基于LOO-PSO-KELM复合算法的微电阻点焊质量预测与工艺优化

【目的】为了提高小样本数据条件下微电阻点焊焊接质量预测的精度和泛化能力,提出了一种基于交叉验证(Leave one out,LOO)与粒子群优化算法(Particle swarm optimization,PSO)协同优化核极限学习机(Kernel extreme learning machine,KELM)的回归预测方法(LOO-PSO-KELM)。【方法】首先,采用正交试验方法开展电阻点焊工艺试验,建立小样本数据集,并采用留一法交叉验证对数据集进行分类。然后,基于验证数据集的绝对误差和与核极限学习机预测模型,利用粒子群优化算法对核极限学习机的参数进行寻优,获得可靠稳定的预测模型。最后,以选取的焊接工艺参数和LOO-PSO-KELM模型为基础,采用粒子群算法对工艺参数进行优化,获取最优工艺参数。【结果】与传统的PSO-BP神经网络和PSO-KELM算法对比,LOO-PSO-KELM算法在各类标准上表现优异,其预测的熔核直径和拉剪力的均方根误差分别为0.0199和4.4249;基于选取的焊接工艺参数对LOO-PSO-KELM模型进行验证,LOO-PSO-KELM模型预测值与试验验证结果的相对误差均小于3%,与正交试验下的最佳参数比较,拉剪力提高了2%。【结论】与传统方法相比,LOO-PSO-KELM预测模型具有更强的预测性能。在小样本数据集下,体现了较强的泛化性能,所提出的方法在微点焊的锂电池连接中具有良好的应用价值。

机器人电阻点焊电极压力均压平衡控制研究及应用

针对车门翼板高强度双相钢机器人点焊中因为电极压力控制不当而出现的压痕、变形和扭曲等缺陷,分析电极压力对点焊质量的影响。采用ANSYS数值模拟软件比较分析不同电极压力下板材等效压力变化情况,分析结果显示,相较于电极压力为4 000 N,电极压力为3 000 N时,焊点等效压力波动较小,塑性变形也相对较小。针对车门翼板点焊,确定了合理的点焊电极压力为3 300 N,并设计了分阶段控制曲线,通过FANUC点焊控制系统对电极压力进行实时监测和补偿,有效控制了电极压力的波动。此外,利用均压平衡宏程序,可以根据板材形状变化和电极磨损等因素实时调整电极压力。试验结果表明,采用均压平衡控制后,电极压力波动控制在±5%以内,焊点表面压痕深度减少约20%,焊点质量明显提升。

汽车油箱漏油的X射线成像分析方法

汽车金属油箱由薄不锈钢板经电阻焊工艺焊接而成,焊缝质量直接影响油箱的安全性和可靠性。本研究提出一种基于X射线成像的油箱焊缝漏油快速分析方法,即先采用微焦点射线数字成像(DR)对油箱焊缝漏油进行初步筛选,确定是否存在缺陷,再对含缺陷的焊缝进行显微计算机层析成像(CT),最后依据三维重建结果评估缺陷贯穿性。对2个汽车油箱电阻焊焊缝试样进行漏油分析,DR检测出2个焊缝试样分别含9、7处缺陷;显微CT的切片图像显示,试样缺陷中分别有6、1处贯穿型裂纹缺陷,这些裂纹均可能是油箱漏油点。对CT重建的缺陷进行三维分割和尺寸测量,试样缺陷尺寸分别为1.0~2.4、0.6~2.5 mm。对三维分割的缺陷进行内部可视化处理,结果与切片图像分析结果一致。本文所提方法可有效减少高精度CT检测资源的浪费,缩短漏油分析所需的时间,对于焊缝质量分析具有可靠性和安全性。

Improving Corrosion Resistance of Friction Stir Welding Joint of 7075 Aluminum Alloy by Micro-arc Oxidation

An attempt has been made to improve the corrosion resistance of friction stir welded joints of 7075 aluminum alloys by micro-arc oxidation（MAO）, and the effects of Na2Si O3 concentration in electrolyte on the corrosion resistance of the coatings were discussed. Morphology and phase constituents of the MAO coatings produced in electrolyte with different Na2SiO3 concentrations were analyzed by scanning electron microscopy, confocal laser scanning microscopy and X-ray diffraction. Electrochemical tests were conducted to evaluate the corrosion resistance of the coatings. The results show that the corrosion resistance of the coated joints is much better than that without the ceramic coating, and the ceramic coating produced in the electrolyte with Na2SiO3 concentration 20 g/L showed better corrosion resistance than the others.

18Ni不锈钢电阻点焊接头力学性能有限元仿真

为了研究航空用18Ni马氏体不锈钢电阻点焊接头的剪切性能和微观组织,开展了18Ni马氏体不锈钢的电阻点焊试验和点焊接头的剪切试验,并采用有限元分析软件,仿真了点焊接头在剪切过程中的应力分布。结果表明,18Ni不锈钢电阻点焊接头的最大抗剪力为45.01 kN,最小抗剪力为36.87 kN;仿真结果显示,剪切过程中的应力主要集中分布在焊点处,尤其是两块试板中间的焊点位置应力最大;观察金相组织后发现,点焊接头的微观组织类似于铸造组织,粗大的柱状晶从焊缝边缘向焊缝中心生长,最终在焊缝中心形成一条明显的晶界线,同时发现,晶粒内部的组织为针状马氏体组织和残余奥氏体组织,热影响区的晶粒为等轴晶,且等轴晶的晶粒尺寸小于焊缝柱状晶的晶粒尺寸,还发现焊缝内部存在有微裂纹缺陷。

微细丝与异质材料多股导线平行电极电阻钎焊装置设计及焊接工艺研究

目的开发用于微细直径丝材与不等直径异质多股线精密连接的装置,并对其进行优化设计。方法采用直径为0.2 mm的镍丝与不等直径铜质多股线为焊材,采用石墨电极,设计了以上电极为凸台、下电极为凹槽的方案,但考虑到凸台电极容易发生损耗,将上电极优化为平行电极,并结合装置特点设计了专用工装夹具。在此基础上进行焊接试验;分别选用直接微电阻钎焊工艺与平行电极微电阻钎焊工艺对镍丝与铜质多股线进行焊接试验,对比研究了先上电极优化后微电阻钎焊、先压方后微电阻钎焊、直接微电阻钎焊、平行电极微电阻钎焊工艺所得焊接接头的成形情况,探究不同工艺与焊接参数对接头质量的影响机制,并获得最优工艺方案;对不同工艺及焊接参数下所得的焊接接头进行拉剪力测试与微观组织分析,对不同条件下接头的拉剪力与微观组织进行分析比较,并对拉剪性能较好的平行电极微电阻钎焊接头进行振动测试,研究其抗振性能。结果采用先上电极优化后微电阻钎焊工艺得到的焊接接头的平均拉剪力为21.04 N;采用先压方后微电阻钎焊工艺得到的焊接接头的平均拉剪力为15.04 N;采用直接微电阻钎焊工艺得到的焊接接头的最大拉剪力为22.3 N,其钎料并未完全包裹高温导线,成形差;采用平行电极微电阻钎焊工艺得到的焊接接头的平均拉剪力为24.8 N,其接头连接稳定,最大直径均不超过0.8 mm,且抗振性能良好。结论设计并优化得到的平行上电极能够有效减少电极损耗,通过比较各工艺接头可知,先压方后平行电极微电阻钎焊为最佳的焊接方案,焊点直径稳定,接头质量良好,可以实现传感器引脚线与多股高温导线的高质量、精密、可靠焊接。

伺服焊枪点焊PLC控制系统设计

基于PLC控制器设计了一套伺服焊枪点焊控制系统,该系统集成了伺服焊枪和焊接控制器等设备。焊接过程中,电极定位利用伺服电机的位置环来实现,电极力则通过采集安装在电极杆上的LoadCell压力传感器的反馈压力信号来进行闭环控制,与焊接控制器的通讯则由系统的I/O模块来完成。试验表明,该伺服焊枪系统在焊接过程中电极定位迅速、电极力稳定,并能够有效地提高焊接质量,减少焊接喷溅,延长电极寿命。

飞秒激光切割与微细电阻滑焊组合制备三维金属微结构

提出了一种采用飞秒激光切割结合微细电阻滑焊制备3D金属微结构的工艺方法(微型化双工位金属箔叠层制造法,(Micro-DLOM)),并通过制备具有复杂形状的3D微型腔模具验证了该工艺方法的可行性。首先,以厚度为10μm的0Cr18Ni9不锈钢箔为基材,在110mW的飞秒激光功率、100μm/s的切割速度和0.75μm的切割补偿量下获得二维微结构,并分析了激光功率和切割速度对切割精度的影响;然后,利用微细电阻滑焊对多层二维微结构进行热扩散焊接,通过多层二维微结构的叠加拟合形成具有曲面特征的微型腔,并对焊接区进行了X射线衍射(XRD)分析。分析发现:微细电阻滑焊所产生的热量仅使焊接区主要物相的相对含量发生了变化,而没有使该区域产生新的物相。与UV-LIGA工艺相比,本工艺可以加工具有自由曲面特征的三维微结构,并且单层钢箔越薄,成形精度越高;与飞秒激光分层平面扫描烧蚀工艺相比,本工艺仅需切割每层二维结构的轮廓,提高了成形效率;与微细电火花加工工艺相比,虽然所成形的微型腔表面粗糙度相对较差,但却省去了制备微电极的工艺步骤,并且不存在微电极工作过程中的损耗问题,所以可以加工深宽比不受限制的微模具。

伺服焊枪点焊压痕深度在线提取与电极磨损对焊点质量的影响

首先研究利用伺服焊枪在线提取压痕深度的可行性.结果分析表明,回程误差是造成测量压痕深度总体偏低的原因,误差补偿后的伺服焊枪精度完全能够满足压痕深度测量要求.进而分析了点焊镀锌板的电极磨损对压痕深度与焊点质量的影响.应用神经网络方法建立了包含电极磨损因素在内的焊点质量与压痕深度评价模型,为基于伺服焊枪压痕深度提取的焊点质量在线评价提供了技术支持.

基于焊点压痕的伺服焊枪点焊质量在线检测方法

针对目前车身点焊质量检测广泛采用的破坏性检验和无损检测方法中存在离线、小样本、检测成本高的缺点,借助于伺服焊枪编码器的位移反馈特性提出一种基于压痕的焊点质量在线检测方法。试验建立包括机器人及控制器、伺服焊枪和焊接控制器在内的点焊试验系统,利用伺服焊枪编码器位置反馈特性在线获取焊点压痕,通过PLC位移采集系统在线标定压痕获取精度,最后以0.8mm的普通低碳钢板(GMW2)为例,完成基于压痕的焊点质量在线评价。试验结果证明,伺服焊枪编码器位置反馈精度能够满足焊点压痕测量要求,点焊接头质量在线评价的准确率符合实际生产要求,文中提出的基于压痕的点焊质量在线评价方法可以实现点焊接头的在线检测。

微型塑料双联齿轮的超声波焊接工艺

利用飞秒激光切割结合微细电阻滑焊制备三维金属微双联直齿轮模腔:在厚度为20μm的0Cr18Ni9不锈钢箔上,在230mW的飞秒激光功率、50μm/s的切割速度和1.5μm的切割补偿量下获得二维微结构;之后在0.22V的焊接电压,20N的焊接力和10ms的放电时间下,利用微细电阻滑焊对多层二维微结构进行热扩散焊接叠加拟合而成具有曲面特征的微型腔。将平均粒径100μm的乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)塑料粉末充填入微双联齿轮型腔,在超声波塑料焊接机上设定不同的工艺参数进行成型实验表明,焊接压强为0.2MPa,焊接时间为2.5s,保压时间为0.2s,熔体能快速填充模腔,得到表观形状复制率较好的微塑件。

逐层微细电阻滑焊工艺制备三维微结构

采用飞秒激光切割和微细电阻滑焊组合的方法制备了高深宽比的三维微结构。为了提高每层二维微结构的叠加精度和连接强度,用逐层微细电阻滑焊对每层二维微结构进行滑焊以获得较好的工艺参数。对上述工艺参数所制备的微结构进行了抗剪切能力测试,测试结果显示:随着滑焊放电次数的增加,微结构的极限剪切力由8.04N逐渐增加至65.97N。而后,通过能量分散光谱仪(EDS)对电极的沉积效应进行了研究。最后,在120mW的飞秒激光,50μm/s的切割速度,0.21V的焊接电压,0.2MPa的焊接压强,100ms的预压时间,10ms的焊接时间以及160次的滑焊放电次数等工艺参数下制备了基本尺寸为50μm×50μm的微方孔阵列以及微齿轮结构。实验结果表明:通过逐层微细电阻滑焊制备的微结构表面质量良好,各层微结构之间叠加较好,显示逐层微细电阻滑焊可以较好地保证三维微结构中各层二维微结构的连接强度和叠层精度。

气动伺服焊枪的研究进展及展望

电阻点焊是一种主要用于薄板连接的制造工艺,在汽车制造及航空等工业部门都有广泛应用。气动伺服焊枪作为传统气动焊枪的升级换代产品,可以实现对焊枪的高精度定位与柔性焊接控制。介绍了气动伺服焊枪系统的特点,对气动伺服焊枪中关键技术如系统结构优化设计、控制元件与执行元件的改进、控制算法的研究进行了论述,进一步探讨了气动伺服焊枪的发展趋势。

铍青铜薄片微电阻点焊工艺及接头组织性能研究

采用微电阻焊接方法对100μm厚时效态铍青铜进行搭接点焊,依据接头的抗拉剪力对微电阻点焊工艺进行了优化,并分析了焊接接头的组织形貌特征。结果表明,当焊接电流为3.0 k A、电极压力为180 N、焊接时间为30ms时,接头强度最大,抗拉剪力为107.05 N。焊接电流是影响接头性能的主要因素,焊接接头熔核区由等轴树枝晶和柱状树枝晶组成,随着电流增加,焊核中心组织变粗。

铜/镀镍钢微电阻点焊接头形成机理

采用微电阻点焊对纯铜和镀镍钢片异种金属进行了点焊连接,通过拉剪试验、光学显微镜、扫描电镜和能谱分析,研究了镀层金属镍在铜/镀镍钢片微电阻点焊冶金过程中对接头形成和接头强度的影响.结果表明,铜/镀镍钢片微电阻点焊接头的形成机理包括固相连接和熔化连接,其形成过程为:铜和镀层镍在锻压力和析出热量下,形成固相连接;在铁和镀层镍之间开始熔化;镀层镍被熔化的金属向边缘处挤压,镍在边缘处与铁、铜形成了新的组织;熔核的形成.在两种不同的接头形成机理下,其拉伸断口都有呈抛物线状或拉长的韧窝出现.

变电极力对管板单面电阻点焊质量的影响

根据管板单面电阻点焊结构特点,建立了采用伺服焊枪的管板单面电阻点焊试验系统.针对管板焊接过程中变形大、形成环形熔核质量不可靠等问题,提出了基于改变焊接过程中电极力来提高焊点质量的方法,并研究变电极力对管板焊焊点强度及焊接变形影响的规律.结果表明,通电阶段熔核生成初期减小电极力,可明显提高焊点拉剪强度,减小焊接变形;冷却阶段减小电极力对焊点质量也有所提高,但影响较小.研究结果对管板焊接工艺参数的制定及单面电阻点焊在车身焊装中广泛安全的应用具有重要意义.

厚板铜/铝搅拌摩擦焊接头的组织分析

用搅拌摩擦焊方法焊接板厚为10 mm的铜/铝对接接头,观察了接头的横截面形貌、显微组织,测试了接头的拉伸性能、显微硬度和电阻率。结果表明,在合适的工艺参数下采用双面焊工艺可能获得无缺陷的对接接头。金相分析结果表明,接头的铜/铝界面上形成了"钩子"形貌且铜和铝在该处形成的一种迭状交互结构,产生了一种灰色物质,焊核区中分布着铜颗粒。在接近铜铝界面区域内显微硬度值急剧升高,可能是产生了金属间化合物。接头拉伸式样的断裂都发生在铝侧热影响区,接头的拉伸强度是铝母材的125%。电阻率试验结果表明铜/铝接头的电阻率是纯铝母材的电阻率的92.6%,能够满足电力行业的要求。

微弧氧化处理提高AZ31B镁合金搅拌摩擦焊焊缝的耐蚀性

为提高镁合金焊接接头的耐蚀性,对6mm厚的AZ31B板材搅拌摩擦焊焊缝进行微弧氧化处理,并研究焊缝的微观组织、截面显微硬度及其微弧氧化前后的耐蚀性.结果表明:接头的微观组织明显分为3个区域:焊核区、热机械影响区及热影响区,并且接头整体硬度低于母材,焊接时焊核部位出现软化现象,导致其硬度最低.盐水浸泡实验和电化学测试表明,微弧氧化前焊缝的耐蚀性低于母材,经过微弧氧化处理后,焊缝表面形成一层致密光滑的陶瓷膜,极大提高其耐蚀性.并且,经同工艺微弧氧化处理后,焊缝表面微弧氧化膜要比母材的微弧氧化膜厚.

焊前热处理对铍青铜微电阻点焊接头性能的影响

采用微电阻点焊方法成功实现0.1 mm厚铍青铜薄片的连接,研究铍青铜焊前固溶处理(固溶态)和固溶再时效处理(时效态)对搭接接头力学性能和显微组织的影响。结果表明:铍青铜经不同热处理后,时效态接头的抗拉剪力明显高于固溶态的。固溶态铍青铜接头的最大平均抗拉剪力为60.54 N时,熔核由较小的胞状晶、较大的等轴枝晶和柱状枝晶组成;时效态接头最大平均抗拉剪力为137.28 N时,熔核由较大的胞状晶和均匀细小的等轴晶组成。在相同工艺参数下,时效态接头获得的热输入量约为固溶态接头的1.73倍。

逆变式电阻点焊机8098单片机控制系统

介绍一种应用于逆变式电阻点焊机的８０９８微机控制系统。文中介绍了系统的硬件、软件和系统的功能。该系统通过软件编程产生两组相差１８０°的ＰＷＭ控制信号，用以控制焊接电流，同时实现了逆变点焊焊接电流递增控制。系统充分发挥了微机控制的灵活性，扩大了点焊机的应用范围。