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。

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。

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.

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。

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.

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。

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。

7150高强铝合金自支撑搅拌摩擦焊接头成形与组织研究

为解决高强铝合金搅拌摩擦焊(friction stir welding,FSW)背部需刚性支撑的问题,设计了自支撑搅拌摩擦焊分体式焊具,由上轴肩、搅拌针和下支撑体组成。采用下支撑体的结构设计可以进行7150-T77511铝合金的无垫板支撑FSW,并消除了传统FSW背部的弱连接缺陷。通过焊接工艺参数优化,当转速为550 r/min,焊接速度为500 mm/min时,焊缝成形良好,无内部缺陷。焊缝横截面组织呈“哑铃”形,工件上下层分别受上轴肩和下支撑体作用产生上焊核区和下焊核区,这两个区域的晶粒尺寸相近,相比焊核区晶粒更细小。

核反应堆压力容器低合金钢与奥氏体不锈钢异种金属焊接研究现状

核电反应堆压力容器是核电站的核心设备之一,其安全性和可靠性对核电站的运行至关重要。在压力容器的制造中,涉及到低合金钢与奥氏体不锈钢的异种金属焊接。针对该异种金属焊接接头存在的组织不均匀性、元素扩散、应力腐蚀裂纹等问题,从焊接填充材料的选择和优化、可能应用的焊接方法、焊后热处理及工艺控制等方向探讨了解决措施与发展方向。为提高此类接头质量和可靠性的研究提供参考,从而确保核电站的安全运行。

CuCrZr/Inconel 625异种材质合金管激光焊接工艺与接头界面组织性能

对CuCrZr与Inconel 625异种材料合金管进行激光对焊试验,观察分析各组试样的接头形貌、微观组织、化学成分以及力学性能分析,试验结果表明,在1100~1300 W的激光功率,+20 mm的离焦量以及14.5 mm/s的焊接速度,20 L/min的99.9%Ar气保护时焊缝成形良好,可实现Inconel 625/CuCrZr管的全位置焊接,焊缝内部缺陷较少,但随着焊接功率的增加焊缝下塌现象明显;Inconel 625/CuCrZr焊缝与母材连接界面元素过渡明显,由于Ni元素,Cu元素互溶,在焊缝内部主要以富Ni的Ni/Cu固溶体存在,在激光焊接过程中CuCrZr母材受激光搅拌作用,有部分铜母材被“卷入”焊缝内,待工件冷却后保留在焊缝内部;Inconel 625/CuCrZr管激光焊接接头抗拉强度较高,晶粒粗大的CuCrZr的热影响区位置是主要断裂位置,断裂形式以韧性断裂为主.

采用电镀镍/铜中间层TLP扩散连接TC4钛合金

采用电镀镍/铜中间层实现了TC4钛合金瞬时液相扩散连接,采用配备有能谱探测器的扫描电子显微镜和X射线衍射仪对接头的微观组织进行分析,并结合Ti-Cu和Ti-Ni二元相图阐明了反应机制。结果表明,瞬时液相扩散连接接头的典型界面组织为TC4/α-Ti+Ti_(2)(Cu,Ni)/Ti_(3)Cu_(4)+TiCu+Ti_(2)(Cu,Ni)/α-Ti+Ti_(2)(Cu,Ni)/TC4。随着连接温度的升高,接头中央反应区Ti_(3)Cu_(4)相、Ti Cu相和高Al、V含量的Ti_(2)(Cu,Ni)相消失,而Ti_(2)(Cu,Ni)相宽度大大减小,同时条块状Ti_(2)(Cu,Ni)相开始呈现细小的羽毛状或枝晶状。当温度达到960℃时,接头组织基本一致,接头中元素实现充分均匀化。在此期间,接头室温抗拉强度和剪切强度均逐渐增大,在960℃时达到最大抗拉强度519 MPa和最大剪切强度195 MPa。

陶瓷/金属连接界面残余应力缓解策略研究

随着服役环境恶劣化和加工制造复杂难度增加,对陶瓷/金属异质结构综合性能提出了更高的要求。目前钎焊技术被广泛应用于陶瓷与金属异质材料连接,而二者焊接接头残余应力缓解难题非常棘手。残余应力对陶瓷/金属连接性能有极大影响,其大小受多种因素影响,因此系统概述陶瓷与金属焊接残余应力状态与分布规律,从工艺参数优化、施加中间层、复合钎料和表面结构设计4种缓解途径进行系统评述,最后展望了未来陶瓷/金属异质结构残余应力研究面临的机遇和挑战。

火箭贮箱焊接缺陷修复技术研究现状

贮箱作为运载火箭的重要组成部件,其在服役时承受着振动、突风与冲击等随机载荷,保证箱体结构的可靠连接尤为重要。在实际生产中,焊接处的缺陷既破坏了接头的连续性,降低了其有效承载面积,又造成了局部的应力集中,从而直接降低火箭的可靠性。因此,针对焊接缺陷的修补是必要的。重点介绍了国内外几种常用的贮箱箱体焊接缺陷修补技术,从不同修补技术的特点入手,回顾了其发展应用过程,对其应用对象、修补后性能提升效果等进行分析。系统地总结了不同修补方法的现存问题,对未来贮箱焊接结构缺陷修补技术的发展方向进行了展望。

中国机械工程学会焊接学会钎焊及特种连接专业委员会发展历程

1历届专委会组成情况 钎焊及特种连接专业委员会自1978年成立以来，至今已有九届。每届专委会的任期时间为4-5年，专委会的主要发展历程如下：

基于超声TOFD法的焊接缺陷横向定位检测技术

针对焊缝余高存在时,超声衍射时差法(time of flight diffraction,TOFD)B扫描可达性受限这一问题,提出了双椭圆法及纵横波复合法两种缺陷横向位置无损检测方法。根据探头和缺陷位置的几何关系,建立了缺陷定位测量的数学模型,利用确定的缺陷定位算法,分别对人工缺陷和焊接缺陷进行了定位检测。结果表明,双椭圆法在缺陷定位测量精度和操作实施过程上要优于纵横波复合法;采用双椭圆法,人工缺陷的埋藏深度及横向位置的平均测量误差分别为0.5和0.3 mm;焊接缺陷的埋藏深度及横向位置的平均测量误差分别为0.6和0.4 mm。所提方法克服了由于焊缝余高的存在,传统超声TOFD法B扫描不可达的问题,并为缺陷在焊缝中的横向位置检测提供解决办法。

新工科背景下高效焊接方法课程教学创新改革的思考与实践

基于对高效焊接方法课程定位、学情和课程问题的分析,梳理了该课程的教学短板问题,包括基础衔接、实践加强、创新培养、学用结合、知识延展和授课形式六方面;该文围绕教学短板问题,总结课程的教学创新思路,创新教学过程从而培养设计思维,加强思政建设从而引领思维培养;归纳适合于理论与实践相结合的教学方法,包括研讨式、案例式、双语式与场景式4类教学方法,并探索各类教学方法与教学过程的集成路径;建立基于教学成效与教学过程双重评价的学生考评机制,并以学生学习成效为引领进行教学创新不断优化;最后,分析教学创新成效,并探讨该课程教学创新成果对兄弟院校同门课程及专业内同类课程的推广价值。

Q960E超高强钢焊接接头组织和性能研究

目的对Q960E超高强钢的焊接工艺进行研究以获得高强高韧的焊接接头。方法选择超高强钢Q960E作为母材、FK1000ER120S–G焊丝作为填充材料进行MAG焊,采用改变焊接电流的方式来研究焊接热输入对焊接接头组织和性能的影响。结果当焊接电流为155~230 A时,均获得了全焊透无明显缺陷的焊缝。随着焊接热输入的增大,焊接接头中各亚区宽度增大,其中焊缝区变化最为显著,在最小热输入条件下焊缝宽度为3.98 mm,在最大热输入条件下焊缝宽度增至5.53 mm。对焊接接头进行组织分析发现,焊缝组织主要为针状铁素体和板条马氏体;完全相变区组织主要为板条马氏体;未完全相变区组织主要为回火马氏体和部分重结晶形成的马氏体。硬度测试表明,在热影响区的回火区发生了软化现象,最低硬度仅为290HV;在完全相变区发生了硬化现象,硬度最大值可达500HV。在不同热输入条件下,焊接接头各亚区硬度变化趋势一致,焊接接头抗拉强度为995~1076 MPa,拉伸试验均断裂在热影响区,断后伸长率为9.33%~10.21%,断裂时存在颈缩现象,为韧性断裂。随着热输入的增加,粗晶区马氏体板条束宽度增大,未完全相变区马氏体含量上升。结论在所选焊接工艺窗口内焊接均能获得高强高韧的焊接接头。