基于Simufact.Welding的空间框架结构单层单道焊和两层三道焊数值模拟

使用焊接专用软件Simufact.Welding模拟了Q345空间框架结构的二氧化碳气体保护焊的单层单道和两层三道过程,得到了框架结构的等效应力和总变形量。结果表明：这两种焊接方法的等效应力和总变形分布极为相似,但单层单道焊缝的等效应力和总变形比两层三道焊缝小,两层三道焊的应力和变形分布区域更大。

基于Simufact.welding的铝合金薄板激光焊接模拟研究

对铝合金薄板激光焊接进行了仿真研究,并对不同激光功率和焊接速度下的温度场进行了分析。仿真结果表明,随着激光功率的增加,热影响区的面积增加;随着焊接速度的增加,熔池的截面面积减小。最后,在温度场模拟结果的基础上,给出了焊件冷却后的应力场分布云图。

基于Simufact.Welding的管子管板自动焊接机器人最优焊接次序探究

与手工焊接不同,自动焊接机器人焊接过程是根据程序自动识别焊接次序并进行焊接,考虑到识别效率以及参数设定过程,本文拟运用Simufact.Welding软件对三种预设的不同焊接顺序焊后残余应力及变形进行分析,通过模拟与实验相结合的方法,确定最优焊接次序。本次研究为管子管板自动焊接机器人的应用提供了数据参考,同时为后续自动焊接机器人焊接次序进一步优化奠定基础。

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).

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.

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。

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。

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.

窄间隙P-GMAW仰焊位置熔滴过渡影响因素及控制方法

管道窄间隙全位置焊接过程中,在接近仰焊位置容易出现焊接缺陷,制约了管道施工的质量和效率.文中针对管道自动焊仰焊位置成形差、可靠性低的问题,分析P-GMAW过程送丝速度、弧长修正、导电嘴到熔池距离等因素对熔滴过渡的影响规律.结果表明,增加弧长修正系数可以增大电弧对侧壁的热输入,能够缓解侧壁熔合不良的问题,但会使熔滴过渡路径难以控制.因此当焊枪运动到仰焊位置时,提高送丝速度有利于获得更小的熔滴、更高的过渡频率;降低导电嘴到熔池距离,可以增加电磁力、减小熔滴尺寸,从而更有利于仰焊位置熔滴向熔池的过渡,研究结果对于管道窄间隙焊接的工艺设计具有一定的指导意义.

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.

不同药芯焊丝工艺条件下X80管线钢焊缝组织与性能对比

为保障管线安全、平稳运行,提高管线环焊缝的可靠性,对已经投用的2条X80管线环焊缝进行对比分析。2条X80管线的环焊缝的焊接方法为药芯焊丝自保护焊(FCAW-S)和药芯焊丝气保护焊(FCAW-G),对比分析了焊缝的化学成分、金相组织、硬度、拉伸强度和冲击韧性等方面。分析发现,2种焊接方法获得焊缝均比母材Ni含量高,Cr、Mo含量低;FCAW-S焊缝的Al、N含量远高于FCAW-G焊缝及母材。FCAW-S焊缝晶粒内,亚结构尺寸大、取向的多样性低。与FCAW-G焊缝相比,FCAW-S焊缝的硬度高,屈服强度低、抗拉强度较为接近。由系列冲击试验可见,FCAW-S焊缝的韧脆转变温度为12.2℃,比FCAW-G焊缝高55.6℃。据此推断相同条件下,采用FCAW-S焊接的环焊缝发生脆性断裂的概率大。

摇动电弧窄间隙自由成形打底焊工艺研究

针对厚板坡口根部焊接难的问题,文中提出了一种采用摇动电弧的窄间隙坡口自由成形打底焊接方法,通过控制电弧做圆弧形轨迹摇动来调整电弧热分布,使焊接熔池自由凝固成形.进行了摇动电弧窄间隙自由成形打底焊接试验,研究了电弧摇动参数对打底焊缝自由成形的影响.结果表明:电弧摇动参数能显著影响打底焊缝自由成形,过小的摇动参数易使打底焊缝烧穿,适当增大电弧摇动参数可增强坡口侧壁与根部的熔透,过大的摇动参数会产生未焊透缺陷.

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。

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%.

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。

Q345B/304异种钢激光填丝焊接工艺与性能研究

为了提高异种钢焊接质量,采用激光焊技术填充ER308L焊丝对Q345B低合金钢与304不锈钢两种异质材料进行焊接。在不同的激光功率下,采用金相显微镜、扫描电镜、能谱仪等对焊接接头进行了深入的表征和分析。结果表明,当激光功率高于3 kW时,接头处得以焊透,4 kW、4.5 kW和5 kW这3种焊缝截面均呈现束腰现象,且焊缝组织均为典型的板条状马氏体,其中5 kW焊接件焊缝所含的板条马氏体更加细小,表现出最高的硬度值;4 kW焊接件的抗拉强度达到590 MPa,随着激光功率的增大,焊接件的抗拉强度逐步下降;焊缝中主要出现了Cr_(2)Ni_(3)、Fe_(2)Ni_(3)、α-Fe等相,没有大量出现对质量有较大影响的M_(23)C_(6)和σ相等有害相。采用激光填丝焊接技术能够实现Q345B/304异种钢的高质量焊接。

三代核电反应堆压力容器低合金钢焊缝性能对比分析

通过模拟国内三代核电压水堆反应堆压力容器环焊缝,分别采用国产焊接材料和进口焊接材料,在焊接工艺性能、焊缝金属化学成分、拉伸、冲击韧性、落锤和低周疲劳试验等方面进行了对比分析。结果表明,国产和进口焊接材料的焊接工艺性能和焊缝金属力学性能均相当;焊接试件不同厚度取样位置的焊缝金属-28.3℃冲击吸收能量平均值都大于90 J,有较大的设计裕量。该国产焊接材料已应用于国内某三代核电机组反应堆压力容器,为进一步推广应用提供技术支撑。

6061铝合金FSW接头组织与耐蚀性能的研究

对4 mm厚的6061-T6铝合金板进行了搅拌摩擦焊接,通过浸泡腐蚀试验和电化学腐蚀试验研究焊缝腐蚀性能,采用金相显微镜、透射电镜等观察接头的微观组织。结果表明:6061铝合金FSW焊核区晶粒显著细化,晶界第二相较少;焊核区的耐剥落腐蚀和晶间腐蚀性能优于热影响区的;焊核区比热影响区的腐蚀电位较高,腐蚀电流密度较小,焊核区表现出更好的耐腐蚀性能。

六自由度关节式焊接机器人与变位机离线编程仿真设计

应用SolidWorks和RobotStudio软件,建立由IRB1410焊接机器人和两自由度变位机协同完成焊接轨迹的仿真工作站。选用PKI-500焊接末端工具,建立末端焊接工具坐标系,采用三点坐标法创建工件坐标系。创建仿真设计的I/O信号,并进行信号关联,编写机器人的仿真设计程序。创建碰撞监控,保证焊枪与焊件在示教和仿真运行时不发生碰撞。运用TCP跟踪功能验证焊缝轨迹的准确性。在示教器中不断优化焊接参数,从而得到理想的焊缝。通过对焊接工作站的仿真设计,优化工艺过程,提高生产效率。

基于变分立体匹配算法的GMAW熔池形貌三维重建

为实现完整熔池表面形貌三维传感,构建了双棱镜单摄像机立体视觉传感系统.针对熔池图像纹理缺乏造成的立体匹配困难的问题,引入了全局优化的变分立体匹配算法,通过建立包含灰度差异数据项和空间连续性约束项的能量函数的可行性泛函,经过迭代求解获得具有丰富细节的熔池表面稠密视差图.对自制非标准凹面形状进行立体匹配和三维重建,结果表明,宽度误差小于3.16%,深度误差小于4.82%.基于该算法实现了熔化极气体保护焊(gas metal arc welding,GMAW)的堆焊及V形坡口对焊条件下,不同熔透状态熔池稠密视差图计算和表面形貌的三维重建.