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).

非理想相贯焊缝自动化焊接的运动控制研究

为了实现对加工装配存在误差的大构件相贯焊缝的多层多道自动化焊接,在介绍四轴联动焊接机器人结构及工作原理的基础上,建立了集斜交、偏置的通用相贯焊缝数学模型,提出一种连续控制焊枪位置参数及姿态调整值的计算方法,利用关键点示教+分段空间圆弧插补确定焊枪位置,主法面二分角法给出焊枪姿态,最后采用PC机+运动控制卡的方式构成伺服控制系统,驱动电机执行运动控制算法。该运动控制算法通用性较强,对管管焊缝工程化应用具有重要的参考价值。

先进功能材料钎焊连接研究进展

以复相陶瓷、纤维增强陶瓷基复合材料以及热电材料为例,从钎料成分设计、钎缝界面组织调控、接头残余应力缓解以及钎焊接头性能评测等角度,讨论了近年来发表的研究成果。结果表明,在钎料中添加活性元素以及对母材表面改性的方法,能够有效改善钎料润湿性和界面结合强度;对于界面元素扩散以及母材过渡溶解的问题,可以设计制备复合钎料或阻隔层进行解决;接头残余应力的大小受材料热膨胀系数差异的影响较大,目前已提出了多孔中间层、梯度复合层以及母材表面机械加工等多种创新方法,但研究成果的应用仍停留在小尺寸样件,对于缓解大尺寸接头的残余应力问题仍有待解决。最后对相关研究方向进行了总结和展望,期望推动航空航天构件连接的发展进程。

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.

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。

铋酸盐封接玻璃的研究及其连接应用现状

无铅低温封接玻璃由于具有绿色安全、成本低、封接温度低等优势,被广泛应用于航空航天、电真空、集成电路等领域。在磷酸盐、钒酸盐、硼酸盐和铋酸盐等多种封接玻璃体系中,因铋与铅具有相似的性质特点,使得铋酸盐玻璃成为最有可能替代铅酸盐玻璃的绿色玻璃钎料。综述了铋酸盐玻璃的成分和性能调控、网络结构的研究现状,介绍了目前使用铋酸盐封接玻璃进行金属、陶瓷同质/异质材料连接的研究进展,最后对未来的发展趋势进行了展望。

中间层对GH5188高温合金TLP扩散焊接头的影响

通过自主研发制备了三种不同W含量KCo7、KCo8、KCo9中间层,采用X射线衍射仪(XRD)、差示扫描量热仪(DSC)对中间层进行表征,并在1180℃保温60 min的条件下进行GH5188高温合金真空瞬间液相扩散焊试验验证;分别研究了中间层厚度以及不同中间层接头显微结构及力学性能的影响。结果表明:当KCo7中间层厚度为20μm时,接头存在大量未焊合缺陷,室温抗拉强度仅有568 MPa;当KCo7中间层厚度增加至40μm时,焊缝填充良好,室温抗拉强度达到941.3 MPa。此外,随着中间层中W含量由0增加至8%(质量分数)时,焊缝中心富W的M_6C析出量明显增加,室温抗拉强度先上升后下降。其中,采用厚度为40μm的KCo8中间层获得的接头具有最高的室温抗拉强度1033 MPa,且断裂发生在母材区。

基于变速GTAW焊接温度场解析模型的熔深预测研究

焊接热过程解析模型是一种能够直观反映焊接过程中工件内部的热行为、明确焊接工艺参数与熔池形貌间的物理关系、快速计算得到熔深的方法.目前常用的焊接温度场解析模型通常将电弧近似为一个功率恒定的匀速运动热源进行计算,而非参考实际焊接过程,即通过实时调整焊接热输入(焊接电流或焊接速度)来保证熔透.因此,目前的焊接温度场解析模型并不适用于焊接熔透控制.为了使解析模型能够计算时变速度下的熔深,本文针对钨极氩弧焊(GTAW)工艺建立了适用于计算时变焊接速度的焊接温度场解析模型.首先以匀速移动点热源的温度场解析模型为基础,推导出了时变焊接速度移动点热源在热源作用时间内引起的温度变化公式,通过连续性证明验证了公式的连续可积性并进一步推导出了适用于时变焊接速度运动单椭球热源的焊接温度场解析模型.为了提高计算速度,减少计算量,采用坐标变化方法实现了热源及其附近温度场的快速求解.基于数值积分法得到了解析模型求解方法,实现了熔池温度场的准确计算,并通过提取等温线实现了熔深和熔宽的预测.最后,通过工艺试验验证了解析模型的精度.结果表明:在0~4 s阶段,计算熔深基本与实际测得的熔深相同,误差控制在6%以内;在速度发生改变的4~16 s阶段,由于热源系数不再适用,计算误差增大,但熔深计算误差仍控制在17%以内,熔宽计算误差在12%以内.因此,建立的焊接温度场解析模型基本可以满足时变速度下的熔深预测.

真空热轧连接技术及应用

许多异种金属焊接结构,由于材料本征属性差异大,无法直接熔焊连接。利用真空热轧制备异种金属复合结构是工程适应性最佳方案。文中介绍了真空制坯和真空无制坯两种热轧方法的技术原理及其研究现状,并分析了两种方法的技术差异。文中为异种金属结构连接提供了有效的途径。

2014年全国计算机辅助焊接工程学术研讨会在哈尔滨成功举办

为了进一步促进和推动计算机与信息技术在焊接领域的应用，交流和研讨现代焊接技术在“绿色、高效、节能、优质”高端工艺与装备方面的最新成果和发展动向，哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室和中国焊接学会计算机辅助焊接工程专业委员会于2014年7月29～30日在哈尔滨银河大酒店联合举办了“2014年全国计算机辅助焊接工程学术研讨会”。来自国内高等院校、科研院所、科技企业与制造业的120余位专家学者、工程技术人员和研究生参加了会议。

飞机壁板先进焊接技术应用现状

整体机加壁板由于其生产效率低、材料利用率低等原因，目前在民用飞机制造中使用越来越少。相对于目前大量使用的铆接壁板而言，焊接壁板具有诸多优点，它不仅能极大地减轻构件的重量，同时具有良好的气密性，并能减少装配工作量，提高生产效率。

连接温度对TiAl/Ti_3AlC_2扩散焊接头界面结构及性能的影响

采用Ti/Ni复合中间层实现了TiAl合金和Ti3AlC2陶瓷的扩散连接,利用SEM,XRD等分析方法对接头界面结构进行了分析.结果表明,TiAl/Ti3AlC2接头典型界面结构为TiAl/Ti3Al+Al3NiTi2/Ti3Al/α-Ti+Ti2Ni/Ti2Ni/TiNi/Ni3Ti/Ni/Ni3(Ti,Al)/Ni3Al+TiCx+Ti3AlC2/Ti3AlC2.随着连接温度的升高,TiAl/Ti界面处的Tiss层逐渐减小,Ti3Al化合物层逐渐变厚;TiNi化合物层厚度显著增加,Ti2Ni和Ni3Ti层厚度基本保持不变.接头抗剪强度随连接温度升高先增加后减小,当连接温度为850℃时,接头的抗剪强度最高可达到85.3 MPa.接头主要在Ni/Ti3AlC2界面及Ti3AlC2基体处发生断裂.

焊接与连接领域科学基金资助浅析与发展趋势

介绍了焊接与连接领域国家自然科学基金2018年度的申请情况,并分析了该领域近三年的资助情况和资助项目成果情况及热点研究方向.对焊接新方法、新技术与新原理、界面冶金行为与调控机制、焊接结构设计与可靠性评估、电弧增材制造形性调控机制等方向的基础科学问题进行了梳理,探讨了未来重点发展方向.

先进材料与异种材料电子束焊接研究进展

电子束焊接是近年来飞速进步、蓬勃发展的一种先进连接技术,随着技术工艺的日益成熟,其在工业领域的竞争力也日渐增强,已为工业部门所广泛接受.文中综述了电子束焊接在高温钛合金、高温合金、难熔金属、金属间化合物等先进材料与各类互相固溶的、难以互溶的异种材料连接方面的研究现状,对国内外在焊接缺陷控制、焊接工艺优化、焊接机理研究等方面取得的典型研究成果进行了简要介绍,并从中概括总结了先进材料与异种材料电子束焊接的具体问题,归纳阐述了先进材料与异种材料电子束焊接中所采用的能量控制与冶金调控等特色技术方法.

工业4.0语义下智能焊接技术发展综述

"工业4.0"的提出为制造业的发展注入新的活力,并引发全球制造业智能化、信息化、网络化升级。在基于信息物理系统(CPSs)智能制造的发展热潮下,智能焊接技术是当前热点问题。介绍了信息物理系统、工业产业链等相关概念,解释了基于制造业产业链的"工业4.0"的内涵。以历次工业革命为背景,阐明了焊接技术的发展脉络。通过对信息物理系统架构的分析,提出了智能焊接技术在各个层次中的关键技术,并对该领域的发展趋势进行了展望,对智能焊接更好的发展具有指导意义。

先进功能材料钎焊连接研究进展

以复相陶瓷、纤维增强陶瓷基复合材料以及热电材料为例,从钎料成分设计、钎缝界面组织调控、接头残余应力缓解以及钎焊接头性能评测等角度,讨论了近年来发表的研究成果.结果表明,在钎料中添加活性元素以及对母材表面改性的方法,能够有效改善钎料润湿性和界面结合强度;对于界面元素扩散以及母材过渡溶解的问题,可以设计制备复合钎料或阻隔层进行解决;接头残余应力的大小受材料热膨胀系数差异的影响较大,目前已提出了多孔中间层、梯度复合层以及母材表面机械加工等多种创新方法,但研究成果的应用仍停留在小尺寸样件,对于缓解大尺寸接头的残余应力问题仍有待解决.最后对相关研究方向进行了总结和展望,期望推动航空航天构件连接的发展进程.

高氮钢连接技术研究进展

高氮钢具有高强度、高韧性、耐磨损和耐腐蚀等独特优势,相关连接件已广泛用于医疗仪器和采矿器械等领域.主要对近年来国内外有关高氮钢钨极气体保护焊、熔化极气体保护焊、激光焊与激光复合焊、搅拌摩擦焊和钎焊技术研究报道进行详细综述.根据熔焊、固焊、钎焊3大分类,从保护气体、热输入、工艺参数等方面系统评述现有各类高氮钢焊接方法与工艺调控,并介绍了医疗器械、石油钻铤、装甲防护领域国内高氮钢材料的应用现状,最后指出现有高氮钢连接体系研究中存在的不足及展望,期望对高氮钢焊接、高强材料功能性连接等相关领域研究和应用提供参考信息和理论依据.

激光焊接过程的熔池动态行为研究

文中首先采用高速摄像在线监测系统对激光自熔焊、激光填丝焊熔池动态行为进行分析,并对焊缝成形进行对比分析,进一步采用数值模拟的方法对激光自熔焊、激光填丝焊填充金属作用下的焊接熔池动态行为进行对比分析.研究结果表明,激光自熔焊匙孔壁后方熔池表面附近出现由匙孔开口处向熔池尾部流动的情况,在匙孔开口后方出现了金属隆起,金属的隆起尺寸较大,激光自熔焊焊缝成形较差,表面有凹坑出现.激光填丝焊匙孔壁后方熔池表面出现由匙孔开口处向熔池尾部流动的情况,但在其下方出现由熔池尾部回流向匙孔的流动,虽然也会产生焊接飞溅,但焊接飞溅的尺寸相对较小,而且由于液态金属的填充作用,焊缝表面不易出现下凹的缺陷,焊缝成形良好.与激光自熔焊相比,液态熔滴进入熔池后,匙孔壁后方的熔体流动速度波动程度明显增大.

外加磁场辅助激光焊接的研究现状及展望

作为一种易于添加又便于实施的外加能场,磁场被引入激光焊接过程中,会改变带电流体的流动状态,对等离子体形态、熔滴过渡、熔池流动及匙孔行为产生影响,进而对焊缝成形组织、接头性能及焊接过程稳定起到促进及改善作用。通过归纳国内外磁场辅助激光焊接的研究成果,总结了外加磁场对激光焊接的作用机理,及其对激光焊接过程特征及接头组织、缺陷及性能的影响规律,并对磁场辅助激光焊接的未来发展进行了展望。

铌合金与不锈钢异种金属焊接技术研究进展

铌与不锈钢作为重要的结构材料,在航空航天领域得到广泛应用。然而,二者焊接时容易生成脆性金属间化合物且接头内部焊接残余应力大,容易引发接头开裂。本文针对铌合金与不锈钢焊接的研究现状,综述了目前铌与不锈钢主要连接方式:爆炸焊、钎焊和熔焊等。爆炸焊和钎焊虽然能够抑制焊接裂纹,但爆炸焊接复杂的焊接工艺和钎焊较低的接头强度难以满足铌/不锈钢复合结构的应用需求。熔化焊接接头残余应力大,焊缝内部存在较多脆性Nb-Fe金属间化合物,导致接头力学性能较低。针对上述问题对铌合金与不锈钢熔化焊接进行了展望:开展有限元模拟工作指导焊接工艺优化,向焊缝中引入第3组元改善铌与不锈钢的焊接性并探索合理的热处理工艺提高接头强度。