铝合金/钢异种材料熔钎焊接工艺及其研究现状

铝合金/钢复合结构以具有重量轻、综合性能高等优势在汽车、航空航天、石油石化、电力、船舶等行业具有广泛的应用前景。但二者之间巨大的理化性能差异,使铝合金/钢板异种金属的焊接仍然存在诸多问题。熔钎焊接工艺是基于母材之间存在的熔点差异,通过精确控制焊接热输入,在确保高熔点母材不熔化的前提下,让低熔点母材和填充金属熔化形成熔焊接头,并与未熔化的高熔点母材形成钎焊连接接头,是适合铝合金/钢复合结构优质高效制备的合适焊接工艺。通过对国内外对铝合金/钢熔钎焊接工艺、接头组织性能调控等方面研究现状的综合评述,讨论了铝合金/钢熔钎焊接技术存在的问题,并对铝合金/钢熔钎焊接技术工程化应用所采取的措施进行阐述。

铝合金/钢异种金属熔-钎焊技术研究进展

文中分析了铝及铝合金与钢异种金属焊接时存在的问题,认为铝合金/钢熔-钎焊接是最适合铝合金/钢复合结构制造的焊接技术。介绍了熔-钎焊接的概念及特点,综述了国内外激光熔-钎焊、TIG熔-钎焊、MIG熔-钎焊、CMT熔-钎焊以及激光+MIG电弧复合熔-钎焊等焊接工艺方法在铝合金与钢异种金属连接中的研究现状,并对比了各种工艺方法的优缺点。最后指出,合适的填充材料和钎剂的开发以及焊接热输入的精确控制是实现铝及铝合金与钢异种金属优质高效连接的关键。

摩擦焊焊接温度场测量研究现状

文中总结了国内外摩擦焊焊接温度场的测量方法,介绍了热电偶法(包括标准热电偶法、自然热电偶法、半自然热电偶法)、红外热成像法、微观组织分析法的测温原理以及国内外相关学者应用这些方法实现摩擦焊焊接接头温度场分布测量的具体应用成果,对各种测量方法的优缺点进行了综合对比分析,并展望了采用计算机数值模拟技术来预测摩擦焊焊接接头三维温度场的分布。

冶金因素对铝/钢异种金属熔-钎焊接性能影响的研究进展

铝/钢异种金属熔化焊接工艺性差的主要原因是两者之间热物理性能和化学性能差异大,两者之间极易反应生成脆性的金属间化合物,严重降低了焊接质量和接头使用性能。阐述了填充材料中的合金元素以及钎剂等焊接冶金因素在铝合金和钢异种金属熔-钎焊接中的作用和影响,分析了合金元素改善铝合金/钢异种金属熔-钎焊的性能,以及钎剂改善铝合金在钢表面的铺展性。最后指出,开发合适的填充材料和钎剂是铝/钢熔-钎焊的关键冶金措施。

线性摩擦焊接技术及其在航空航天领域中的应用

线性摩擦焊作为常用的固相焊接工艺,以其独特的优势在高性能材料、特殊结构的焊接上得到了广泛的应用,在航空航天领域中结构整体化设计及制造中发挥着越来越重要的作用,近些年来获得了快速发展。国内外研究人员对线性摩擦焊接工艺及基础理论进行了大量的研究,并且在航空航天领域特别是航空发动机整体叶盘制造方面获得了成功应用。文中综述了国内外线性摩擦焊接工艺开发和理论研究方面的进展及其在航空航天领域的应用现状,并对存在的问题和发展方向进行了讨论。

径向摩擦焊技术研究与开发进展

径向摩擦焊是摩擦焊技术近年发展起来的重要研究方向,介绍了径向摩擦焊的技术特点以及在工业领域中的应用前景。数值模拟是摩擦焊基础理论研究的重要手段,针对轴向摩擦焊,考虑热力耦合作用,建立了不同的摩擦产热模型,并研究了接头弹塑性变形区的力学行为,这些研究为径向摩擦焊的基础理论研究奠定了坚实的基础并提供了有价值的参考。指出了径向摩擦焊技术的研发应在装备开发和基础理论研究上深入开展工作。

熔化焊接过程中熔滴短路过渡的研究进展

GMAW焊接方法在工业中应用范围广泛,但GMAW焊接中短路过渡存在飞溅问题。针对与这些问题已经有很多方法解决,如:在回路中串入电感、电流波形控制、表面张力过渡、冷金属过渡等。以上各种改善短路过渡飞溅的方法都能在一定的使用范围内改善短路过渡飞溅问题,但也存在着生产效率低、熔深浅、焊缝成形不好等局限性。将激光热源引入到短路过渡方法中,激光-电弧复合热源焊接在保证焊接稳定性的同时也提高了焊接速度,改善焊缝成形,很大程度上扩大了短路过渡的应用范围。通过SFBT、PIT方法和自由边界模型的VOF方法,对GMAW焊接熔滴过渡理论进行不断深入的研究。

37CrMnMo钢管径向摩擦焊接头组织与性能

在优化焊接工艺参数下实现了45钢径向环与37CrMnMo钢管的径向摩擦焊接.试验结果表明,径向环发生了强烈地塑性变形,焊缝表面有明显的氧化色,管体上具有很窄的热影响区.焊缝抗剪强度平均达401 MPa,略高于径向环母材.硬度从焊缝结合界面向两侧的径向环和管体母材逐渐降低.焊缝剪切断口平滑,呈现明显的剪切韧窝断裂特征,表明焊缝具有较好的塑韧性.接头金相组织分析结果表明,焊缝具有很窄的结合面,45钢径向环和37CrMnMo钢管体侧热影响区组织分别为铁素体+珠光体+贝氏体和贝氏体+少量马氏体,相比较母材产生了少量的马氏体组织,但焊缝中心及热影区的组织得到了细化.

石油、天然气管道焊接工艺现状及展望

文中针对目前,随着油气输运管道向大口径、厚壁及高压力等高效输运方向,以及管材从最初的碳素钢、C-Mn钢向高强微合金化控轧钢、调质钢以及具有较好耐腐蚀性能的合金钢方向发展的现状,分析了作为油气输运管道铺设施工过程的控制性工艺的焊接技术经历了焊条电弧焊、半自动焊和自动焊的发展历程。分析了常用的熔化焊和压焊工艺技术特点。同时,分析了激光焊、电子束焊等高能束焊接工艺方法和径向摩擦焊、搅拌摩擦焊等压焊工艺方法的技术特点,并展望了其在管道焊接中的应用前景。文章对管道焊接技术的分析对于推动管道焊接的发展具有重要意义。

电弧能量匹配对前后列置双TIG高速焊接焊缝组织与性能的影响

对厚度为1.2 mm的304奥氏体不锈钢板进行前后列置双TIG电弧高速焊接工艺试验,通过对焊缝宏观形貌、组织和拉伸性能进行分析,评定前置电弧能量和后置电弧能量大小匹配对焊缝组织与性能的影响.结果表明,前置电弧能量较高的焊缝中心晶粒平均直径相比母材降低约33.9%,相比后置电弧能量较高的焊缝中心晶粒平均直径降低约26.1%,热影响区晶粒平均直径降低约18.1%.前置电弧能量较高焊缝相比后置电弧能量较高的焊接标准试样抗拉强度提高约7.9%,断后伸长率提高约33.3%,说明前置电弧能量较高有助于获得较高性能的焊缝.

基于特征点测量的径向摩擦焊接温度场分布

介绍了半自然热电偶法测温原理,并对所选用的半自然热电偶进行了标定,线性度良好.采用自主研发的径向摩擦焊机进行径向摩擦焊接工艺试验.以摩擦焊接过程特点为依据,选择恰当的测温仪和热电偶.采用半自然热电偶对径向摩擦焊接过程中摩擦界面中心点温度进行了全过程测量;采用K型热电偶对管体侧距界面中线点纵向距离为1,2,3,6 mm的位置进行了温度测量.摩擦界面升温迅速,存在明显的温度恒定即稳定摩擦阶段.随着距摩擦界面纵向距离的增加,升温速率逐渐降低,升温时间逐渐增长.焊接过程结束后,温度逐渐趋于均匀化.

锅炉压力容器焊接工艺及设备的发展现状

锅炉压力容器作为对人身和生命财产有较大危害性的特种设备,对焊接质量具有非常严格的要求,需要优质高效的焊接工艺及装备来保证焊接质量,提高焊接生产效率。本文对锅炉、压力容器典型零部件及结构件的焊接技术发展现状进行了总结,并对未来发展做出了展望,认为物联网技术、互联网技术的成熟及推广应用以及大数据技术的兴起,为锅炉压力容器焊接制造的自动化、智能化、数字化、信息化发展提供了有力的技术支撑,将极大促进锅炉压力容器制造技术水平的发展进步及行业发展动能的转换。

摩擦焊形变热处理系统的研究与开发

针对目前石油钻杆摩擦焊接头塑韧性差、生产效率低等问题,根据石油钻杆摩擦焊接过程的特点和形变热处理原理,提出了石油钻杆形变热处理摩擦焊工艺,实现了摩擦焊接过程和形变热处理过程的统一。通过改装基于自主研发的摩擦焊机主轴系统,设计研制了形变热处理装置、控制系统以及回火系统,开发了具有形变热处理功能的混合型摩擦焊机。基于PLC控制器开发的形变热处理摩擦焊控制系统,对摩擦焊接过程和形变热处理过程协调控制,很好地实现了摩擦焊接和摩擦焊后形变淬火过程的自动控制。试验结果表明,摩擦焊形变热处理石油钻杆接头的力学性能指标均符合并高于中国石油标准SY/T5561-1999,大大减小了焊接热影响区的尺寸。

GMAW的波形控制技术

在焊接生产中应用广泛的GMAW,其在飞溅、焊缝成形质量等方面尚存在一些局限。通过控制焊接电流波形来改善GMAW的熔滴过渡,实现对GMAW焊接性能的扩展与质量的提升。引入熔滴过渡"类型"的概念,对波形控制下的熔滴过渡进行了分类,并阐述了不同波形控制下熔滴过渡类型其特点与应用。最后指出波形控制技术在拓宽GMAW的应用上有着不可替代的作用,且尚具有较大的发展空间。

小管径钛合金(TA2)管焊接质量控制与气孔防止措施

钛及钛合金具有密度低、强度高、抗蚀性好等特点,在航空、航天及化工机械等领域得到了广泛应用。在钛合金管的施工过程中,若是管径较小(Φ20~Φ100 mm),则焊接施工难度便会增加。为了提高小管径钛合金管焊接时的质量,防止气孔的产生,介绍了焊接前环境和材料等方面的准备工作及焊接施工中的防止措施等内容,并对焊接质量检验方法进行了阐述。

6013—T4铝合金薄板搅拌摩擦焊热输入对焊缝成形及组织性能的影响

针对2 mm厚6013—T4铝合金薄板进行了搅拌摩擦焊接工艺试验,用搅拌头旋转速度和焊接速度的比值ω/v表征搅拌摩擦焊的热输入,试验研究了焊接热输入对接头的焊缝成形和力学性能的影响,并分析了接头的显微组织.结果表明,搅拌摩擦焊接头的综合性能较好,抗拉强度和屈服强度分别达到母材的83.3%和75.8%;在不同的搅拌头旋转速度下,随着焊接热输入的增加,接头的屈服强度和抗拉强度降低;ω/v在3 r/mm左右,焊缝成形美观,飞边毛刺少.母材为板条状组织;热影响区晶粒与母材相似,但稍微有粗化;热力影响区的晶粒极不均匀,既有等轴晶,也有拉长的带状组织;焊核区为细小的等轴晶组织.

石油钻杆形变热处理摩擦焊工艺

对石油钻杆37CrMnMo管体和42CrMoA管接头进行了形变热处理摩擦焊接,对接头金相组织和力学性能分析检测.结果表明,接头完全淬火区晶粒度达到8级,不完全淬火区窄且其被形变区完全覆盖,回火后不完全回火区组织为回火索氏体+铁素体或碳化物过分长大的回火索氏体;管体和管接头热影响区的硬度最大下降幅度分别仅为6.9%和4.2%;接头屈服强度比为0.905,冲击吸收功平均达95 J,拉伸试验断裂位置为37CrMnMo管体侧母材,接头力学性能均超出国家标准SY/T5561—1999和美国石油学会标准APISPEC5D的要求,表明形变热处理克服了石油钻杆摩擦焊接头韧度大幅降低和热处理热影响区边界硬度下降的难题.

钢管径向摩擦搭接焊加载力数值模拟

采用ABAQUS软件,以45钢为径向环,对钢管径向摩擦焊在假设变形速率前提下分析焊接界面温度场和径向环的加载力情况.计算采用了Johnson-cook幂硬化弹塑性模型,并考虑材料热物性与摩擦系数随温度变化.结果表明,在不考虑径向环与夹具之间传热的前提下,在焊接界面形成了以夹具体为中心的椭圆状温度梯度分布和以夹具体空隙为中心的条带状温度梯度分布,两处的最高温度达到1 260℃和1 050℃的前提下得到了加载力曲线.为了简化焊接工艺过程将加载力曲线人为拟合为定值三段加压过程,重新代入模型反复修正计算使界面温度场和径向环变形过程与焊接过程吻合良好.

钢管径向摩擦焊温度场数值模拟

采用ABAQUS有限元软件,基于传热学及弹塑性力学有限元法,建立了径向摩擦焊接过程的二维轴对称、热力耦合及非耦合有限元计算模型.采用网格重划分技术模拟了径向摩擦焊接过程中焊接接头的温度场分布.结果表明,模拟出的接头飞边形貌与实际结果吻合良好.在二级摩擦阶段,摩擦界面由摩擦生成的热量与飞边形成带走的热量以及热传导散失的热量达到动态平衡,界面温度稳定在1 320℃以下.在三级摩擦阶段,由于高温金属层被迅速挤出,界面温度迅速下降.通过分析金相组织,得出接头热循环过程.接头温度分布的模拟结果与实际结果吻合良好.

基于ROTSY的弧焊机器人离线编程

以MOTOMAN-UP6弧焊机器人和SGMDH-12A2A-YRB变位机为试验平台,将离线编程软件ROTSY、计算机与机器人通信软件MOTOCOM32和校正软件MOTOCALV32组成一个弧焊机器人离线编程系统,实现了机器人和变位机的联动离线编程。通过复杂的马鞍形焊缝编程对所建立离线编程系统进行了验证。在实际运行过程中,焊缝上的点接近或处于船型焊或平焊的位置,焊枪运行平滑,始终对准焊缝,焊枪的姿态也始终符合实际焊接的要求。证明了本离线编程系统达到了设计要求。