镁合金焊接技术的研究现状及应用

镁合金在航空航天、汽车、电子等领域具有广阔的应用前景, 焊接技术已经成为制约其应用的技术关键。分析了镁合金焊接的主要问题, 介绍了镁合金焊接的研究现状, 综述了镁合金钨极惰性气体保护焊、熔化极惰性气体保护焊、搅拌摩擦焊、惯性摩擦焊、激光焊、电子束焊和电阻点焊的特点, 并对镁合金焊接研究及应用进行了展望。

高熔点材料的搅拌摩擦焊接技术

通过焊具设计、接头微观组织与性能、焊接温度场和残余应力、热源辅助的搅拌摩擦焊(FSW)几个方面,全面介绍了高熔点材料搅拌摩擦焊技术的研究现状。结果表明,合适的搅拌头材料为钨铼(W-Re)合金和多晶立方氮化硼(PCBN);采用合适的焊具设计和工艺参数,可以得到具有良好微观组织、高强度的FSW接头;在模拟搅拌摩擦焊温度场和接头残余应力时,应依据焊接过程实际进一步完善物理模型;引入辅助热源有利于高熔点材料焊缝成形并提高焊具使用寿命。

全方位离子注入与沉积技术及其工业机的研制

全方位离子注入与沉积(Plasma immersion ion implantation and deposition,PIIID)技术发展到现在,已经逐步走向工业化应用。本文介绍了全方位离子注入与沉积技术的原理,探讨了全方位离子注入与沉积工业机应该具备的功能,介绍了研制成功的全方位离子注入与沉积设备的结构和实施效果,其脉冲阴极弧等离子体源沉积速率达到2.9(?)/s,IGBT固体开关调制器输出电压达到10 kV,能够一次处理多个工业零件。

基于人机交互的遥控焊接虚拟环境标定技术

对于工作在非结构化环境中的机器人遥控焊接系统,虚拟环境与真实环境的一致性直接决定了系统的可靠性、作业精度和工作效率。虚拟环境标定技术可以通过远端真实环境的信息反馈校正虚拟环境中机器人模型与工作环境模型的位姿关系。采用人机交互的图像特征提取方式和线性与非线性结合的最小二乘算法,实现了摄像机在线标定和工件定位,完成了遥控焊接系统的虚拟环境标定任务。在标定试验中,当采用较大的摄像机焦距时,最大标定误差为2.9 mm,平均标定误差为1.5 mm。根据试验的过程和结果,分析了影响标定精度的因素。

遥控焊接机器人作业工具快速更换技术

为了增加遥控焊接机器人的实用性,满足其在进行遥控焊接维修任务时对不同作业工具的更换需要,开发出一种用于遥控焊接机器人的作业工具快速更换技术.根据焊接任务的要求,通过内置汽缸进行气动连接和机械锁紧等设计方式使该装置具备结构紧凑、体积小、重量轻等特点.应用于遥控焊接机器人维修系统中时,可以使其完成多种作业任务,实现遥控焊接机器人的通用性.节约了维修成本,提高了遥控焊接机器人的工作效率.重点介绍了该技术装置的结构和工作原理以及在实际应用中的具体实施方法.

焊接机器人技术

文中对焊接机器人的应用现状、发展趋势、相关技术进行了概述分析。指出随着焊接机器人的性价比提升和我国向制造强国迈进,焊接机器人在我国的应用将实现跨越式发展;焊接机器人本身将向着开放式、智能化发展;遥控焊接成为一个新的研究热点。

可调拘束实验测量的焊接凝固裂纹阻力曲线的有限元法修正

利用有限元法对横向可调拘束实验进行了数值模拟,得到了不同弯曲应变条件下熔池尾部的局部应变,结果表明:在进行可调拘束实验过程中,焊接熔池尾部确实存在应变集中,从而对实验测得的平均应变即材料凝固裂纹阻力进行了修正.此外, 将横向可调拘束实验模拟得到的局部应变与采用高速摄影和可调拘束相结合测量得到的局部应变进行了对比,能够较好的吻合.同时,计算了不锈钢SUS310焊接凝固裂纹驱动力,并与修正后的阻力曲线进行比较,预测了凝固裂纹敏感性,预测结果与实验结果相符.说明利用横向可调拘束实验结合数值模拟方法,能够定量预测焊接凝固裂纹.

基于力觉传感的遥控焊接虚拟环境管道工件建模技术

在核环境中,遥控焊接技术常被用于进行管道焊接任务.对于这种半结构化的遥操作环境,实现遥控焊接的关键是建立精确的管道模型.在基于Java&Java3D建立的虚拟环境操控平台上,采用力觉传感对远端管道工件进行特征信息提取,并建立了管道工件的三维模型.建模结果表明,其精度高于基于视觉的三维建模方法.

遥控焊接力觉遥示教点间变迁控制技术

在遥控焊接力觉遥示教过程中,为实现遥控焊接自主遥示教,需要对遥示教点间状态变迁技术进行基础研究。根据焊缝辨识模型,确定示教点位置,通过共享技术调整好示教点的姿态,辨识记忆好第一个焊缝示教点,向下一个示教点变迁控制,主要包括示教点z方向变迁控制和示教点在xSy平面内方向变迁控制。并对摩擦力对遥示教点间变迁影响进行分析,证明了摩擦力的存在会在xSy平面内减小机器人进给计算量,在z方向使Fz增加,但是在遥示教自适应控制准许范围内,不会影响焊缝辨识逻辑。通过遥示教变迁控制技术,实现了遥示教点间自动变迁,为自主遥示教创造条件。

面向遥控焊接的焊缝模型建模技术

采用安装在机器人手臂上的激光传感器感知信息对远端焊缝模型的动态建模问题进行了研究。通过引入虚拟向导的操作概念,操作者可以方便地实现远端焊缝扫描操作,并且具有很高的安全性;在焊缝断面特征数据处理上,采用模板匹配方法实现了焊缝断面特征的提取,并以“V”字形式进行统一描述;最后,基于参数三次样条曲线方程对离散的焊缝断面特征数据进行拟合,并在基于Java&Java3D技术开发的虚拟环境中实现了连续焊缝模型的动态建模。

力觉临场感遥控焊接信号传输抗干扰技术

在遥控焊接中,存在焊接电源和焊接电弧产生的高频干扰,对力觉临场感遥控焊接信号传输造成强干扰。针对遥控焊接中高频干扰源及其传播途径,设计抗干扰遥控焊接信号传输网络,提出了遥控焊接长信号线布线原则,对从手力觉信号采用神经网络滤波法去除干扰噪声。通过采取上述抗干扰措施,使遥控焊接控制信号传输可靠,力觉临场感真实,焊接操作者能通过力觉临场感对遥控焊接进行准确遥操作。

超声探伤技术在摩擦焊接领域的应用

摩擦焊作为一种先进的固相连接方法,因其优异的焊接性能引起了人们的广泛关注,近年来航空航天等高新技术与装备的发展促进了这种焊接方法的不断进步。针对近年来国内外超声无损检测技术在摩擦焊领域中的研究应用作了详细分析阐述,并对未来摩擦焊领域中无损检测方法的应用进行了展望。

Ti-6Al-4V电子束焊接焊缝区域精细组织特征

采用OM,XRD,EPMA,TEM分析了电子束焊接Ti-6Al-4V焊缝区域的精细组织结构特征。结果表明接头区域组织形态由基体等轴晶向焊缝柱状形态演化,焊缝区域呈现单一α′网篮状组织,TEM板束形态呈多向分布,焊缝区域的位错分布密度与基体母材相比呈现出减小的趋势,且熔合线附近存在V,Fe等β稳定元素浓度起伏现象。

AZ31镁合金搅拌摩擦焊接头力学性能

成功实现了2.5mm厚AZ31镁合金的搅拌摩擦焊接。焊接参数的选择决定接头的力学性能,通过拉伸和弯曲试验,分析了焊接参数的选择对接头性能的影响。试验结果表明,当焊接速度为75～150mm/min,旋转速度为900～1500 r/min之间时,可以得到性能好的接头。为简化焊接参数的选择,同时考虑焊接速度和旋转速度的相互影响,提出一个新的评定参数R/υ,即单位长度上的旋转次数,并分析R/υ与接头性能之间的关系。结果表明,当R/υ=8～15时,接头性能良好,可知,当焊接速度和旋转速度的选择在一个比较合理的范围时,R/υ可以作为搅拌摩擦焊接参数选择的依据。

随焊冲击碾压控制焊接应力变形新方法

提出了随焊冲击碾压控制薄壁构件焊接应力变形、防止焊接热裂纹的新方法,其原理为:通过前后冲击碾压轮,分别对焊后尚处于高温状态的焊趾和焊缝区金属施加一定频率的冲击碾压力,其中前轮周面形状是内凹的,迫使焊趾处的金属向焊缝中心流动,抵消致裂拉伸应变,达到防止焊接热裂纹的目的;后轮周面形状是外凸的,将焊缝金属纵、横向压缩应变和前轮对焊缝的横向挤压应变碾开,使焊缝金属在纵向和横向都充分延展,降低了焊接残余应力,减小了焊接变形。这种方法,设备简单可靠,小巧轻便,不仅能够控制直焊缝,而且能够控制封闭焊缝应力和变形。试验结果表明,随焊冲击碾压法能有效地防止焊接热裂纹的产生;能将薄壁构件焊接残余应力降低到非常小的水平,甚至由拉应力状态转变为压应力状态;能将焊接残余变形控制在常规焊接状态的1/10左右,而且焊道非常平整光滑,余高非常小,有利于缓解焊趾处的应力集中。

铝合金搅拌摩擦焊接头焊核区等轴再结晶组织的形成机制

建立了搅拌摩擦焊铝合金接头焊核区等轴再结晶组织形成过程的物理模型 ,详细阐述了焊核区的组织形成过程。试验结果表明 ,热循环的作用导致搅拌头附近的母材发生软化 ,形成软化层 ;软化层在搅拌头的机械搅拌作用下发生塑性流动 ,软化层内不同的流层间流速不同 ,存在速度梯度。在流层间的界面处产生粘性摩擦剪应力。在粘性剪应力的作用下 ,母材轧制态下的板条状组织被拉长 ,并发生强烈的弯曲变形 ,当弯曲程度超过了其晶界所能承受的上限时 ,原有的板条状组织晶界被破坏而逐渐消失 ,板条内的等轴再结晶组织按能量最小原理重新排列 ,形成焊态下无序、无方向性的等轴再结晶组织排列。

铝合金/不锈钢钨极氩弧熔-钎焊接头界面层的微观结构分析

运用OM,SEM和EDS分析了铝合金/不锈钢TIG熔-钎焊接头界面层的结构特征,并通过微压痕和SEM原位拉伸实验测试了其力学性能.研究结果表明:界面处形成了厚度不均一的锯齿状金属间化合物层,厚度为4—9μm,满足界面层的要求(≤10μm);界面反应层包括两类化合物层,即焊缝一侧的τ5层和钢基体一侧θ+η+τ5层,在界面处首先形成τ5相,抑制了粗大枝晶状θ+η二元相的生长.微压痕测试得出:τ5层平均硬度值为HV1025,θ+η+τ5层硬度值为HV835.τ5层压痕处产生裂纹,表明τ5相是一种硬脆相.SEM原位拉伸实验显示,界面层起裂于θ+η相,在外力作用下沿θ+η+τ5层迅速开裂,界面层抗拉强度达到120 MPa.

TA15钛合金与304不锈钢的电子束焊接

对TA15钛合金和304不锈钢的电子束焊接进行了研究,对接头显微组织、相组成和显微硬度进行了分析.结果表明,TA15与304不锈钢电子束焊接性较差,在较小的热应力下即在焊缝内产生大量裂纹.焊缝内生成连续分布的化合相,主要包括TiFe2,TiFe,Cr2Ti等,脆性化合物的产生是裂纹形成的根本原因.焊缝区内显微硬度明显高于母材,且TiFe2的硬度高于TiFe相,贯穿裂纹在TiFe2相富集的区域产生.二者的直接电子束焊接难以实现,需要添加中间层以改善焊缝的冶金条件,改变化合物的种类和分布,从而实现可靠连接.

铝/钛异种合金激光熔钎焊接头特性

以CO2激光为热源,以AlSi 12焊丝为填充材料,对Ti-6Al-4V钛合金和5056铝合金异种材料激光熔钎焊进行研究,采用SEM、EDS、XRD和金相显微镜分析接头的微观结构特征,通过拉伸实验评定接头的力学性能。研究结果表明:所得接头具有熔焊和钎焊双重性质,即铝母材局部熔化,为熔化焊,而钛母材与焊缝金属之间存在金属间化合物层钎焊界面;钎焊界面上部的金属间化合物层组成复杂,可分为2层,即呈针状或芽状的Ti-Al-Si系金属间化合物层和以Ti-Al系金属间化合物为主的连续层;钎焊界面下部的金属间化合物层较薄;拉伸试样断裂倾向于发生在紧邻钎焊界面的焊缝上,平均抗拉强度为298.5 MPa。

活性化TIG焊中活性剂和焊接参数对焊缝深宽比的影响

研究了在TIG焊中单一成分的活性剂 (SiO2 、CaF2 、TiO2 、Cr2 O3 、NaF)对不锈钢焊缝深宽比 (D/W )的影响 ,并针对SiO2 活性剂 ,分别研究了活性剂的涂敷量和焊接规范参数 (焊接电流、焊接速度和弧长 )对A -TIG焊焊缝深宽比的影响。试验结果表明 ,焊道深宽比随活性剂涂敷量的增加而增大 ,在所选择的五种活性剂中 ,以SiO2 的影响最为显著。涂敷活性剂SiO2 的试件 ,随着焊接电流、焊接速度和弧长的增加 ,焊缝的深宽比与无活性剂时相比有明显的增加。在TIG焊中应用某种活性剂 ,使用原有的设备就能够大幅度提高焊缝的深宽比 ,从而降低生产周期和制造成本 ,具有很好的应用前景。