焊接专业工程实践教育与学生创新能力培养改革

创新是一个民族进步的灵魂,加快建设创新型国家已经成为我国的一项重要战略目标,加快创新型人才培养也成了高校的迫切任务。创新教育的基础是实践,工程实践教育是高等工程教育的重要基础,工程实践教育和大学生的创新能力培养密不可分,也是培养卓越人才的关键。通过分析南昌航空大学和重庆科技学院焊接专业在联合培养"卓越焊接工程师"的过程中存在的问题,探索了"交替式产学合作教育"和"课堂理论教学与企业现场实践训练同步进行"的工程实践教育新模式,以实现工程实践教育4年不断线;通过构建面向大学生创新能力培养的多维平台,实施开放式实验教学,结合课外科技创新活动,培养学生的创新能力。

弧焊机器人虚拟示教编程系统

以MOTOMAN-UP20弧焊机器人为研究对象,建立了基于ROTSY的弧焊机器人虚拟示教编程系统。介绍了该系统的组成和虚拟示教编程的详细过程。采用客户/服务器通信模式,通过以太网实现了弧焊机器人的远程控制。对马鞍形焊缝轨迹进行动态仿真,结果表明该系统是可行的,通过虚拟示教功能可以实现焊缝路径的规划和机器人程序的自动生成。

基于VC++的弧焊机器人离线编程系统设计

针对MOTOMAN-UP系列机器人,在PC机的Windows平台上利用VC++开发了弧焊机器人离线编程系统。介绍了该系统的组成、功能及其设计方法。该系统能对任意马鞍形工件规划出焊枪的运动路径与姿态,且按比例同步显示工件;集成了机器人通信模块和运动学仿真模块,并自动导入工件,不仅能单步生成作业指令,而且可自动生成作业文件;采用OpenGL技术建立三维工件模型,实现工件的显示、旋转、缩放等功能。通过以太网,对PC机中的作业程序和机器人控制器中的作业程序进行相互传输,实现了弧焊机器人的离线编程及远程控制。

基于DSP的高速CO_2焊波控系统设计

为满足弧焊机器人高速CO2焊的要求,在逆变电源的基础上,以DSPIC30F6010数字信号处理器为核心,采用自适应模糊PI控制方法,设计一种用于CO2焊的波形控制系统.在短路阶段对电流上升速率采用双斜率波形控制,以减小焊接飞溅;在燃弧阶段,采用电弧恒功率控制,若电弧电压超过设定的极限值,系统则切换为恒压控制,从而有效地控制电弧能量,改善焊缝成形,提高机器人高速CO2焊的焊接质量.

铝/镁搅拌摩擦焊-钎焊焊接接头微观组织结构

目的研究不同工艺参数下钎料Zn的添加对Al/Mg异种金属搅拌摩擦焊-钎焊焊接接头组织和性能的影响。方法以厚度为0.05 mm的纯Zn作为钎料,对3 mm厚的2A12-T4态铝合金和4 mm厚的AZ31变形镁合金,进行搅拌摩擦焊-钎焊的复合焊接,分析锌夹层的添加对接头微观组织与力学性能的影响。结果当添加Zn中间层时,接头钎焊区缓解了拉伸断裂趋势,在焊接速度为23.5 mm/min,旋转速度为375 r/min时,接头抗拉剪力达到5.5 k N,复合焊接接头的钎焊焊缝由搭接区、固相扩散区、钎焊区组成。结论钎料的添加有效阻止了Al-Mg系金属间化合物的形成。

铝合金超声辅助搅拌摩擦焊接接头组织性能研究

目的探究超声振动对铝合金搅拌摩擦焊的作用效果。方法分别采用普通搅拌摩擦焊和超声辅助搅拌摩擦焊方法,对7075铝合金进行焊接试验,并对焊接接头的微观组织、力学性能、断口形貌进行分析。结果普通搅拌摩擦焊焊缝中生成了隧道型缺陷,施加超声振动后,缺陷消失,形成了无缺陷的良好接头,且与普通搅拌摩擦焊相比,超声辅助搅拌摩擦焊焊缝热影响区晶粒长大程度较小,焊核晶粒细化。接头强度明显提高,达到铝合金母材强度的71.5%,接头断裂模式为韧窝和准解理的混合断裂形式。结论超声振动促进了塑性金属的流动,能有效抑制孔洞、隧道型缺陷等的形成,同时超声振动能在提升金属塑性的同时,降低焊缝的热输入。

电弧增材制造航空钛合金构件组织及力学性能研究现状

航空航天领域通常将钛合金作为承力结构件使用,对其性能和可靠性都有很高的要求,大型结构件的整体化制造是实现这些需求的有效途径。电弧增材制造技术因效率高、成本低、致密度高,在制备大型结构件方面具有一定优势。综述了国内外电弧增材制造钛合金组织的研究现状,介绍了改变形核条件以及引入轧制、超声等外场辅助技术调控后所得的电弧增材制造钛合金组织。对电弧增材制造钛合金的拉伸性能和疲劳性能进行了综述,总结了拉伸性能和疲劳性能的特点及断裂的原因。最后,对航空航天用钛合金电弧增材制造的组织及力学性能的关系进行了分析,并且对两者的调控前景进行了展望。

电子束焦点位置对TC4板材焊接接头显微组织的影响

目的针对厚板TC4合金真空电子束焊缝组织不均匀的问题,通过改变不同焦点位置,分析焊接接头显微组织特征。方法采用真空电子束对厚度为20 mm的TC4板进行对接试验,用光学显微镜和显微硬度计对焊缝不同位置的显微组织进行观察与分析。结果采用表面聚焦时,可获得成形良好的"I"型焊缝;焊缝显微组织由柱状β相转变组织组成;表面聚焦状态下电子束流密度大,气孔较少,截面成形最好;接头显微硬度沿熔深方向上呈梯度分布,接头底部显微硬度最高,顶部硬度最低。结论不同聚焦状态下焊缝中部晶粒存在较大差别,表面聚焦晶粒最为细小。接头沿熔宽方向上的显微硬度呈"W"型分布,沿熔深方向呈梯度分布。

焊接速度对Mg/Cu异种合金搅拌摩擦焊接接头成形的影响

目的研究不同焊接速度条件下镁铜异种合金搅拌摩擦焊接接头的成形规律。方法在保证其他焊接工艺相同的条件下,通过改变焊接速度,比较分析了焊接速度对接头的表面成形、横截面形貌特征、微观结构及力学性能的影响规律。结果随着焊接速度从118 mm/min减小至95 mm/min时,焊缝表面成形变得更光滑,飞边显著减少,内部孔洞缺陷消失,焊缝成形质量显著提高;但继续减小焊接速度至75 mm/min时,焊缝内部却再次出现孔洞缺陷。结论采用工艺参数为950 r/min的旋转速度、95 mm/min的焊接速度焊接时,焊缝成形质量最高;中心混合区主要由层片状铜合金、颗粒状镁合金和金属间化合物Mg2Cu组成;接头抗拉强度最大,达81.5 MPa。

铂电阻传感器引线与不等直径异质多股导线连接新技术及焊接装置

目的开发一种能实现多股导线与微细丝稳定、可靠连接的新方法及相关装置。方法选用直径为0.2mm、材料为镍丝的铂电阻引线与直径约0.5 mm、材料为铜丝的多股导线进行实验,分别用常规电阻钎焊方法和本研究提出的精密电阻钎焊方法进行焊接。开展焊接工艺实验,研究工艺参数对焊接成形的影响,并获得优化工艺参数;用精密拉伸实验机对采用不同方法和不同工艺参数获得的焊接接头进行拉剪力测试,研究焊接方法和工艺条件对接头拉剪力的影响规律,对不同条件下获得的焊接接头的微观组织结构进行分析,研究其与工艺的相关性。结果采用常规焊接方法得到的焊接接头,平均抗拉力为21 N,强度系数为84%,但缺陷过多,成形差。采用精密电阻钎焊方法得到的焊接接头,平均抗拉力为23 N,强度系数为92%,表面成形及性能均达到要求。结论提出的精密电阻钎焊方法,操作简单,焊接质量稳定,焊接效率高,实现了铂电阻引线和多股导线的良好连接。

汽车轮辋用钢搅拌摩擦焊接头组织及力学性能

目的为搅拌摩擦焊在轮辋钢的应用提供理论数据。方法选用厚度为4.5mm的江铃汽车V362轮辋钢板B380CL,采用不同的焊接参数,获得搅拌摩擦焊接头,对焊缝宏观成形及微观组织进行分析,研究焊接参数对组织的影响;通过进行拉伸试验和硬度测试,分析焊接参数对焊接接头性能的影响;对接头焊缝进行X-Ray无损探伤。结果当搅拌头旋转速度为950 r/min,焊接速度分别为37.5, 47.5, 60 mm/min时,均能形成焊接接头。焊接速度为47.5 mm/min时,焊缝宏观成形较好,微观组织无缺陷,微观组织为铁素体和珠光体,抗拉强度最高,超过母材;焊接接头各区域微观组织硬度较母材高,伸长率较焊接速度为37.5mm/min时的接头高。结论搅拌摩擦焊实现轮辋钢的对接,该研究中旋转速度950r/min,焊接速度47.5 mm/min为最佳工艺参数,接头抗拉强度超过母材。

CMT电弧增材制造Cu-Ni-Al-Mn-Fe铝青铜合金微观组织性能研究

目的研究冷金属过渡技术(Cold metal transfer,简称CMT)增材制造Cu-Ni-Al-Mn-Fe铝青铜合金的微观组织成形规律。方法采用CMT电弧增材的方式制备了Cu-Ni-Al-Mn-Fe铝青铜合金的薄壁试样件,研究了试样件在不同位置、不同方向的微观组织。结果 CMT电弧增材制造Cu-Ni-Al-Mn-Fe铝青铜合金的微观组织分为3个区域,前3层的不稳定区域主要是由基材树枝晶到柱状晶的转变区域;第3层到最后一层的稳定区域主要是外延生长的柱状晶区;在最后一层靠近空气侧约360μm厚度范围内,出现转向枝晶。交替往复电弧增材的Cu-Ni-Al-Mn-Fe铝青铜合金,在每层顶部均会形成转向枝晶,但随后新一层电弧增材的熔池会熔化顶部形成的转向枝晶,最终在微观组织形貌上表现出柱状晶外延生长的形式。结论通过控制合适工艺参数,可以获得致密无缺陷的CMT电弧增材制造Cu-Ni-Al-Mn-Fe铝青铜合金薄壁试样,在试样的稳定区域,微观组织是外延生长的柱状晶,柱状晶的晶界上Al,Ni,Mn元素产生富集现象,质量分数高于平均值。在柱状晶的晶内,Cu元素高于均值,而Al,Ni,Mn元素质量分数均低于均值,这与柱状晶的形核顺序有关。

高速CO_2焊电弧能量检测与分析

设计了焊接电弧动态参数的检测系统,对CO2焊短路过渡中的电弧电压及焊接电流进行实时采集,使用Matlab软件统计分析电弧能量。在不同焊接速度下,对CO2焊的各个过渡阶段的电弧特性进行分析,研究电弧能量与熔滴过渡稳定性之间的关系。试验结果表明,通过对短路过渡过程中各个不同阶段的输入能量的控制,可提高焊接过程的稳定性,实现CO2焊的高速化。

纠偏技术在弧焊机器人路径规划中的应用

基于OpenGL技术开发的MOTOMAN-UP20弧焊机器人离线编程系统在实际焊接过程中存在较大的位置误差,为解决此问题,提出了一种实时纠偏方法。该方法首先通过最优路径规划减小位置误差,然后利用计算机输出实时纠偏信号来修正机器人运动轨迹,从而减小机器人运动系统产生的各种误差。实验结果表明,该方法能有效提高机器人运动轨迹的精确度,从而提高焊接质量。

LF2/LD7铝合金管板高频感应钎焊工艺研究

目的为高频感应钎焊在LF2/LD7铝合金管板焊接应用中提供理论基础。方法选取内径为8.6 mm、壁厚为1 mm的LF2铝合金管和厚度为5 mm的LD7铝合金板,采用高频感应钎焊焊接异种铝合金管板结构。焊接过程中对比添加或不添加碳棒辅助的情况,研究不同钎焊参数下的钎焊接头微观组织和显微硬度,分析碳棒辅助对高频感应钎焊的影响,利用EDS分析钎缝不同组织元素含量。结果最佳工艺参数为:距离D=7 mm,电流I=28 A,加热时间t=80~140 s。当电流增至I=35 A,其他焊接参数不变,添加碳棒辅助可以改变管板形貌,明显降低管烧损程度,组织低熔共晶体含量增多,晶粒细小。结论钎焊接头成形较好,钎缝区组织显微硬度高于母材区组织硬度,钎缝区元素出现偏聚现象。

基于CMT技术的铝合金电弧增材制造研究现状

由于铝合金的应用领域较为广泛,使其增材制造技术成为了研究热点。CMT技术作为一种新型焊接工艺,焊接过程中弧长控制较为精确,其热输入量小、飞溅少等工艺特点非常适合铝合金等低熔点金属的增材制造,因此,铝合金CMT增材制造技术成为了近年来国内外各研究机构的研究热点。从控形控性的角度分析了国内外相关研究机构的研究方向,重点综述了焊接速度、送丝速度、CMT工艺等工艺参数和热处理对成形件形貌及性能的影响,同时概述了铝合金CMT电弧增材制造中尺寸控制、组织性能、气孔缺陷等方向的研究工作。借此指出,基于CMT技术的铝合金电弧增材制造技术的相关研究工作仍主要聚焦于试验研究阶段,并未深入到成形机理的探究。该领域的研究工作应更深入、系统地从成形尺寸精度控制、控制气孔缺陷、组织演变规律及性能优化等角度展开,力求加速推进该技术在现代制造业的应用。

铜合金增材制造技术研究进展

增材制造技术的迅速发展,给铜合金制造技术提供了新的发展动力。主要综述了近年来国内外不同铜合金增材制造工艺的方法,分析了增材制造研究过程中遇到的增材制造试样晶粒易粗大、易形成裂纹及易引入杂质等问题,对比了不同增材制造工艺方法下,制备的铜合金试样的微观组织和力学性能。在此基础上,着重综述了铜合金增材制造技术研究在不同增材制造工艺方法方面的进展,并对增材制造试样与传统铸造试样的微观组织和力学性能进行对比。最后,对铜合金增材制造技术研究进展进行总结,并对其发展前景和发展方向进行展望。

电子束修复IC10高温合金熔覆层组织分析

目的研究沉积速度对IC10熔覆层显微组织、显微硬度的影响以及界面的结合特征。方法采用真空电子束填丝焊对IC10镍基单晶高温合金进行修复试验,采用XJP-2C型倒置光学显微镜观察熔覆层OM图像,能谱仪(EDS)测定各区域元素分布情况,401MVD型数显显微硬度计测量接头显微硬度。结果在熔覆层上部出现等轴晶区和转向枝晶区,当沉积速度为220 mm/min时,熔覆层底部中心线左侧为取向一致的柱状晶,右侧为等轴晶;当沉积速度增加至300 mm/min时,底部等轴晶全部由柱状晶所取代。当沉积速度为220 mm/min时,熔覆层与基体区的显微硬度值基本相同;当沉积速度增加到300 mm/min时,熔覆层的显微硬度值最小。结论随着沉积速度的增加,熔覆层横截面底部柱状晶数量明显增多,而等轴晶数量明显减少,最后全部由柱状晶取代,同时熔覆层的显微硬度值呈递减趋势。此外,在沉积速度为260 mm/min时,结合面实现了良好的冶金结合。

热输入量对HVOF铁基非晶涂层制备及性能的影响

目的以FeCoCrMoCBYS非晶粉末为喷涂材料,采用几组不同的热输入量,使用超音速火焰喷涂(HVOF)制备成铁基非晶涂层,通过对涂层性能进行分析,研究热输入量对涂层的影响。方法通过调整煤油流量和氧气流量两个参数来控制喷涂时的热输入量。分别利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射分析仪(XRD)、差示扫描量热仪(DSC)、维氏显微硬度计等设备,研究热输入量对涂层显微组织和显微硬度的影响,并通过电化学工作站测试涂层在1 mol/L FeCl_2溶液中的极化曲线进而分析其耐蚀性能。结果不同热输入量下制备的涂层均具有较高的非晶含量。保持其他参数不变,随着热输入量的增加,涂层变得更加致密,孔隙率最小达到1.56%。涂层显微硬度先增大后减小,涂层横截面中部位置硬度大于表面和接近基体位置。结论当热输入量达到6.4×10~5 J时,非晶含量高达96.7%,自腐蚀电流密度低,耐腐蚀性最好。

铝合金厚板搅拌摩擦焊焊缝金属流动行为研究进展

搅拌摩擦焊接过程中,焊缝成形与金属流动行为密切相关,而金属流动又取决于焊接工艺参数、搅拌头形貌、材料本身性能及温度场分布等影响因素。与铝合金薄板搅拌摩擦焊不同,厚板焊接时焊缝上部、下部温差太大,导致焊缝材料流动形态发生较大变化。基于焊缝成形理论,从焊缝金属流动分析方法、影响因素出发,分析厚板搅拌摩擦焊焊缝金属流动形态及特征,探讨焊缝中疏松、未焊透、包铝伸入、弱连接等缺陷的形成原因,揭示厚板搅拌摩擦焊焊缝成形机理。研究结果为铝合金厚板搅拌摩擦焊焊接技术在航空、航天等高科技领域的广泛应用提供科学依据和理论基础。