成的等离子弧力下降和过大的感应电动势对开关器件的损害.其次交直流混合输出电弧具有低频调制效果,起到熔池振荡、细化晶粒的作用.在实现交直流混合VPPA软硬件功能基础上研究了交直流混合VPPA等离子弧力学特性、焊接过程稳定性及焊缝成形机理.通过对焊缝显微组织及焊缝成形检验发现,交直流混合输出时焊缝晶粒细化,焊缝成形美观,实现了减少钨极烧损和提高焊缝质量双重目标.

维弧对变极性等离子电弧特性的影响

变极性等离子弧(Variable polarity plasma arc,VPPA)焊接在厚板铝合金焊接中具有独特的优势。维弧及其维弧电源对变极性等离子电弧形态、力学特性和电弧静特性等有重要影响。通过高速摄像、压力传感器和基于工控机的信号检测系统,分析了维弧对变极性等离子电弧形态、电弧力和焊接工艺的影响规律。发现在变极性等离子弧反极性期间由于维弧电源的分流作用,电弧力下降,并易造成双弧和降低电弧电压等现象。试验结果对变极性等离子弧焊接工艺稳定性及其焊接过程控制有重要的理论指导意义。

铝合金变极性等离子焊接电源的模块化设计

变极性等离子弧穿孔焊技术广泛应用于厚板铝合金构件的焊接。介绍了模块式铝合金变极性等离子焊接电源的构成、功能及特点。采用该电源对6～8mm厚铝合金试件进行了穿孔立焊工艺实验,结果表明:所设计的电源可靠性好、稳定性高,试件焊缝成形良好。

稀土对高效铁粉焊条焊缝组织及性能的影响

通过对普通铁粉焊条药皮成分进行调整,并加入稀土添加剂研制出了一种新型含稀土高效铁粉焊条。对试件冲击断口的扫描电镜分析,采用IA3001型图像分析仪对焊缝金属夹杂物分析,以及通过低温冲击试验,证实了适量的稀土可起到细化晶粒,净化焊缝的作用。所研制的稀土高效铁粉焊条工艺性能良好,焊缝金属低温韧性好,可用于重要结构的焊接。

铝合金变极性等离子弧电特性

变极性等离子弧(VPPA)电特性与自由电弧和直流等离子弧相比,具有众多不同的特性。在基于工控机的焊接过程信号检测及分析系统上,进行了铝合金VPPA电特性的时域和频域特性分析,提出了铝合金VPPA电特性的重要特征。研究VPPA电特性可为焊接参数的正确选择提供理论依据。

变极性等离子双弧及其控制

等离子电弧由于受机械压缩、热压缩和电磁压缩三种压缩效应,电位梯度高,当焊接参数不当时易出现双弧。在铝合金变极性等离子弧焊接反极性期间由于电弧相对正极性期间电弧发散,更易出现双弧。焊接电流与离子气流量的合理匹配、喷嘴孔径与电极内缩量的配合以及变极性等离子弧焊接电源结构等是影响变极性等离子弧双弧的主要因素。通过改进焊接电源的结构及控制方法,即在维弧电源主回路上串接MOSFET管,通过MOSFET管的开通与关断来实现对维弧电源主回路的通断控制,从而避免了铝合金变极性等离子弧焊接反极性期间维弧电源分流形成双弧。通过合理选择焊接参数有效解决了铝合金变极性等离子弧焊接时的双弧现象,在厚板铝合金变极性等离子弧焊接中获得了理想的焊接质量。