基于VRML的焊接有限元分析前处理开发

为减小焊接变形,对复杂焊接结构要进行焊接顺序优化。文中使用虚拟现实建模语言(VRML)建立焊接模型,用户通过简单操作来定义焊接顺序,利用script节点将操作过程写入有限元分析软件Marc的过程文件中,按照此焊接顺序进行有限元分析。该系统的开发将乏味、复杂的有限元前处理替换为逼真的虚拟世界操作,为更好地确定焊接顺序、了解复杂焊接结构、焊接预装配等过程提供了解决方案。结合某产品油箱焊接结构的实例,尝试与讨论了虚拟现实与有限元软件的集成,这对于培训工人上岗、焊接质量分析等方面具有现实意义。

基于Msc．Marc的油箱结构焊接接头特征库开发

为了解决Msc.Marc有限元软件前处理条件器在焊接结构模型建立及网格划分复杂问题,针对某产品油箱结构中的焊接接头,利用Python语言作为二次开发的工具,提出并开发了基于Msc.Marc前处理模块的焊接接头特征库。同时结合Marc中的菜单语言,开发了专用的焊接接头形式菜单系统。该系统可以方便进行焊接问题的分析,提高设计接头形式的效率,并为扩展Marc功能、建立Marc专用模块及Marc汉化提供了良好的思路。

虚拟制造环境下焊接结构有限元分析体系的研究

介绍了将焊接有限元方法引入虚拟制造环境的新思路。将焊接过程的有限元分析集成到虚拟制造环境中,支持产品从机械加工到焊接成型全过程的设计,对需要进行焊接加工的产品实现虚拟设计过程,在实际焊接之前,设计焊接路径,规划焊接顺序,有效预测焊接应力场、温度场,焊件的变形情况,完善虚拟制造内涵,并指导实际生产。

基于刚度最优区间的机器人搅拌摩擦焊工件位置优化方法

航空航天领域存在许多曲面工件需进行搅拌摩擦焊,工业机器人为三维空间曲线的搅拌摩擦焊接提供了一种相当有吸引力的选择,但是搅拌摩擦焊接过程中巨大的轴向力对工业机器人的搅拌头轴向刚度提出极高的要求。为了提高机器人在搅拌摩擦焊接过程中搅拌头轴向刚度,提出一种基于刚度最优区间的工件位置优化方法。首先,构建混联机器人的并联/串联机构刚度数据库,以减少刚度计算时间;其次,基于机器人搅拌头轴向刚度提出刚度最优区间的概念,作为优化指标;然后,在考虑无奇异、关节限位、关节连续性和工作空间约束的情况下,进行基于刚度最优区间的工件位置优化算法研究;最后,仿真和试验验证表明,该方法能够通过优化工件位置使机器人始终保持在搅拌头轴向刚度较优的位姿下进行焊接,显著提升了机器人在焊接过程中的焊接刚度。

树脂基复合材料用陶瓷涂层防护性能分析

采用等离子喷涂铝粉作为打底材料在碳纤维增强聚酰亚胺复合材料(PMC)基体上制备了Al2O3和ZrO2轻质陶瓷防护涂层,测试了涂层的剪切结合强度、耐热循环性能、抗冲蚀性能、隔热性能。结果表明,等离子喷涂铝粉作打底层的涂层系统,性能优于电弧喷铝或电弧喷锌作打底层的涂层系统。带有Al2O3涂层的试样失重不到基体材料失重的1/3,Al2O3和ZrO2陶瓷涂层都可以为聚酰亚胺复合材料基体提供有效的冲蚀防护。Al2O3和ZrO2陶瓷涂层都可以为聚酰亚胺复合材料基体提供有效的隔热防护,ZrO2涂层隔热性能优于Al2O3涂层。

聚酰亚胺复合材料等离子喷涂温度场数值模拟

利用等离子喷涂方法在聚酰亚胺基复合材料表面喷涂金属防护层，涂层材料分别采用Al、Cu、Zn和Ni。通过ANSYS软件进行了温度场数值模拟。研究包括采用不同涂层材料，基体温度在喷涂时（0—1000s）随时间的变化、喷涂结束与结束1000s时刻基体及涂层的温度分布。结果表明，Al和Zn涂层在喷涂过程中及喷涂结束后不会对耐热性差的树脂成分造成烧蚀，而Cu和Ni则会烧蚀基体。试验结果证实了数值模拟的预测。

A method to simulate multilayer welding process： Node dynamic relaxation method

A new method called node dynamic relaxation is proposed to simulate multilayer welding. A two dimensional plane strain model for multilayer welding is simulated and the results show that mesh distortion can be decreased, and it is also found that the node dynamic relaxation is a kind of method to calculate welding deformation accurately by comparing experiment results with simulation results.

7075/5A06异种铝合金TIG焊接头的显微组织和力学性能

采用BJ380A和ER4043铝合金焊丝进行7075/5A06异种铝合金TIG焊对接试验,并对接头的显微组织和力学性能进行分析。结果表明:焊缝无裂纹,但存在分散的气孔;7075母材一侧热影响区晶粒长大较5A06母材一侧的明显,且采用BJ380A焊丝获得的焊缝晶粒较采用ER4043焊丝获得的焊缝晶粒粗大。采用两种焊丝获得的接头抗拉强度均为220 MPa左右,约为5A06铝合金母材的70%,且接头均断裂于焊缝处。显微硬度测试时,7075母材一侧热影响区出现软化现象,而5A06母材一侧热影响区出现硬化现象。另外,采用ER4043焊丝获得的焊缝硬度大于采用BJ380A焊丝获得的焊缝硬度。

基于正交试验-BP神经网络的GH4169膜片微束TIG焊接工艺优化

将正交试验与BP神经网络结合用于0.2 mm厚GH4169膜片微束TIG焊接工艺参数优化,根据正交试验结果对神经网络模型进行训练,建立了峰值电流、基值电流、焊接速度、脉冲频率与接头直径、高度、抗拉力的BP神经网络模型.结果表明,在BP神经网络模型预测的基础上,结合小步长搜索法获得的最佳工艺参数范围为峰值电流11.6 A±0.2 A、基值电流4.3 A±0.1 A、焊接速度4.14 mm/s±0.1 mm/s、脉冲频率52 Hz±2 Hz.通过试验验证,4组试样各指标试验值均处于模型预测值范围内,抗拉力值均高于先期试验.试验结果证明,该模型预测精度高,并且该工艺优化方法能有效提高实际工艺设计的效率.

2219-T6激光同轴辅助搅拌摩擦焊性能与组织分析

对2219-T6铝合金激光同轴辅助搅拌摩擦焊接头的宏观形貌、力学性能及显微组织进行了研究.结果表明,激光辅助热源的加入有助于消除金属塑性流动不充分引起的隧道缺陷,提升接头性能,但激光功率过大会加剧焊缝软化而使性能下降.激光辅助热源使焊核区扩大,且焊核区中θ相(Al2Cu)增大,但对热力影响区的显微组织无明显影响.通过固溶+人工时效方法的焊后热处理以显著提升接头强度(从母材强度的76%提升100%).加入激光的焊核区及热力影响区在热处理后晶粒尺寸相比不加入激光有所减小,且激光功率越大,对应的晶粒尺寸越小.

智能制造技术在航天大型构件中的应用

智能制造是制造技术、系统工程、人工智能与网络技术等学科互相渗透、互相交织而形成的一门综合技术,可为高品质复杂零件制造提供新的解决方案,特别适应航天多品种、小批量生产的需要。本文分析了航天大型构件的生产制造现状,并列举了智能制造在航天构件领域应用的情况,分别从体系构架、工艺技术、制造装备、生产管理方面阐述了智能制造的实践应用。结合企业近年来的工作,从数字化的航天产品工艺设计和管理、面向航天复杂构件的智能化装备升级、全过程透明化的智能运营管控、航天智能焊接车间建设探索、数字孪生技术实现虚实融合等几个方面展开论述。

搅拌摩擦焊工艺参数对锁底接头性能的影响

对4 mm厚的7055-T6铝合金锁底接头进行搅拌摩擦焊工艺试验,研究搅拌针长度和前进侧位置对锁底接头力学性能和Hook缺陷的影响规律。结果表明:搅拌摩擦焊锁底接头在盖板一侧存在Hook缺陷,Hook缺陷迁移量是导致锁底接头力学性能变化的主要原因。最优焊接参数为:搅拌针长4 mm,前进侧位于底板上的锁底接头最大抗拉强度为424.0 MPa,接头强度系数0.70。

热源同轴辅助搅拌摩擦焊工艺特性分析

研究了激光同轴辅助搅拌摩擦焊中激光/搅拌摩擦焊的热量分配对不同系列铝合金焊缝成形、接头力学性能及显微组织的影响,并得到了相应的优化能量分配条件.结果表明,加入激光辅助热源可有效扩大工艺参数窗口,特别是流动性差的5A06和2219铝合金,焊接速度可提升30%以上.激光辅助热源对6061及5A06铝合金焊接接头性能影响较小,对2219铝合金搅拌摩擦焊接头的性能影响明显,焊接热输入增大后,接头性能下降,但总得来说,加入激光辅助热源能够在更小的焊接热输入下获得更高的接头性能.

铝合金筒体FSW和MIG焊接变形控制研究

采用搅拌摩擦焊(FSW)和熔化极惰性气体保护焊(MIG)相结合的方法焊接制造的铝合金筒体(5A06H112,内径Φ2110_(+0.1)^(+0.3)×12_(0)^(+4)mm),由20 mm厚壁板通过辊弯至内径Φ2 102 mm、筒体本体FSW拼焊、筒体大量附件MIG焊接后筒体内径变形大变形不规律,导致筒体焊后去除焊接余量内径精加工至内径Φ2 110 mm后筒体剩余壁厚不满足设计规定的120+4mm,而筒体精加工后壁厚过大将使其超重不满足系统对质量的要求,壁厚小于12 mm无法满足结构强度要求,壁厚的控制对整个系统的安全至关重要。对FSW焊后变形规律进行分析,通过调整单侧焊接厚度、改变焊接顺序、优化工装方案等措施可将焊后单侧内凹变形从最大10 mm降至2 mm以内;对附件MIG焊后变形规律进行分析,通过优化装焊顺序、优化工装方案及精加工工艺方案等措施,最终使筒体机加工后壁厚合格率由原来的23%提高至100%。

厚壁不锈钢箱体构件窄间隙焊接工艺

基于窄间隙焊接技术,以"CTB外盒体"为产品对象,进行了40 mm厚不锈钢箱体构件焊接工艺研究。结果表明,窄间隙坡口配合扁平式水冷焊枪可实现窄间隙焊接,减少焊接道次和焊接填料量,进而提高焊接效率的同时降低焊接变形;保护气体、焊接衬垫和焊接间隙的优选控制是保证单面焊双面成形时焊缝背面成形美观的关键因素;调节柔性收缩变形控制工装的横向伸出长度可使焊缝的收缩量和侧板朝向箱体内腔的偏移量相匹配,减小箱体侧板的弯曲变形量。最终,产品的焊缝质量和尺寸精度均满足要求。

搅拌摩擦焊中外标准分析及国家标准解读

搅拌摩擦焊无需焊接填充材料,热输入及焊接变形小,接头力学性能良好,在航空航天、船舶、汽车、轨道交通及电子等行业制造领域具有重要地位。在铝合金搅拌摩擦焊技术领域,引进和转化国际先进标准,制定我国国家标准,使得实际生产过程和管理过程更加具体、更加规范、更具可操作性,具有重要的实际意义。本研究从标准适用范围、搅拌摩擦焊工艺规范、铝合金搅拌摩擦焊质量与检测要求等方面对中外标准进行分析,解读国家标准,对实际焊接生产具有重要的指导意义。

铝合金联装架焊接变形控制

以铝合金联装架为产品对象,进行了铝合金联装架焊接变形控制的研究。通过焊接组件配对优化、焊接变形预判、焊接工装优化设计、零件焊接余量预留、焊后热处理过程控制等方式,控制了联装架的焊接变形量和焊缝质量。最终,上架对角线长度之差和底架对角线长度之差均不超过3 mm,上架安装面的平面度和底架安装面的平面度均不超过1.3 mm,焊缝质量满足QJ 2698A—2011Ⅱ级标准要求。

超薄不锈钢激光焊接工艺及接头性能研究

超薄不锈钢在航天、医疗器械、日用品中的应用日趋广泛,对其激光焊接质量也提出了更加苛刻的要求。由于材料很薄,易于汽化穿孔,要想得到连续、无烧穿的焊缝,关键是对参数的精确控制。采用光纤激光实现了0.2mm厚1Cr18Ni9Ti不锈钢片的对接及搭接焊。研究了激光功率、焊接速度、离焦量、脉冲频率、占空比等工艺参数对焊缝表面成形的影响规律,并对焊缝显微组织及接头力学性能进行了考察。结果表明,在连续焊模式下,即使采用非常小的热输入,也无法避免焊缝起始及收尾处出现的烧穿;脉冲焊模式下,热输入一定时,采用低的脉冲频率、占空比及焊接速度相比高的脉冲频率、占空比及焊接速度可以有效减少单脉冲能量,从而避免焊缝在起始及收尾处的烧穿。在优化的工艺参数下可得到表面成形良好、无烧穿的对接及搭接焊缝。焊缝中心区由柱状晶与等轴晶组成,几乎不存在热影响区,对接接头抗拉强度可高于母材,搭接接头经拉剪测试断于母材。