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 。

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。

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。

高温合金熔化焊的研究现状及发展趋势

综述了高温合金熔化焊的研究进展.对电弧焊、电子束焊和激光焊等常见高温合金熔化焊工艺技术的优势和应用范围进行了阐述;介绍了常见的焊接裂纹类型,并对凝固裂纹、晶界液化裂纹、应变时效裂纹和失塑裂纹的形成机理及影响因素进行了概括总结;此外,从热输入、材料的成分和微观结构以及焊接残余应力等方面探讨了提高熔化焊焊接性的主要技术方法.由于母材合金成分和组织结构与焊接性能密切相关,在未来的发展中,应加强对新兴高温合金和传统不可焊高温合金等的成分设计,此外,也应关注焊接工艺技术的完善以及焊前和焊后处理方法的改进,协同提高高温合金的焊接性能,促进高温合金熔化焊的广泛应用.

基于摆动激光扫描的GMAW焊缝成形调控

将摆动激光与GMAW工艺复合,利用“8”字形摆动激光扫描液态熔池,对其温度场和流场进行调控,以改变熔池温度梯度,主动调控熔池流动以改善焊缝成形.在6061铝合金板材表面进行堆焊试验,重点探究了光丝间距、摆动幅度、激光功率对于焊缝成形的影响,采用高速摄像机拍摄激光扫描熔池过程.结果表明,摆动激光扫描可以有效抑制成形缺陷的发生,当摆动激光扫描熔池中部时可以获得最佳的焊缝成形效果.摆动激光扫描降低了熔池温度梯度分布,同时激光扫描产生的激光蒸发反力可以驱动熔池流动,促进了液态熔池的流动铺展,从而有效抑制了不规则焊缝成形缺陷,减少焊缝内部气孔和裂纹缺陷.调节摆动激光摆幅可以在一定范围内对焊缝宽度进行调控.

局部干法水下快频脉冲MIG焊电源研制

针对复杂水下环境焊接过程对焊接电源超高动特性与精确控制需求,设计基于SiC模块的快频脉冲焊接电源功率主电路,开发全数字化控制系统,研制出局部干法水下快频脉冲MIG焊电源(local dry underwater fastfrequency pulsed MIG,LDU-FFPMIG).研制的LDU-FFPMIG焊接电源额定输出电流为400 A,能精确输出多种0~30 kHz的快频脉冲电流波形,快频脉冲电流幅值高达200 A.提出LDU-FFPMIG焊接新工艺,将快频脉冲应用到304不锈钢局部干法水下MIG焊接,探究快频脉冲对传统局部干法水下脉冲MIG焊的影响.结果表明,研制的LDU-FFPMIG焊接电源能够实现稳定的局部干法水下MIG焊,可获得良好的焊缝成形;快频脉冲电流的引入可显著提高电弧能量密度和焊接稳定性,减小熔宽(B)、增大熔深(H),焊缝成形系数(B/H)减小约30%,并且可以细化晶粒.

埋弧焊缝返修的焊接工艺

埋弧焊工艺因其焊接效率显著被广泛应用于大壁厚钢板焊接施工,因厚壁钢结构应力释放及焊接缺陷的产生,由此带来了焊缝热处理态韧度变化及焊缝返修热影响区冲击韧性下降的问题。为研究上述问题,本次焊接工艺研究选取冲击性能优良的EH36-Z35钢材、埋弧焊材及返修用焊条、气保护药芯焊丝,并制订相应的焊后热处理方案。重点关注不同牌号焊材、不同返修焊接工艺方案下的焊缝力学性能差异,焊接热循环、返修渗碳层、焊材强度匹配等因素导致异种焊材返修焊缝热影响区冲击韧性的表现不同。

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。

基于电弧声信号的窄间隙脉冲熔化极气体保护焊侧壁熔合状态在线识别

为在焊接过程中实时了解焊缝内部的焊接状况,构建了电弧声信号实时采集系统。在焊枪摆动中心处于不同位置的情况下,进行了电弧声信号特征与侧壁熔合状态的相关性分析。分别从时域与频域中提取了与侧壁熔合状态相关性较强的电弧声特征。为进一步提高熔合状态预测的有效性,采用电弧声特征参量构建了支持向量回归的侧壁熔合状态识别模型。为减小不良特征对识别模型的影响,显著提高模型的识别精度,采用遗传算法进行了参数寻优。参数寻优后模型的总体识别率达93.33%,实现了窄间隙侧壁熔合状态的有效识别。

航空铝合金薄板搅拌摩擦焊内部缺陷的超声相控阵检测

针对3 mm厚度下航空铝合金薄板搅拌摩擦焊焊缝的检测需求,基于典型缺陷特征以及缺陷对焊接接头性能的影响规律分析,明确了搅拌摩擦焊无损检测应重点关注的缺陷类型;设计了不同深度和尺寸的隧道以及未焊透缺陷模拟样件,利用模拟缺陷样件验证了超声相控阵检测技术对铝合金搅拌摩擦焊中1 mm埋深0.2 mm孔径的隧道缺陷以及1.6 mm埋深2 mm长、0.2 mm深未焊透缺陷的检测能力,对3 mm厚度下搅拌摩擦焊实际样件的检测结果与X射线检测结果及断口观察结果吻合,超声相控阵检测技术可以用于3 mm以下航空铝合金薄板搅拌摩擦焊焊缝的检测。

基于视觉传感的薄板对接焊缝检测方法研究

为了实现薄板自动对接焊过程中焊缝中心的准确检测,提出了基于主动视觉传感的薄板对接焊缝检测方法。通过对工业相机采集的图像进行颜色分割与亮度分割,消除环境光的干扰;利用轮廓检测与掩模操作消除图像噪声,应用灰度重心法提取激光条纹的中心线,并通过一阶差分方法实现焊缝左右边界及中心的检测。针对激光条纹存在的分断缺陷进行续断连接,以提高焊缝中心检测的准确性。实验结果表明,采用所提方法能够准确检测焊缝边界及中心位置,能够满足薄板对接焊缝的自动焊接需求。

焊前热处理对J55钢自动TIG焊接头组织性能的影响

目的针对J55钢焊接性较差、接头热影响区(HAZ)易出现脆硬马氏体组织等问题,在焊前对J55钢母材进行热处理,研究其焊接接头。方法在焊前对J55钢母材进行了760℃与880℃的热处理,采用TIG焊方法进行了焊接,研究了热处理前后TIG焊对接头显微组织和力学性能的影响。结果经焊前760℃热处理后,母材中的珠光体(P)含量显著减少并且发生细化,焊后接头HAZ组织转变为晶界铁素体(GBF)、针状铁素体(AF)和P;经焊前880℃热处理后,母材的显微组织主要为多边形铁素体(PF)和AF,在焊后接头的HAZ中形成了PF、贝氏体(B)和M-A组元。2种热处理接头焊缝区(WZ)的盖面层组织为GBF和AF,靠近和远离盖面层的打底层组织主要为PF和P;未热处理接头HAZ组织为PF、B和马氏体(M)。与2种热处理接头相比,未热处理接头的显微硬度居中,抗拉强度最高,延伸率最低,拉伸断裂位于熔合线与HAZ之间,断口呈脆性断裂特征。与760℃热处理相比,经880℃热处理的焊接接头HAZ显微硬度最高值达523HV,为760℃热处理的2.2倍,接头抗拉强度提高了2.2%,但延伸率降低了7.6%。2种热处理接头拉伸后均断裂在母材,断口均呈韧性断裂特征。结论先在焊前对J55钢母材进行热处理再采用TIG焊进行焊接,可获得力学性能优异的焊接接头,在焊前760℃热处理的条件下,得到的接头力学性能最优。

根部加强的镁合金搅拌摩擦焊分析

常规搅拌摩擦焊中,不同厚度的材料所适配的最佳搅拌针长度也不相同,搅拌针过长或过短都会对焊接效果产生不利影响.为了解决这一局限性,提出了一种在焊缝背面添加适当厚度同种材料垫板的新型焊接工艺,在该工艺中,搅拌针长度大于被焊板材厚度,将垫板与母材焊接在一起,一方面,降低了对搅拌针长度的要求;另一方面,可消除焊缝减薄产生的不利影响.结果表明,采用该方法分析1.5 mm厚AZ31B镁合金的对接焊,接头抗拉强度最大可达母材的91.19%,此外,分析了焊缝横截面微观组织和显微硬度分布,通过所建立的卷积神经网络模型,对接头抗拉强度随参数变化的分布情况进行了预测,获取了最佳工艺参数.

焊接熔池图像采集及边缘几何形态研究

基于MAG焊电弧光谱特点,用视觉传感配合CCD相机和滤波减光系统,采集MAG焊熔池图像;通过同步对比试验,研究熔池图像圆形度与边缘形态关系。结果表明:正常工艺时,熔池边缘较规则、光滑,熔池图像圆形度介于0.56~0.65;焊接电流过大或保护气体不足时,熔池图像圆形度比正常值小,图像边缘凹凸不平。熔池图像圆形度越小,意味着熔池边缘更不规则或锯齿状,通过圆形度数值大小可预判熔池边缘信息,为焊接过程的控制和焊接质量的评估提供思路。

倒装焊芯片封装微通孔的一种失效机理及其优化方法

随着晶圆工艺节点的发展,封装集成度越来越高,封装有机基板的线宽和线距逐步减少,微通孔的数量增加,微通孔的孔径减少。球栅阵列(BGA)封装有机基板的微通孔失效一直是影响高性能和高密度芯片封装可靠性的主要问题。针对有机基板微通孔失效的问题,通过温度循环可靠性试验、有限元分析方法、聚焦离子束、扫描电子显微镜以及能谱仪等表征手段,系统研究了-65℃~150℃与-55℃~125℃500次温度循环加载条件下倒装焊的失效模式。结果表明,在-65℃~150℃温度循环条件下,有机基板微通孔由温度循环疲劳应力而产生微通孔分层,仿真表明-65℃~150℃下基板平均等效应力增加约8 MPa;通过改善散热盖结构,等效应力降低了21.4%,且能通过-65℃~150℃500次温度循环的可靠性验证,满足高可靠性的要求。

X80管线钢水下湿法多道焊残余应力分析

采用不同焊接电流对X80管线钢板进行水下湿法焊接,同时利用175 A电流下陆地焊接试验进行对比,获得了焊接电流对水下湿法焊接接头的显微组织、硬度分布、温度场和残余应力分布的影响规律.结果表明,相同的电流条件下,水下焊接接头的显微组织类型和构成与陆上焊接接头不同,焊缝的显微组织主要为先共析铁素体、粒状贝氏体、条状贝氏体和针状铁素体,粗晶热影响区的显微组织主要为条状贝氏体和少量粒状贝氏体;水下湿法焊接接头比陆地焊接接头具有更高的硬度、冷却速度和残余应力水平.水下湿法焊接接头具有较高的残余应力水平,175~205 A范围内,随着焊接电流增加,焊缝中侧板条铁素体和针状铁素体数量有所增加,焊接接头最高硬度、等效残余应力峰值和纵向残余应力峰值略有下降.

基于Roe-Siegmund循环内聚力模型焊趾疲劳裂纹萌生仿真

为建立焊趾疲劳裂纹萌生行为仿真方法,基于Roe-Siegmund循环内聚力模型对ABAQUS进行二次开发,形成用于反映疲劳累积损伤的VUMAT子程序,依据文献方法及试验数据获取Q345焊接区域材料的内聚力参数,通过Voronoi图法和内聚力单元法生成具有疲劳累积损伤特性和晶粒特征的微观模型,并与宏观对接焊缝模型合并,进行多尺度疲劳裂纹萌生仿真模拟,获得裂纹萌生路径、临界循环次数及晶粒力学响应特征.结果表明,此方法能够自发地选择符合实际情况的裂纹萌生位置以及短裂纹扩展路径,完成对焊接区域材料微观断裂过程的模拟,不同仿真组获取的临界循环次数存在于一定的分布范围内,模型中的累积内聚力长度需通过试验数据进行拟合.

铂镓合金板材焊接接头组织与力学性能研究

探索及分析铂镓合金板材的焊接工艺,旨在为铂镓合金催化网的焊接提供理论基础。试验制备了Pt-2Ga、Pt-3Ga-2Ru与Pt-5Ga的1 mm厚度板材,采用氩弧焊与不同功率的激光焊对合金进行焊接,对其焊接后的拉伸性能、断口形貌、热影响区宽度、焊接区域的微观组织以及焊接区域元素成分的偏析程度等进行研究。结果表明,Pt-5Ga合金脆性较大无法满足催化网制备条件,Pt-3Ga-2Ru合金的焊接性能优于Pt-2Ga合金,同时晶粒尺寸有大幅减小的趋势。激光焊焊接件的焊接性能优于氩弧焊焊接件,热影响区的宽度更窄,元素的偏析程度也有所减小。将不同功率下的激光焊接试样进行对比后发现:焊接功率设定在350 W时对Pt-3Ga-2Ru合金的拉伸性能最好。

铝合金FSW接头未焊透及弱结合缺陷的检测分析

针对运载火箭贮箱某型号铝合金产品搅拌摩擦焊焊缝开展检测工艺研究,采用着色渗透检测、相控阵超声检测、射线检测等方法进行对比检测试验,对发现存在超标缺陷的部位通过切割取样进行显微组织分析,最后对缺陷类型及成因进行了分析。试验结果表明,相控阵超声检测技术能够有效发现铝合金搅拌摩擦焊焊缝根部未焊透和弱结合缺陷,可以准确定位缺陷并测量出缺陷的深度和长度。该方法弥补了其他无损检测方法的不足,可作为类似结构产品检测的可靠手段。

PCB中耐高温有机可焊保护剂成膜机理及性能研究

印制电路板铜焊盘表面生成耐高温有机可焊保护剂(HT-OSP)膜是克服无铅高温回流焊工艺并获得良好焊点的关键。选用2-[(2,4-二氯苯基)甲基]-1H-苯并咪唑(C_(14)H_(10)Cl_(2)N_(2))作为成膜剂,在铜层表面生成了HT-OSP膜。理论计算结合对比实验,研究C_(14)H_(10)Cl_(2)N_(2)分子与Cu原子反应生成HT-OSP膜机理。基于量子化学密度泛函理论,模拟C_(14)H_(10)Cl_(2)N_(2)分子与Cu^(+)之间的络合反应;利用红外光谱对HT-OSP膜中的特征官能团进行表征;借助X射线光电子能谱测试HT-OSP膜中Cu元素的化合价;设计对比实验分析Cu^(2+)对生成HT-OSP膜的影响。结果表明:HT-OSP膜生成机理是C_(14)H_(10)Cl_(2)N_(2)分子与Cu原子发生反应生成HT-OSP膜并沉积在铜层表面,Cu^(2+)通过络合反应促进HT-OSP膜生长。另外,HT-OSP膜的分解温度高达531℃,HT-OSP膜保护的铜层放置在自然环境中180天没有被氧化,证明HT-OSP膜具有优异的耐热性和抗氧化性。