变厚截面材料激光穿透焊接自适应功率控制研究

激光焊接变厚截面板是实现汽车轻量化的有效举措,但在激光焊接过程中,因工艺不稳定易导致焊缝熔透状态不一致,工件焊接质量较差。由于激光功率易于控制且对熔深影响显著,因此从变厚截面板激光焊接过程中的功率控制需求入手,设计了功率控制软硬件系统,完成了功率控制平台的搭建;采用卷积神经网络对同轴图像采集系统获取的小孔穿透孔图像进行分类,依据穿透孔面积分为未熔透、适度熔透和过熔透,采用PID控制系统根据分类结果编码实时改变焊接功率以获得适度熔透状态;通过采用变截面板进行激光焊接功率自适应调控试验,获得了背部余高均匀的焊缝,验证了自适应功率监测和控制算法的有效性。

基于STL模型的焊缝横截面提取方法

目的:针对线结构光视觉传感器获取的截面轮廓与焊缝主方向不垂直,不能完全反映焊缝横截面真实形貌的问题,提出一种基于STL模型的焊缝横截面提取方法。方法:以线结构光轮廓传感器采集的原始离散点数据为基础,通过RANSAC算法进行轮廓分割,提取特征点和焊缝边缘,确定焊缝主方向;利用分割后焊缝截面轮廓点拼接焊缝表面三维点云;在此基础上,采用泊松算法对点云进行曲面拟合构建STL模型;采用基于三角形面片位置信息对STL模型进行分层处理,获取焊缝横截面轮廓。结果:对有无缺陷焊缝表面点云数据进行处理,结果表明,所提方法能够准确地提取焊缝横截面轮廓。相较于传统方法,获取的有缺陷焊缝横截面轮廓偏差平均值减少46%,最大值降低28%,标准差减小41%。结论:本方法能够有效提取焊缝横截面,可以解决线结构光视觉传感器获取的截面轮廓与焊缝主方向不垂直,不能完全反映焊缝横截面真实形貌的问题,能够为后续焊缝缺陷识别、损伤评估和修复提供重要数据支撑。

1561铝合金双丝冷金属过渡焊接工艺试验

针对1561铝合金的应用需求,开展1561铝合金双丝冷金属过渡焊接(Cold Metal Transfer Welding, CMT)工艺试验。对试验材料、装配要求、焊缝质量要求和作业要求进行论述,并从目视检测、渗透检测、断面宏观检验、常规力学性能、耐腐蚀性能和疲劳性能等方面对1561铝合金双丝CMT试验结果进行分析。试验结果表明,1561铝合金双丝CMT工艺性能优良,可满足技术指标要求。

Effect of Tool Shoulder and Pin Probe Profiles on Friction Stirred Aluminum Welds-a Comparative Study

In marine application,marine grade steel is generally used for haul and superstructures.However,aluminum has also become a good choice due to its lightweight qualities,while rusting of aluminum is minimal compared to steel.In this paper a study on friction stir welding of aluminum alloys was presented.The present investigation deals with the effects of different friction stir welding tool geometries on mechanical strength and the microstructure properties of aluminum alloy welds.Three distinct tool geometries with different types of shoulder and tool probe profiles were used in the investigation according to the design matrix.The effects of each tool shoulder and probe geometry on the weld was evaluated.It was also observed that the friction stir weld tool geometry has a significant effect on the weldment reinforcement,microhardness,and weld strength.

穿越河流管道环焊缝裂纹缺陷安全性研究

穿越河流管道容易发生裸露悬空,管道的环焊缝是薄弱环节,极易发生断裂失效。为了保障穿越河流天然气长输管道环焊缝安全性,以某穿越河流输气管道悬跨段为研究对象,分析悬跨段管道所受复杂应力情况,建立管道局部悬跨段及管土相互作用的简化力学模型;基于非线性有限元法,创新性地使用连接器建立管土非线性耦合单元,建立穿越河流含裂纹缺陷管道环焊缝模型,得到悬跨管道的应力、应变等分布情况和以J积分为表征的裂纹驱动力,并结合BS 7910-2019《金属结构中缺陷可接受性评估方法指南》验证其准确性;在此基础上,考虑管道屈服强度、焊缝匹配系数、内压及土壤承载力参数,采用单因素敏感性分析法,识别各参数条件对管道J积分的影响规律,得到影响管道环焊缝裂纹起裂的关键因素。研究结果可为复杂应力作用下穿越河流管道环焊缝安全运行提供参考。

大截面铸铝-铸钢摩擦焊接接头显微分析

采用连续驱动摩擦焊技术对大截面铸铝与铸钢异种金属进行了焊接试验,通过电子探针、透射电镜、X射线衍射分析及微区硬度测试,进行了铸铝与铸钢异种金属焊接接头的显微分析.结果表明,大截面铸铝与铸钢间具有良好的摩擦焊接性;主要元素以界面为起点向对偶面扩散,Fe原子扩散距离稍小于Al原子的扩散距离;次生摩擦面对碳诱导形成碳化物;在焊缝区,既存在晶体,又存在非晶;接头焊合区两侧硬度均略高于基材.

聚焦电流对电子束填丝焊接焊缝几何特征的影响

通常情况下,电子束焊接工艺研究时将聚焦电流作为焦点位置的主要表征参数。电子束填丝焊接时,通过改变聚焦电流,可以控制束流的焦点位置。不同的焦点位置决定了束流到达工件表面时的能量分布,直接影响到焊丝及母材的熔凝状况,进而对电子束填丝焊接焊缝截面几何形状具有重要影响。通过改变聚焦电流、其余参数不变,能够得到聚焦电流与焊缝截面形状、焊缝横截面面积、熔深、表面熔宽、半熔深处熔宽、余高等焊缝截面几何参量之间的关系,对优化电子束填丝焊接工艺参数具有积极参考意义。

Nd:YAG激光+CMT电弧复合热源横焊工艺参数对焊缝形貌的影响

以304不锈钢为对象,借助横焊焊缝横断面图像来分析Nd:YAG激光+CMT电弧复合热源横焊焊缝横断面的成形特征,研究了Nd:YAG激光+CMT电弧复合热源横焊过程中焊接工艺参数对焊缝横断面形貌的影响.结果表明,在Nd:YAG激光+CMT电弧复合热源横焊中,焊接工艺参数对横焊焊缝横断面形貌的影响显著;Nd:YAG激光加入CMT电弧焊中明显提高了复合焊缝以及复合焊中CMT焊缝的熔深;采取适当的焊接工艺参数(小的光丝间距、大的激光功率、小的焊接速度、适合的离焦量以及小的或大的CMT功率)可以避免熔池机械式叠加和焊缝横断面错位现象,使得焊缝成形良好.

大端面铝与钢的摩擦焊焊缝组织及性能

以铝和钢为焊接材料,采用连续驱动摩擦焊技术对大截面铝与钢异种金属进行焊接试验.通过显微组织、电子探针、X射线衍射、力学性能分析及微区硬度测试检测焊接性能.结果表明:大截面铝与钢之间具有良好的摩擦焊接性,焊接接头强度等于或高于铝基材;焊接接头在近缝区发生晶粒细化,在粘塑层发生原子扩散,形成扩散层.

大截面钢/铝异种金属摩擦焊接工艺研究

采用连续驱动摩擦焊技术对大截面铸态纯铝与Q235钢异种金属进行了焊接工艺试验,通过扫描电镜(SEM)分析接头和断口形貌,测试接头力学性能及其电阻率,得到了纯铝与Q235钢焊接接头的力学性能与焊接参数的关系。结果表明,大截面铸态纯铝与Q235钢间具有良好的摩擦焊接性,焊接界面宏观断口呈均匀银灰色,焊接情况良好,具有100%焊合的特征;采用优化焊接工艺参数施焊的焊接接头力学性能可以达到或超过铝侧基材;接头电阻率介于两侧母材电阻率之间。

大截面钢/铝摩擦焊接头力学性能及显微组织分析

针对大截面铸态纯铝与Q235钢异种金属,采用连续驱动摩擦焊技术进行焊接试验,通过光学显微镜观察、电子探针分析、常温和高温拉伸性能及硬度测试,探讨了其焊接接头的微观组织和力学性能。研究表明,大截面铸态纯铝与Q235钢间具有良好的摩擦焊接性,焊接接头强度等于或高于铝基材;高温条件下,试样均断于铝端母材,抗拉强度随着温度的升高呈现出明显的下降趋势,而伸长率随温度升高而增大;焊接接头在近缝区发生了晶粒细化,在粘塑性层内发生了一定程度的原子扩散,形成扩散层。

半螺纹搅拌针对2024铝合金搅拌摩擦搭接焊力学性能影响

作为影响搅拌摩擦焊(FSW)过程中塑性材料上下流动的重要因素,搅拌针螺纹形貌同样对搅拌摩擦搭接焊(FSLW)的材料流动和力学性能有着重要影响.为研究半螺纹搅拌针对FSLW接头显微组织和力学性能的影响,文中将全螺纹搅拌针和半螺纹搅拌针用于包铝2024铝合金FSLW试验,并对不同搅拌针作用下的FSLW接头的横截面形貌、剪切拉伸载荷、断裂位置等方面进行分析对比.结果表明,半螺纹搅拌针会使钩状缺陷向下弯曲,从而使FSLW接头具有较大的有效板材厚度以及搭接宽度.断裂模式同为剪切断裂,但半螺纹搅拌针作用下的FSLW接头拥有更大的拉断载荷.

2024-T4铝合金光纤激光填丝焊缝成形与组织性能的相关性

2024-T4铝合金光纤激光填丝焊缝横截面分为钉头形和近X形2种典型形貌,对比分析了该2种形貌的焊缝成形与组织形态、显微硬度和接头拉伸性能的相关性。结果表明:近X形横截面的焊缝在焊接过程中更加平稳,焊接飞溅更少。焊缝区的组织特征为垂直于熔合线相对生长的柱状晶组织和焊缝中心的等轴晶组织。钉头形焊缝中心晶粒的二次枝晶较发达,逐渐形成等轴树枝晶,而近X形焊缝中心晶粒相对细小,呈现为等轴胞状晶。与钉头形横截面的接头相比,近X形横截面的接头焊缝区析出的强化相θ(Al2Cu)相对较多,平均显微硬度值略高,热影响区的软化现象逐渐减弱,接头强度和塑性略低。

直缝钢管轴压稳定性能研究

直缝钢管已广泛应用到钢管塔桁架结构中,应用到的钢材牌号主要是Q345和Q420,随着当前钢铁冶金和钢管加工工艺的日益加强,钢管轴压承载性能逐渐提高,但近期对此类钢材轴压杆的稳定性能研究还很少。对98根径厚比限值范围内的Q345和Q420未镀锌直缝钢管进行轴压试验研究。基于试验和有限元分析结果,分析了该类构件的整体稳定性能,总结了其失稳变形特征,并将其稳定承载力与规范值进行对比分析。提出了两端铰接的Q345钢管和Q420钢管在轴心受压构件稳定设计时所取截面分类,为今后钢结构设计提供基础性研究数据。

大型十字形断面H型钢柱的埋弧自动焊接

十字形断面柱的结构特殊,对制作工艺及焊接变形控制要求较高。在实际生产中采用预先进行应力消除,组对时不加拘束,焊接时分段同向跳焊的方法成功地完成了对这一构件的制作。

Q345钢材和Ⅱ级对接焊缝动态拉伸试验研究

对两种不同厚度的Q345钢材和Ⅱ级对接焊缝连接件分别进行了落锤冲击动态拉伸试验,并与相同规格钢材试件静态拉伸试验结果进行了对比,研究了应变率对钢材和对接焊缝的破坏形态、屈服强度、极限强度及伸长率等动态拉伸力学性能指标的影响规律。试验结果表明,钢材在动态拉伸时表现出脆性断裂破坏趋势;对接焊缝连接件的破坏发生在母材区,焊缝保持完整,因此II级及以上对接焊缝试件的强度和延性可视为与母材相同。与静力拉伸试验结果相比,10mm厚钢材的伸长率稍有增大,断面收缩率变化不大;18mm厚钢材的伸长率变化不大,断面收缩率明显减小。随着应变率的增大,两种厚度钢材的屈服强度和极限强度有一定程度的提高,而伸长率和断面收缩率有降低的趋势。

1t电动平衡吊杆件变形分析及解决方法

杆件变形量是影响平衡吊平行四边形机构随遇平衡的重要因素之一。文章以承载1t的电动平衡吊设计为基础,建立包含不同杆件厚度、不同杆件截面形状、有或无焊接加强筋的杆件组模型;选择一个极限位置,分别在考虑和忽略杆件自重和平衡锤重力影响下,利用Abaqus软件分析在同样加载条件下模型组中各杆件的变形量和应力值大小。分析结果证明,对于较高承载的平衡吊设计,选择适当增加杆件厚度、变截面杆件以及起重臂焊接加强筋等方法可以有效减小变形量。

搅拌头形貌对AZ31镁合金板材FSW接头力学性能的影响

采用不同形貌的搅拌头对6.2 mm厚AZ31镁合金板材进行搅拌摩擦焊接试验,研究了搅拌头形貌对接头力学性能的影响。结果表明,旋转速度为1500 r/min,焊接速度为80 mm/min时,使用T1双圆环搅拌头得到的接头力学性能最好,焊缝在材料厚度方向上的尺寸变化呈均匀过渡趋势,焊缝表面比较美观。接头的硬度基本上与母材相当,只有热影响区硬度略有下降。

焊接H形截面钢压弯构件截面优化设计

手算法选择压弯钢构件截面时,往往要经过多次尺寸调整后才能满足强度、整体稳定、局部稳定、刚度几方面的要求,计算过程既繁又慢,且不易得到最优截面。为改进这一计算过程,给出了满足设计条件的长细比,截面高宽比的迭代计算公式,编写了相应的截面优化计算机程序。算例表明,用程序优化设计的钢压弯构件可比手算法节省钢材12%左右。

汽车门框上条件拉弯成形过程的数值模拟研究

复杂截面型材的高精度拉弯成形是制造汽车门框的关键技术。基于动态显式有限元软件ABAQUS/Explicit，针对一种由SPCD与B250P1拼焊板滚压得到的汽车门框上条型材零件，对其力控制方式的直进台面式拉弯成形进行了数值模拟研究，对比分析了不同预拉力和不同摩擦系数对型材截面畸变的影响程度。结果表明，增加预拉力可以减小截面畸变程度，但当预拉力大于1.3倍屈服强度时，畸变量反而变大，当预拉应力取1.1倍的屈服强度时，整体的畸变量达最小；当摩擦系数为0.08～0.12时，截面畸变量较小，可以得到较好的成形精度。