PLASMA-MIG焊接控制系统的研制

介绍了一种新的铝及铝合金的焊接方法 ,即PLASMA MIG焊 ,并分别对系统的硬件组成、软件系统进行了分析 ,提出了整体实施方案 .利用双电弧PLASMA弧和MIG弧燃烧 ,焊缝成形好 ,质量好 。

双电源Plasma-MIG焊接系统的设计与实现

根据Plasma-MIG复合电弧焊接的工作原理,以PLC为控制核心建立了双电源Plasma-MIG焊接系统,针对铝合金焊接过程中的小规范起弧问题提出了模式转化的起弧方法,以回路中等离子电流检测值Ip作为稳定性判据,在MFC平台下编写人机界面将控制系统集成,试验结果显示该控制系统能够按照Plasma-MIG焊接时序实现对两台电源的协调控制,实现铝合金的高质量焊接。

5A06铝合金Plasma-MIG焊接工艺浅析

Plasma-MIG焊是等离子弧焊和熔化极气体保护焊(MIG)的综合焊接方法。使用这种工艺对l0mm厚的5A06铝合金进行焊接,提高了接头的强度、韧性,相对于传统MIG双道焊均有所提高。

表面张力对激光焊接熔池及匙孔的影响

基于FLUENT19.0软件,建立了激光焊接热-流耦合模型,对比分析了不同表面张力温度系数(为负值)对熔池流场的影响.结果表明,随着表面张力温度系数的减小,熔池后方顺时针漩涡的流动趋势逐渐减弱,甚至消失,而且焊接飞溅的数量增多.纵截面熔池长度逐渐增加,纵截面熔池流体最大流动速度逐渐增大,熔池横截面的面积逐渐减小.当表面张力温度系数为-2.5×10^(-4)N/(m·K)时,熔池长度平均值为3.28 mm、熔池流体最大流动速度的平均值为2.89 m/s、熔池横截面面积的平均值为4.52 mm^(2);当表面张力温度系数为-3.5×10^(-4)N/(m·K)时,熔池长度平均值为3.73 mm、熔池流体最大流动速度的平均值为3.53 m/s、熔池横截面面积的平均值为4.03 mm^(2);当表面张力温度系数为-4.9×10^(-4)N/(m·K)时,熔池长度平均值为4.14 mm、熔池流体最大流动速度的平均值为4.09 m/s、熔池横截面面积的平均值为3.28 mm^(2).

波形钢腹板梁焊接残余应力分布及试验验证

为研究波形钢腹板梁焊接残余应力的分布规律,通过有限元软件建立其三维热弹塑性模型,利用热-力耦合分析技术对其焊接温度场和应力场进行有限元数值仿真,采用双椭球体热源和修改单元材料属性的方法实现能量输入和焊缝填充,并将模拟计算结果与实测值进行对比分析.结果表明:有限元预测的波形钢腹板梁残余应力分布与实测结果具有相同趋势,在波形钢腹板梁焊缝的弯折角处,残余应力发生一定幅度的连续应力波动;底板和腹板的残余应力峰值均出现在焊缝中心区域,其值分别为材料屈服强度的1.30倍和1.26倍;底板纵向残余拉应力在焊缝中心线两侧78 mm范围内急速下降后缓慢过渡为压应力,在底板较窄一侧压应力线性增大,最大值约为材料屈服强度的0.61倍;在底板较宽一侧压应力线性减小,并在边缘处转化为拉应力;焊接速度对残余应力分布扰动不大,而对残余应力峰值影响较显著;当焊接速度从150 mm/min增加至250 mm/min时,横向和纵向的残余应力最大值分别增加了27.11%和5.88%.

基于声发射的钢桥面板焊接气孔缺陷在线识别

为实现正交异性钢桥面板机器人智能化焊接过程中缺陷的在线监测,提出了一种基于快速傅里叶变换和支持向量机的气孔缺陷声发射识别方法.通过开展机器人焊接实验,揭示了钢桥面板焊接及缺陷产生过程的声发射特征.无损伤与气孔缺陷2种工况信号的幅值、振铃计数、峰值频率和中心频率等参数重叠交叉严重、相关性不显著,而气孔缺陷信号的傅里叶频谱存在更多高频能量分布,因此以频谱为输入建立2种工况的径向基核支持向量机模型.实验结果表明,与朴素贝叶斯、随机森林和线性核支持向量机模型相比,径向基核支持向量机模型拥有更高的正确率(95.4%)和召回率(94.3%),能够用于焊接过程气孔缺陷的在线识别,具有较强的鲁棒性和实用性.

回火温度对易焊接80 kg级高强钢组织和力学性能的影响

研究了不同回火温度对80 kg级直接淬火钢组织和性能的影响。结果表明:直接淬火钢具有较高的强韧性组合和高温回火抗性,当回火温度在450~650℃时,试验钢仍然保持板条状马氏体的形状和位向,随着回火温度升高,板条发生粗化,伴随着残余奥氏体的分解和碳化物的析出和长大等过程。当回火温度为700℃时,试验钢发生较高程度的再结晶,性能明显恶化。当回火温度为650℃时,试验钢具有最佳的综合力学性能,屈服强度为795 MPa,抗拉强度为821 MPa,断后伸长率为20.6%,标准试样-20℃冲击功为195 J。

摆动工艺参数对铝合金激光焊焊接质量的影响

为了研究铝合金激光焊接过程中摆动参数对焊接结果的影响,文章采用单因素的变量试验,在其他参数固定为功率4 kW、焊接速度80 mm/s、离焦量0的情况下,分别分析激光摆动频率、摆动幅度等参数对2 mm厚的6k21和5754铝合金薄板焊缝成型、焊接质量的影响。试验结果表明:随着摆动幅度的增加,焊缝熔深减小,熔宽先增加后减小;随着摆动频率的增加,熔深、熔宽均减小;在焊缝没有焊接缺陷的情况下,试件的剪切力与熔宽成正相关。文章研究结果可为汽车轻量化全铝车身连接中的激光焊接工艺提供一定的理论参考。

汽车车门装配用焊接夹具结构的改进设计

汽车车门装配用焊接夹具是为车门零件装配焊接作业提供便利的一种工具。在现阶段汽车制造企业中,焊接夹具在使用过程存在一定问题,其中最为突出的是装配精度、焊接精度不够,因此影响产品质量。所以,本文主要分析汽车车门装配用焊接夹具设计要点、设计需要考虑的影响因素等,进而重点探究汽车车门装配用焊接夹具结构改进设计对策,目的在于提高装配精度、焊接精度,实现高质量、高效生产制造。

Mn25Al7钢焊接接头的疲劳性能试验研究

Mn25Al7钢是一种新型的轻质高强船用钢,目前针对Mn25Al7钢的疲劳性能尚未开展相关试验研究。本文对Mn25Al7钢的母材、对接焊接接头及T型焊接接头等典型节点进行疲劳试验研究,分别基于名义应力方法和热点应力方法拟合得到典型节点疲劳等级曲线,并与现有规范的疲劳等级曲线进行对比分析。对三种试样的断口形貌进行观测,分析其裂纹扩展规律和断裂机理。试验结果表明:Mn25Al7钢母材疲劳寿命高于按规范设计的普通钢材;规范低估了母材和磨平焊趾的对接焊缝接头疲劳寿命,但能较好地评估T型焊缝接头的疲劳寿命。通过对比分析三种试件的损伤速率差别,进一步对断口形貌进行了系统分析,发现初始裂纹源和焊接残留物会造成疲劳强度的降低。本研究可为船用高强钢的疲劳寿命预测提供理论依据和试验支撑。

送进式焊剂片约束电弧超窄间隙焊接工艺参数匹配

为探究送进式焊剂片约束电弧超窄间隙焊接的工艺参数匹配,自主设计制作了一套送进式焊剂片约束电弧超窄间隙焊接装置,以提高焊接过程稳定性和自动化水平。利用瞬间中断电弧的方法保留了熄弧位置处焊缝形态和焊剂片末端熔化形貌,发现焊接电压和焊剂带送进速度都是通过改变焊剂片对电弧的作用长度来影响焊缝成形,焊剂片对电弧的作用长度可表现为焊剂片对电弧固壁约束面积。通过改变焊剂带送进速度和焊接电压进行了试验研究,结果表明,当焊剂片对电弧固壁约束面积适中时,电弧集中加热区域会下移至间隙底部和侧壁根部,获得根部熔合良好的焊缝;当焊剂片对电弧固壁约束面积较大时,电弧受约束程度过强,电弧加热区域集中在间隙底部,分布于侧壁根部电弧热量很少,焊道上部会有熔池堆积;当焊剂片对电弧固壁约束面积较小时,电弧受约束程度较弱,会沿侧壁攀升导致加热区域集中在两侧壁上,很难在坡口根部形成有效熔池,最终形成孔洞焊缝。确定了最佳的焊接电压范围为21.5~24.5 V,焊剂带送进速度2.1~2.6 mm/s,利用该参数进行超窄间隙单道多层焊接可以获得成形良好的焊缝。

基于零点有效缺口应力的薄板焊接接头疲劳评估

文中采用零点有效缺口应力进行了薄板焊接接头的疲劳评估研究.该方法综合考虑整体结构应力以及缺口根部到零点位置的非线性峰值应力的影响,以临界距离法和零点结构应力法为基础,将零点应力位置作为缺口对结构疲劳影响的临界距离对焊接结构进行疲劳强度评估.通过对两种不同类型的焊接接头试样(T形单面焊接头和不同厚度组合搭接接头)的疲劳试验结果进行拟合.结果表明,在对焊根失效的试样进行疲劳评估时,焊根位置不同截面应力线性化之后得到零点有效缺口应力存在较大差异;其中,焊脚截面应力线性化得到的S-N曲线分散带宽度最小;再者,同时考虑焊趾和焊根失效的零点有效缺口应力S-N曲线,与分别考虑焊趾或焊根失效的零点有效缺口应力S-N曲线分散带相差不大,证明该方法可同时用于焊接接头焊趾和焊根疲劳评估.

核电厂定位销局部干法水下TIG焊接工艺

以核电厂定位销水下焊接为研究对象,研制双层气体保护的局部干法水下TIG旋转焊枪,运动轨迹通过直流电机带动钨极绕固定直径转动实现.对核级材料Z2CN19-10控氮奥氏体不锈钢进行焊接,研究局部干法水下TIG焊接焊缝成形,优化工艺参数,结合热循环曲线及电弧形态,分析焊接接头显微组织及力学性能.结果表明,当焊枪的内层和外层保护气均通氩气时,焊缝成形良好,电弧形态稳定;增大焊接电流或减小焊接速度均使焊缝熔深增大,熔宽增大;对比水下焊接接头和陆上焊接接头发现,水的快速冷却作用会促使熔合线附近的铁素体的形态由树枝状转变为板条状,奥氏体含量减少,焊缝中心晶粒细化;水下焊接接头的显微硬度和力学性能略高于陆上焊接接头.

激光-电弧复合焊接铝合金的研究进展分析

为早日实现“双碳”目标,轻量化制造是必经之路。铝合金以其低密度、高比强度和可回收利用等优点脱颖而出,并且具备高塑形、优良耐腐蚀能力从而可以广泛应用于各行各业,但因为其特殊的热物理性质及复杂的合金化学成分,使其焊接过程中极易出现气孔、热裂纹等焊接缺陷,其焊接难题限制了铝合金在轻量化之路的进一步发展。激光-电弧复合焊接技术结合激光焊接技术与电弧焊接技术的优势,以其大焊接熔深、高焊接效率、高焊接质量著称,并逐渐成为铝合金高效优质焊接的重要熔焊工艺。为掌握铝合金激光-电弧复合焊的研究现状,本文首次通过文献计量学的方法定量分析了Web of Science(WoS)数据库中1995—2021年已发表的该领域的学术论文,并通过使用VOSviewer软件对WoS数据库数据进行了可视化处理。结果表明,焊接接头、微观组织、热影响区、力学性能及激光与电弧的相互作用为研究热点,因此本文从上述领域对铝合金的激光-电弧复合焊接进行了总结与分析,并结合激光-电弧复合焊接过程中的在线监测技术与新型激光在复合焊中的应用展开讨论分析,得出激光-电弧复合焊接铝合金中接头类型的选取,微观组织的分布,力学性能的提升措施及复合热源的相互作用机制。旨在为后续研究激光-电弧复合焊接铝合金提供参考。最后,基于当下的研究现状,本文提出了该领域面临的挑战及未来工作展望。

FeCrAl合金管TIG焊焊接接头的组织及性能

采用TIG(Tungsten inert gas welding,TIG)焊对FeCrAl合金管同质材料进行焊接,通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜及能谱仪等手段研究了焊后接头的显微组织特征、焊后接头不同区域氧化物颗粒的分布情况及焊接接头的力学性能。FeCrAl合金TIG焊通过填充等成分的FeCrAl合金丝材进行焊接,焊后焊接接头主要由焊缝区、热影响区及母材组成。其中焊缝区为粗大的铁素体组织,热影响区为细小的等轴晶组织。焊缝区的Y_(2)O_(3)氧化物颗粒发生了明显粗化并与基体反应生成复合氧化物Y_(3)Al_(5)O_(12)。TIG焊焊接FeCrAl合金管热处理后,焊接接头最大抗拉强度值为530 MPa,约为母材强度的80.8%,可以实现大口径、大壁厚的FeCrAl合金管材的对接接头的力学性能要求。

天津空客A330宽体机厂房焊接加固过程结构性能监测与分析

大跨度钢桁架加固方法多采用焊接加固增大截面法.针对大跨度钢桁架屋盖整体结构的负载焊接加固,以天津空客A321(A330宽体机厂房)屋盖为例,采用4片角钢,分肢与原H型钢的翼缘、腹板分别焊接的加固方式,设计了合理的焊接加固方案与监测方案,对结构关键构件在焊接加固过程中的应力、应变进行监测.以监测数据为依据,研究分析焊接加固过程中型钢与加固角钢的应力响应规律,验证钢桁架梁采用角钢焊接加固的传力有效性,判断焊接热输入的影响范围.结果表明:在负载焊接加固的过程中,局部高温热影响区引起应力重分布,加固角钢的存在对原有型钢构件起到了相应的承担作用,焊接加固过程中结构的安全性可以得到保证.此外,焊接加固时,通过监测相邻杆件的应力和应变,分析表明焊接热影响的范围在两个节间范围内,且带来的应力响应较小.

硬化模型对Ti80厚板焊接热-力耦合仿真计算的影响

在船用Ti80钛合金厚板的多层多道焊接中,材料经历了多次热-力循环的作用,焊接接头需要考虑材料在循环载荷作用下的热塑性变形行为,而不同的塑性本构模型所表达的材料力学特性存在明显差别,因此材料塑性模型对焊接残余应力的模拟计算有着直接影响。文中通过对Ti80钛合金材料在不同温度(20~900℃)的拉伸试验以及不同温度(20~800℃)的低周疲劳试验,获得了Ti80钛合金材料的理想弹塑性模型、各向同性硬化模型、随动硬化模型和混合硬化模型的材料参数。采用不同硬化模型对Ti80焊接接头焊接残余应力进行模拟计算,并采用X射线测量残余应力,将获得的残余应力结果进行对比,分析不同硬化模型对焊接残余应力的影响。结果表明,理想塑性模型低估了残余应力的大小,各向同性硬化模型略微高估了熔池及其附近的残余应力大小,随动硬化模型与混合硬化模型残余应力计算值较为接近,前者略小,后者可较精确预测残余应力。从工程应用的角度来看,推荐各向同性应变硬化模型,该模型在残余应力预报的数值最大,使用该模型可以获得相对保守的预测值。

ER50-6焊丝激光焊接Q345B/304异种钢接头组织与性能

目的研究异种钢激光填丝焊接工艺对焊接组织与性能的影响规律,以降低Q345B/304异种钢激光焊接的成本,扩大异种钢激光焊接的应用范围,使其能够满足使用要求,实现Q345B/304异种钢激光焊接低成本的产业化应用。方法采用便宜的ER50-6碳钢焊丝代替价格高昂的ER308L不锈钢焊丝以及不锈钢药芯焊丝对Q345B/304异种钢进行激光焊接,主要采用填丝ER50-6焊丝对5 mm厚的Q345B/304异种钢板进行激光焊接,再结合焊缝区、熔合区及热影响区的纳观-微观-宏观多尺度表征和测试结果,研究不同工艺参数下焊接接头的组织与结构,同时结合焊接工艺参数和多尺度的表征结果,研究焊接接头硬度、焊缝中元素分布、物相特征、力学性能的变化规律。结果当激光功率为4.5 kW、焊接速度为6 mm/s、焊丝直径为1.2 mm、装配间隙为1 mm、送丝速度为2.5 m/min时,焊缝成形最好,且在焊缝中没有出现大量的M_(23)C_(6)和σ等有害相,焊接接头的力学性能等也完全满足使用要求。结论采用ER50-6焊丝对Q345B/304异种钢进行激光焊接,能够得到完全符合质量要求的焊接接头,且降低了焊接成本。

焊接方法对奥氏体不锈钢焊接接头低温冲击性能的影响

为了研究奥氏体不锈钢焊接接头的低温冲击性能对低温压力容器的安全性影响,本文通过-196℃的低温冲击试验,对比研究了钨极气体保护焊(GTAW)、熔化极气体保护电弧焊(GMAW)、埋弧焊(SAW)3种焊接方法对S30408和S31608两种奥氏体不锈钢焊接接头低温冲击性能的影响。对于S30408焊接接头,热影响区的低温冲击性能小于母材与焊缝区,成为薄弱位置;3种焊接方法中,GTAW获得的焊接接头在热影响区的冲击性能处于最优水平。对于S31608焊接接头的低温冲击性能,焊缝、热影响区与母材的差异较小;3种焊接方法中,SAW获得的焊接接头在冲击吸收能量上与母材结果相近,能够获得焊接接头较好的综合冲击性能。通过对比不同焊接工艺下焊接接头断口形貌特征表明,焊接接头不同区域冲击断口形貌特征与低温冲击性能的结果相吻合。本文研究工作对于奥氏体不锈钢低温压力容器焊接工艺的选择具有参考意义。

考虑节点刚度随机性的焊接钢筋部品变形计算方法研究

为量化钢筋部品刚度,从受力机理角度出发,基于试验和理论分析,提出考虑刚度随机性的焊接钢筋部品变形计算方法。从受力机理的角度提出三向转动刚度独立力学求解模型,考虑钢筋直径的影响,设计了105组T形焊接钢筋试件及两类加载固定试验装置,开展分级加载试验;在此基础上,考虑焊接节点转动刚度随机性,提出基于蒙特卡洛随机抽样的焊接钢筋部品变形计算方法,并分别开展了6个焊接钢筋网片和6个钢筋块体试验进行验证。结果表明:钢筋焊接节点刚度与钢筋直径有关,当焊接条件相同时,钢筋直径越大,焊接节点刚度越大;同一钢筋直径组合的焊接节点转动刚度基本符合正态分布,3个方向的转动刚度R x>R z>R y;钢筋焊接节点刚度与焊接节点断面面积基本呈线性关系;竖筋和横筋连接节点刚度对钢筋部品变形影响显著,所采用的节点刚度取值方法计算的焊接钢筋部品变形偏差均在10%以内,与传统刚接和铰接方法相比,变形计算精度大幅提高,变形计算方法合理。