高效弧焊设备与方法在船舶制造中的应用现状

弧焊是船舶制造中采用的关键生产技术,它在很大程度上影响船的制造周期和成本。近年来,为了进一步提高焊接效率,各国在传统型造船高效焊接技术的基础上,大力发展更为高效的弧焊焊接设备与方法,其中主要有高效船舶机器人焊接、船舶双丝气电立焊、船舶多丝弧焊和船舶激光-电弧复合焊接。虽然我国已成为世界第三造船大国,但在造船领域与国际先进技术的差距仍是巨大的,必须跟踪国际先进水平发展的动向,使高效弧焊焊接成为我国船舶发展的必然趋势。

钢和碳纤维增强材料胶接研究现状

碳纤维增强复合材料(CFRP)由于轻质高强,广泛应用于航空航天和汽车工业领域。金属传统的连接方式如焊接对金属和CFRP的连接有较多限制,所以目前CFRP和钢的连接主要还是胶接和机械连接。本文主要归纳了胶接的作用机理和失效形式及胶-铆混合连接的优点,总结胶接主要工艺参数:胶层厚度、粘结长度及表面处理对接头强度的影响,最后对该领域依然存在的主要问题和未来研究工作提出自己的看法。

工业纯钛TA2板激光焊接工艺

工业纯钛TA2因其优异的耐腐蚀性广泛应用于海水环境中,在实际生产中,纯钛的焊接多采用TIG焊,但是焊接速度较慢影响生产效率。对0.9 mm的TA2进行激光焊接研究,首先进行四因素五水平的正交工艺实验,4个因素分别为激光功率、焊接速度、离焦量和激光入射角度,发现激光功率和焊接速度对成形的影响最大;然后分别对每一个因素进行单因素分析,发现增大激光功率或减小焊接速度可以抑制咬边,增大正离焦量可以减少背面飞溅,激光前倾入射比后倾入射更容易实现熔透。

纯钛TA2薄板电弧辅助激光焊高速焊接过程的电弧和熔池特征行为研究

针对0.5 mm纯钛TA2薄板的电弧辅助激光焊高速焊接,研究了热源间距和热源相对位置对激光电弧耦合、熔池形态的影响,利用高速摄影对电弧形态和熔池形状进行分析,探索不同热源间距和热源相对位置对薄板高速焊接过程稳定性的影响规律。结果表明,两种热源相对位置(Laser Leading,LL和Arc leading,AL)模式下,随着热源间距的减小,TIG电弧面积均会有所增加;在AL状态下,电弧起预热作用,LL状态下,当热源间距减小到6 mm时,激光和TIG电弧共同作用形成共熔池现象;LL状态下的TIG电弧面积标准差更小,LL状态的焊接过程稳定性优于AL状态。

铝合金高功率激光-MIG复合焊热源形态特征

为深入理解铝合金大功率激光-MIG复合焊热源空间分布特征,设计了以激光功率、电弧功率以及激光与电弧之间的距离为因素的全因子试验,采用高速摄影和图像处理技术得到等离子体的宽度和面积.结果表明,复合焊中热源功率存在一定的阈值,随着功率的增加低于这个数值等离子体尺寸减小而超过这个数值等离子体呈膨胀趋势,在高功率复合焊中等离子体宽度随光束功率的增加而增大.激光束与电弧之间的距离影响等离子体空间的几何分布,但是随着激光束与电弧之间距离的逐渐增加,复合焊焊接过程中的等离子体存在一个维持、膨胀和恢复的不断重复的周期过程.

TIG电弧辅助激光焊TA2直缝薄壁焊管的组织性能研究

为解决纯钛TA2直缝管在钨极氩弧焊(TIG)高速焊接时出现的咬边、驼峰成形缺陷等问题,提出了TIG在前的电弧辅助激光焊工艺。针对φ19 mm×0.7 mm的TA2直缝焊管,对单TIG自熔焊和TIG电弧辅助激光焊采用不同的热源模式,采用Abaqus软件建立焊接有限元模型,对比分析了这两种焊接过程中的温度循环曲线和焊后残余应力,并对得试验到的TA2薄壁焊管进行了显微组织分析及性能测试。结果表明:模拟所得的两种接头的焊缝轮廓尺寸与实际接头轮廓相近,TIG电弧辅助激光焊接时焊缝中心温度、焊后Von Mises应力低于TIG焊接的。与TIG焊相比,TIG电弧辅助激光焊的焊缝中心及热影响区的显微组织更小,抗拉强度、伸长率基本持平,屈服强度更高。在获得良好焊缝成形的条件下,采用TIG电弧在前的电弧辅助激光焊方法可以获得较高的焊缝质量。

T91耐热钢激光焊和钨极氩弧焊接头组织及力学性能研究

为优化当前T91耐热钢管对接焊缝性能并缩小热影响区,通过对比研究T91耐热钢激光焊(LW)与钨极氩弧焊(GTAW)对接焊缝的微观组织及常温拉伸、高温拉伸、硬度、常温冲击等各项力学性能,探究通过改变当前T91耐热钢焊接工艺提升焊缝质量的新方法。研究结果表明,激光焊(LW)在T91耐热钢的焊接中相比当前使用的钨极氩弧焊(GTAW)展现出了较好的工艺适配性,激光焊(LW)在保证焊缝组织与性能满足接头标准要求的基础上,相比钨极氩弧焊在焊缝粗晶区获得了更为细化的微观组织,焊缝与热影响区更小,且焊缝熔化区室温冲击性能明显提升。

CCS-B船用钢板的不同激光焊接工艺分析

激光焊、激光填丝焊以及激光复合焊技术日趋成熟,并被一些著名船厂应用到生产上。我国造船业的激光应用研究正处于起步阶段。CCS-B是我国相当普遍的一种船用低碳钢,通常采用传统工艺进行焊接。采用以上的激光焊接工艺对CCS-B进行堆焊和对接焊,对它们宏观焊缝的差异进行分析,对相应焊缝金属的微观组织进行观察和分析。焊接金属的合金成分会影响其微观组织的形成,采用ICP-AES法对不同激光焊接工艺下的焊缝金属成分进行了检测分析。同时对接头截面的硬度进行了测试。

钛及钛合金的焊接

钛及钛合金因其优异的综合性能和独特功能被广泛应用于航空航天和海洋工程等重要领域,而不同类型的钛及钛合金的性能各不相同。介绍钛及钛合金的分类及其焊接特性,分别描述工业纯钛、α型钛合金、α+β型钛合金、近β和β型钛合金的分类方法、添加元素及基本特性,综述不同类型的钛及钛合金的国内外焊接研究现状,重点关注各种钛及钛合金的焊接方法、焊后组织和性能,归纳总结各种钛及钛合金的主要焊接方法为TIG焊、激光焊和电子束焊。

高效焊接技术研究现状及进展

弧焊高效焊接技术主要以提高熔敷效率和焊接速度为目的。其中高熔敷效率焊接主要是在单位时间内熔化更多的焊接材料,代表工艺为T.I.M.E.焊接;高速焊接是在提高焊接速度的同时提高焊接电流,以维持焊接热输入大体上保持不变,代表工艺以多丝弧焊技术为主。此外,高效焊接技术还包括其它焊接方法,都可以大大提高焊接效率,主要有激光复合焊,A-TIG焊等。文中主要介绍了这几种典型的弧焊高效焊接技术的研究现状及其进展。

钛及钛合金焊接接头腐蚀性能研究现状

钛及钛合金兼有钢(强度高)和铝(质地轻)的优点,具有优良的耐腐蚀性能,广泛应用于航空、航天、化工及冶金等领域。介绍钛及钛合金钨极氩弧焊(TIG焊)和激光焊(LBW焊)焊接接头的组织特征,归纳总结评价钛及钛合金焊接接头耐腐蚀性能优劣的方法,并与母材进行对比。研究发现,钛及钛合金焊接接头显微组织的改变或者氧化膜更加稳定可提高钛及钛合金焊接接头耐腐蚀性能。

工业纯钛TA2双钨极氩弧焊焊接接头腐蚀性能研究

钛及钛合金凭借其比强度高、密度小和良好的耐腐蚀性能,广泛应用于汽车、生物医疗、航空航天、石油化工、海洋工程等领域。双钨极氩弧焊相比较传统的钨极氩弧焊可以抑制焊接缺陷,提高焊接速度。本文研究了工业纯钛TA2双钨极氩弧焊焊接接头的耐腐蚀性能,研究表明,双钨极氩弧焊焊缝中心细小的枝晶几乎占据了整个焊缝界面的50%,靠近焊缝的热影响区为均匀分布的等轴晶,双钨极氩弧焊提高了工业纯钛的耐腐蚀性能,扩大了其在恶劣环境下的使用范围。

耐锌蚀陶瓷防护层的制备与腐蚀机理初探

采用电弧喷涂法预先在Q235钢试样基体上喷涂FeCrAl粘结层,再利用等离子弧喷涂制备Al2O3陶瓷涂层,分析了陶瓷涂层在500℃静态锌液腐蚀试验中的腐蚀机制及影响因素。通过SEM和XRD分析可知,Al2O3陶瓷涂层与锌液为不互溶材料,起隔离基体与锌液、防止铁锌发生互扩散反应的作用。试验结果表明,等离子喷涂的Al2O3陶瓷涂层能极大地延缓Q235钢腐蚀失效的时间,耐液锌腐蚀性极好;陶瓷涂层的结合强度和涂层厚度是影响耐锌蚀性能的主要因素。

纯钛TA2薄板双钨极氩弧焊焊接工艺

针对1.24mm厚纯钛TA2薄板进行双钨极氩弧焊堆焊,研究焊枪倾斜角度和电极间距对电弧耦合、焊缝成形的影响,利用高速摄影和电信号采集系统分别对电弧形态、电流和电压波形进行分析,揭示纯钛TA2薄板高速焊焊接缺陷形成和抑制机理.结果表明,电极间距在11~15mm,电弧干扰小,焊缝成形良好;两个焊枪呈大致对称倾斜分布,液态金属后向流动被抑制,无明显咬边现象,焊缝成形良好.采用合理的工艺参数进行TA2薄板双钨极氩弧对接焊,焊接速度可达3m/min,接头抗拉强度为434MPa,断后伸长率为31.4%,拉伸试样断裂于母材.

热输入对Ti180钛合金电子束焊接接头组织和力学性能的影响

焊接热输入量会影响双相钛合金接头热影响区α/β相转变以及次生α′相的析出,进而改变接头力学性能。对7 mm厚Ti180钛合金电子束焊接接头组织分析发现,近熔合线热影响区和中部热影响区由“ghost”状初生α相、次生针状α′相和残余β相组成,近母材热影响区由初生α相、残余β相和少量次生α相组成。热输入量升高会导致初生α相比例减少,进而接头拉伸性能发生变化。当热输入由120 J/mm增加到177 J/mm时,接头的伸长率由16.7%降低到11.6%,抗拉强度均达母材强度(970 MPa);而焊缝区与热影响区的硬度始终高于母材硬度(341HV)。因此,可以通过改变焊接热输入量来控制热影响区微观组织,进而实现对Ti180钛合金接头力学性能的调控。

钛及钛合金薄板的焊接

钛及钛合金的主要焊接方法是钨极氩弧焊、电子束焊、等离子弧焊和激光焊等高能束焊,且常作为特殊的焊接方法使用,由于设备投入大,不适合钛及钛合金大批量生产应用。改进钨极氩弧焊依然是研究的重点,分析认为双钨极氩弧焊用于钛及钛合金的薄板焊接,将改进钛及钛合金薄板焊接的研究现状,提高焊接效率并获得与高能束焊质量相近的焊接接头,在低成本、高效、高质量焊接方面具有重要的意义。

钢铝电阻点焊工艺和机理的研究进展

在汽车轻量化中大量使用异种材料混合结构,使得钢和铝的电阻点焊技术成为汽车轻量化的核心技术。由于钢材和铝板的冶金学性能和热力学性能存在巨大差异,钢铝点焊技术尚不成熟。描述了钢铝点焊的原理,阐述钢铝点焊技术目前存在的难点,归纳总结当前钢铝点焊的研究热点和研究现状,并探讨钢铝点焊未来的研究方向。

HR550LA+Z汽车用镀锌高强钢板GMAW工艺研究

采用脉冲、CMT和短路三种不同的电流模式进行了HR550LA＋Z汽车用镀锌高强钢板的对接焊接试验,得到了不同电流模式的焊接工艺窗口,并分析了焊接接头的组织。结果表明,焊接电流模式对焊接接头组织影响不大,焊缝区组织为针状铁素体和粒状贝氏体,粗晶区组织为80～100μm大小的板条马氏体和少量粒状贝氏体;细晶区组织为20μm左右的粒状贝氏体和少量铁素体。不同电流模式下工艺窗口有明显差异。对于2.4 mm的HR550LA＋Z对接接头,短路模式的焊接速度较低,高焊接速度下容易出现大颗粒飞溅;CMT模式下需较高电流才足以将板焊透,但高电流易造成镀锌层的烧损;脉冲焊的工艺窗口宽,电流范围为100～160 A,焊接速度范围为55～125 cm/min。脉冲电流模式更适合应用于2.4 mm的HR550LA＋Z镀锌钢板的焊接。

平行间隙电阻焊微连接技术研究进展

文中介绍了平行间隙电阻焊的连接机理,即主要依靠固相扩散实现界面的良好结合,同时对接触电阻的影响规律进行了讨论。重点介绍了线/片、片/片连接过程中温度场、应力-应变场的分布,并结合试验和模拟结果叙述了如焊接电压、焊接时间、电极压力、电极间距等焊接工艺参数对连接质量的影响。最后对平行间隙电阻焊的应用前景进行了展望,并对仿真研究的方向进行了探讨。

TA2薄壁钛管双TIG焊温度场和残余应力分布对接头组织性能的影响

针对纯钛TA2薄壁管的钨极氩弧焊(TIG)高速焊接时出现的咬边、驼峰等成形缺陷,以及焊接效率低等问题,提出采用双TIG焊接工艺,可有效提高焊接速度,改善焊缝成形的解决措施。同时采用ABAQUS对两种焊接方法建立焊接热弹塑性有限元模型,对比分析焊接温度场和焊后残余应力分布,并进一步对焊接TA2薄壁钛管进行显微组织分析及力学性能测试。试验结果表明:模拟所得的两种接头的焊缝轮廓尺寸与实际接头相近,双TIG焊接时焊缝中心温度低于TIG焊接,且双TIG焊缝附近Von Mises应力大于200 MPa的宽度小于TIG焊缝,焊后稳态时焊缝中心的Von Mises应力相近。双TIG焊缝中心及热影响区显微组织比TIG焊细小,两种接头的各项力学性能和耐海水腐蚀性能均满足相关标准要求。φ19 mm×0.7 mm的TA2钛管在获得良好焊缝成形的条件下,采用双TIG焊接工艺的焊接速度可达5 m/min。与TIG焊接工艺相比,生产效率大为提高,基本实现焊缝零缺陷。