基于线性和非线性超声的惯性摩擦焊接头检测研究

采用常规线性超声和非线性超声两种检测手段,并结合信号处理对摩擦焊接头中缺陷进行了检测与分析。结果表明:线性超声检测可对摩擦焊接头缺陷进行定性和定量分析,但受限于受摩擦焊接头结构特点和常规超声探伤仪发射电压不够,最小检测缺陷尺度为毫米级;非线性超声对摩擦焊接头微米级缺陷有高敏感性,但仅限于定性分析,可作为常规超声检测的有力补充。

活塞铝合金惯性摩擦焊接接头的组织与性能研究

采用惯性摩擦焊接技术对活塞用Al-Si-Cu-Mg-Ni铝合金进行了焊接,运用扫描电镜、能谱分析仪、X射线衍射仪、显微硬度测试、拉伸性能测试等手段分析了接头的组织变化、硬度分布以及室温拉伸性能。结果表明:经惯性摩擦焊后,焊缝区组织被细化,强化相破碎呈弥散状,整体沿径向分布;热机影响区组织在摩擦力和顶锻力的作用下被扭转挤压,呈流线型分布,部分强化相破碎成颗粒状,并伴有微裂纹产生;焊缝中存在Si、Al、Al-Cu-Ni等相,没检测到Mg_(2)Si和Al_(2)Cu,焊缝处硬度最高,为154HV;接头平均抗拉强度为178.9 MPa,达到母材的75%,断裂位置在热机影响区,断口呈现明显的解理断裂特征。

铝合金脉冲MIG焊接熔滴过渡行为的声发射信号时频域表征

通过在线检测铝合金脉冲MIG焊接过程的结构负载声发射信号,研究熔滴过渡模式和行为的时频域表征.结果表明,熔滴过渡声发射信号波形以及熔滴过渡声发射事件的有序性和周期性可以反映脉冲MIG焊接过程熔滴过渡的稳定性和周期性.随着脉冲频率和焊接热输入的增大,熔滴过渡模式由短路过渡转变为射滴过渡,过渡熔滴体积得到逐步细化,表现出递减的声发射能量释放特征.当熔滴过渡为短路过渡模式时,熔滴过渡声发射信号的频域范围较宽,且较为集中在高频部分;当熔滴过渡为射滴过渡模式时,熔滴过渡声发射信号的频率分布范围更窄,且集中在低频部分.随着熔滴过渡模式由短路过渡模式逐渐转变为射滴过渡模式,由熔滴过渡引入的能量变化呈现出先减小再增大的趋势.

激光-微束等离子弧复合焊接过程的结构负载声发射信号表征

采用脉冲YAG激光焊、微束等离子弧焊和激光-微束等离子弧复合焊对304不锈钢进行焊接试验,实时采集焊接过程中的结构负载声发射信号,研究声发射信号对焊接过程的表征.结果表明,激光离焦量为-2 mm的激光-微束等离子弧复合焊接,热源复合效果更好,焊缝表现出更显著的复合热源焊接特征.焊缝获得了更好的表面成形和熔深、熔宽.热源复合效果更好的焊接过程,其声发射信号波形表现出更大振幅,且更为均匀,并与激光热源的周期性相符,呈现出明显的复合热源焊接周期性.因此可以利用焊接过程检测到的结构负载声发射信号表征激光和微束等离子弧两种热源复合效果特征.

YAG激光焊接脉冲能量作用效应的声发射特征参数表征

对304不锈钢进行脉冲激光焊接试验,基于激光热源与工件相互作用所释放的声发射信号,研究利用声发射事件的平均峰值—振铃计数特征分布图评估焊接稳定性的方法.结果表明,脉冲激光对材料的作用越稳定,平均峰值—振铃计数特征分布图的散点分布聚集性越好;脉冲激光对材料的作用稳定性越差,平均峰值—振铃计数特征分布图的散点分布越发散.激光脉冲峰值功率增加时,对应声发射事件平均峰值和振铃计数均随之增加,反映出振铃计数对峰值功率变化而引发的焊接稳定性变化更为敏感.因此平均峰值—振铃计数特征分布图能够较为准确地表征激光焊接过程稳定性.

脉冲参数对脉冲激光焊缝成形影响的析因试验研究

以304不锈钢薄板为研究对象,设计了双因素析因试验方案,研究了在焊接速度、离焦量和激光脉冲频率不变时,脉冲峰值功率和脉宽对不锈钢脉冲YAG激光焊缝熔深和熔宽的影响规律,并利用方差分析法研究了脉冲参数及其交互作用对焊缝成形质量的影响显著性。结果表明,激光脉冲峰值功率和脉宽对不锈钢激光焊缝的熔深和熔宽都具有非常显著的影响,其中,脉冲峰值功率的影响显著性要大于脉宽。脉冲峰值功率与脉宽的交互作用对焊缝熔宽的影响非常显著,而对焊缝熔深的影响为显著。

TiO_2活性剂对不锈钢激光焊接等离子体声发射效应的影响

针对不锈钢采用添加TiO_2活性剂进行活性脉冲激光焊接研究,通过实时检测焊接过程的结构负载声发射信号,研究了激光焊接过程等离子体信息的表征方法及其活性焊接机理.结果表明,添加TiO_2活性剂增强了材料对激光能量的吸收,增强了等离子体的能量及其对材料的传热,从而影响焊接过程传热效应,这是添加TiO_2活性剂的脉冲激光焊接熔深增加的主要机理.利用实时检测焊接过程中的等离子体声发射信号可以对活性脉冲激光焊接过程的等离子体变化行为进行检测和评估.由焊接过程中采集得到的等离子体声发射信号统计而来的振铃计数特征值,以及计算而来的RMS波形和相应信号的功率谱分布,均反映了活性剂的添加增强了激光焊接过程等离子在时频域上的活动.

脉冲激光束表面强化20CrMo齿轮材料的性能

传统的渗碳后淬火+低温回火方法处理20Cr Mo齿轮材料会产生较大的应力和变形,将对齿轮的质量产生极为不利的影响。采用脉冲激光束对渗碳后的20Cr Mo合金进行表面强化,并与传统的渗碳后淬火+低温回火的处理方式进行了对比。结果表明:20Cr Mo合金钢在激光熔凝作用下表层产生了致密的硬化层,且激光照射能量越大,硬化层越厚,硬化深度最大可达到0.35 mm;与渗碳后淬火+回火处理的试样相比,激光束照射虽然使表面粗糙度上升,但是表面硬度可提高75%,摩擦系数和磨损量均较低,有效改善了其表面的耐磨性。

真空电子束焊接气孔缺陷诱发及平衡机制分析

针对真空电子束焊接试验焊缝出现的气孔缺陷,从受力平衡的角度分析了气孔的诱发机制及热力学平衡机理,提出了熔池中气孔的最小半径生存条件.结果表明,由气泡动力学的观点,加热面气化核心是诱发气泡的重要因素.不满足最小半径生存条件的气泡不具备热力学平衡条件,因此是无法生存的,最终不能发展成为气孔.对于产生于焊缝中部壁面的气泡的大小主要取决于气泡内的气体密度、表面张力以及气泡中气相成分的过热度.其中,过热度不但是气泡稳定性的推动力,也是决定气泡大小的主要因素.

玻璃的辐照效应及耐辐照改性研究进展

航天科技、核医学、核能工业和绿色建筑的发展对使用在辐射环境中的玻璃提出了越来越高的要求。玻璃在辐射环境中会发生微观结构变化和宏观性质改变,耐辐照玻璃是一种在高能射线或粒子辐照后可见光区透过率下降较小,能保持物理化学性能稳定的特种玻璃。阐述了玻璃的辐照效应研究现状,介绍了玻璃耐辐照改性的研究进展及挑战,并提出了值得关注的新趋势。

Al-Si-Cu-Ni-Mg系活塞铝合金摩擦焊接头性能分析

高性能Al-Si-Cu-Ni-Mg系活塞铝合金在活塞材料中占据重要地位。采用摩擦焊接技术制造此类材料的复合型活塞,具有不可忽视的技术优势。针对Al-Si-Cu-Ni-Mg系活塞铝合金,进行了一系列的惯性摩擦焊接研究,并采用二次电子扫描、能谱分析、抗拉强度测试等方法对焊接接头进行了表征。研究结果表明:较低摩擦转速下接头存在明显缺口,随着摩擦转速的增加,接头外观形貌逐渐改善,当转速升高到1500 r/min时,仅存在很小的孔状缺陷;摩擦焊接转速1200 r/min时,接头的抗拉强度为105.4 MPa,断裂发生在焊缝处;转速增大到1300 r/min时,接头强度为146.3 MPa,断裂发生在热机影响区;转速达到1500 r/min时,接头强度升高到177.9 MPa,断裂同样发生在热机影响区。

铝合金P-MIG焊接过程熔滴过渡行为的结构负载声发射表征

通过在线检测铝合金PMIG焊接过程的结构负载声发射信号,研究熔滴过渡行为的表征,以及熔滴过渡形式变化对声发射信号特征参数的影响.结果表明,焊接过程中检测到的结构负载声发射信号时域波形包含了较多的PMIG焊接过程熔滴过渡特征信息,利用时域波形及其平均振铃计数、平均正峰值等特征参数可以对PMIG焊接过程中的熔滴过渡现象进行表征.当熔滴过渡频率相同时,随着熔滴过渡对液态熔池的冲击作用增大,声发射信号特征参数相应增大;当熔滴过渡频率不同时,熔滴过渡频率越大,熔滴体积越小,对液态熔池的冲击作用越小,声发射信号特征参数相应减小.

双TIG焊接电弧数值分析

针对双TIG电弧建立了包括钨极的双TIG焊接电弧数学模型。通过数值求解,得到了不同电流分配条件下双TIG焊接电弧的温度场、流场和电磁场等重要结果,并对等离子流剪切力和电弧压力进行分析。研究表明,在总电流不变的情况下,当钨极分配电流相同时,电弧温度场、流场和电弧压力等呈对称分布;当钨极分配电流不同时,电弧高温区域更靠近大电流钨极,但电弧整体上向小电流钨极一侧偏移。电流分配相同时,母材表面的电弧压力和等离子流拉力与相同条件下的单TIG电弧相比均显著下降,而钨极分配电流不同时,电弧压力和等离子流拉力峰值偏向于小电流钨极一侧。模拟结果与已有的研究结果吻合良好。

医用镁基HA复合涂层的研究及发展现状

镁及镁合金由于其良好的生物相容性和可降解性能,在生物医用材料领域具有巨大的应用潜力。然而,过快的降解速率限制了其临床应用。羟基磷灰石(HA)涂层具有良好的骨诱导性和骨传导性,可以有效地延缓镁及镁合金的腐蚀速率。但是,单一的羟基磷灰石涂层不能满足镁基植入物的使用寿命要求,因此需对其进一步的改性。本文从生物相容性、可降解性以及力学性能等方面综述镁合金表面以羟基磷灰石为基础,以高分子材料、无机材料以及离子掺杂而成的可降解镁基HA复合涂层的发展和研究现状。

双TIG活性电弧焊接工艺

提出双TIG活性电弧焊接方法,采用2支TIG焊枪前后排布,前置焊枪的焊接电流小于后置焊枪,且在前置焊枪保护气中混入少量O_(2),使电弧具有活性。对5 mm厚SUS304奥氏体不锈钢板进行焊接工艺试验。结果表明,与相同条件下的TIG焊接相比,双TIG活性电弧焊接焊缝熔深明显增加,焊缝表面成形良好;随着O_(2)流量的增加,焊缝熔深先增加后减小,焊缝熔宽先减小后增加;在保持总电流不变的情形下,随着后置焊枪电流增加(前置焊枪电流减小),焊缝熔深先增加后减小,焊缝熔宽持续增加;随着弧长的增加,焊缝熔深先增加后减小,焊缝熔宽逐渐增加;当钨极间距从3 mm开始增加时,焊缝熔深逐渐减小,熔宽逐渐增加;而随着焊接速度的增加,焊缝熔深和熔宽都减小。O的混入对焊缝组织无明显影响。相比母材而言,焊缝冲击韧性有所下降。该方法能在高于普通TIG焊接速度的条件下实现深熔焊接。

镀Ni对铝/超高强钢惯性摩擦焊接头性能的影响

在辅助加热惯性摩擦焊接技术的基础上,研究了Ni镀层对铝-钢异种金属惯性摩擦焊接头性能的影响。分别对接头微观形貌、界面化合物组成及分布形态、硬度以及接头抗拉强度进行了检测分析。试验结果表明:Ni镀层的加入会使接头界面变得平直,促使接头界面形成分布更均匀、更厚、塑韧性更好的Al-Ni金属间化合物层,提高接头的连接强度;同时Ni层的加入能够减小钢侧向铝侧传导的能量,减小铝侧的热影响区,阻隔Al、Fe元素的相互扩散,防止界面形成Al-Fe脆性金属间化合物。

电阻点焊缺陷超声信号多特征优化试验研究

针对铝合金点焊接头常见的气孔、未熔合、无缺陷等超声回波信号,首先采用经验模态分析进行降噪与重构,利用统计学方法分别提取时域、频域中多尺度特征值,分析不同缺陷的特征值变化规律。其次采用主成分分析法与线性判别分析法对特征值进行优化,获得缺陷回波信号的主元特征。最后以主元特征做BP神经网络的输入,对缺陷信号进行识别。试验结果表明,两种降维方法构造后的特征量与未经过降维的特征量相比具有更好的分类结果,其中PCA作用更优,有效提高了BP神经网络的缺陷识别准确率。

SUS304奥氏体不锈钢TIG焊电弧增材制造工艺优化

为探索SUS304奥氏体不锈钢TIG焊电弧增材制造的最佳工艺窗口,采用不同沉积工艺参数对SUS304不锈钢进行单道多层墙体成形试验,试验通过改变电弧移动速度、送丝速度和层间冷却时间,研究其对墙体平均宽度和高度的影响,并考察墙体的金相显微组织和力学性能。结果表明,当热输入保持不变时,电弧移动速度和送丝速度相匹配,才能保证沉积过程的稳定;在保持热输入不变的情况下,随着电弧行走速度的增加,沉积层平均宽度从10.54 mm减小到7.5 mm,平均高度从6.75 mm减小到4.16 mm;随着送丝速度的增加,沉积层的平均宽度和高度均增加,其高度增加大约1 mm;随着层间冷却时间的增加,沉积层平均宽度明显增加,从层间冷却时间为2 min的10.54 mm增加到5 min的11.6 mm,高度变化不大,均在6.5 mm左右;沉积墙体的显微组织出现明显的方向性,主要由大量奥氏体和少量铁素体组成;相比于SUS304母材而言,x和z方向的抗拉强度均有所下降,约为母材的82.5%,且x方向的断后伸长率大于z方向。

基于结构负载声发射信号检测的镀锌钢板电阻点焊飞溅主控因素分析

利用实时监测结构负载声发射信号实现了镀锌钢板电阻点焊过程中的飞溅现象的检测.以焊接飞溅声发射事件的正峰值和振铃计数为考核指标,通过正交试验设计法设计焊接试验和方差分析法进行显著性检验,研究了镀锌钢板电阻点焊飞溅的主控因素.结果表明,焊接飞溅释放出的能量当量可由其声发射事件的正峰值和振铃计数两个特征参数定量评估.影响焊接飞溅的主要因素为焊接电流和电极力,而焊接电流所起的作用比电极力更为重要.焊接时间和焊接电流与电极力的交互作用对焊接飞溅的影响相差不大.焊接电流和焊接时间越大,焊接飞溅当量越大;电极力越大,焊接飞溅当量越小.

基于动态电阻曲线的电阻点焊熔核形核特征分析

在低碳钢电阻点焊过程中,利用实时传感技术对熔核形核动态过程的电极电压与焊接电流信号进行实时检测,通过对检测信号的计算得到反映熔核形核演变的动态电阻曲线,并以此为依据研究了电阻点焊熔核形核与生长过程的动态特征。结果表明,根据动态电阻曲线可将熔核形核过程划分为三个阶段,即初始阶段、生长阶段和稳定阶段,在不同阶段,熔核表现出不同的形核特征。焊接电流、焊接时间的变化导致提供的焊接能量不同,熔核形核过程产生不同的动态变化,并形成不同的熔核质量特征,均可在动态电阻曲线中得到体现。