铝合金双光束激光填丝焊接熔丝特征分析

以5A06铝合金作为试验材料,采用单/双光束激光焊接方法进行了自熔焊接与填丝焊接试验。通过对焊接过程中熔池流动、匙孔形态及焊丝熔化与过渡过程的观察,研究了不同光束模式下焊丝熔化特性及影响因素。单光束激光焊接时,由于能量密度较高,熔池及匙孔波动剧烈;双光束模式中降低了输入的能量密度,在光斑距离1.5 mm时形成两个独立匙孔的开口面积仅为单激光时的34%,匙孔无闭合现象,熔化焊丝以双液桥形式过渡。光丝分离距离1 mm范围内,焊丝熔化过程稳定;光丝重合范围达到1 mm时焊接过程稳定性下降;光丝部分重叠的条件下,熔化过渡过程最为稳定。     

钛合金TA10焊接技术在燃料储罐上的应用

为了摸索TA10钛合金的焊接工艺技术,通过大量的焊接工艺试验及分析,拟定合理的焊接工艺参数,同时根据TA10钛合金的焊接特点,设计了大量的气体保护装置,将焊缝与热影响区在焊接及焊后冷却过程中温度高于300℃的区域置于氩气的良好保护之下,经过焊接工艺评定试验验证,最终确定了钛合金TA10焊接最佳的焊接工艺规范参数,焊缝表面的保护效果、氧化程度、焊缝X射线检测结果、熔敷金属化学成分及焊缝力学性能等各项技术指标均达到了设计要求,保证了产品的焊接质量。     

电子束熔丝沉积快速制造成型技术与组织特征

利用电子束熔丝沉积快速制造技术制备了TC4钛合金薄壁结构和实体结构试样,分析了成型技术特点,探讨了组织形貌特征及形成机制。研究表明:对于薄壁结构,采用合理的工艺参数,获得的熔积层的宽度为7.4mm,层高为1.5mm;结构纵截面的组织形貌特征是原始β柱状晶与沉积高度方向大约成15°角,较为粗大,宽3～5mm,单个柱状晶贯穿几层到十几层熔积层不等。对于实体结构,熔积间距为4.7mm时得到的试样表面较为平整,熔积高度基本一致;试样纵截面可观察到明显的层带,而原始β柱状晶垂直向上生长。     

大厚度比窄焊缝不锈钢薄板缝焊工艺研究

采用电阻缝焊方法对航天推进剂贮箱用0.086 mm厚不锈钢网片(022Cr17Ni12Mo2)和1 mm厚不锈钢支板(1Cr18Ni9Ti)进行搭接缝焊工艺试验,通过控制不锈钢支板变形量和网片变形张力,检查焊缝外观质量、密封性和内部质量,解决了接头组合材料厚度比大于10:1和焊缝宽度1~1.2 mm的不锈钢薄板缝焊难题。研究结果表明,采用合适工艺参数可以避免缝焊过程焊缝成型不良等问题,保证了焊缝密封性;采用专用工装对缝焊过程不锈钢支板变形进行控制和焊后校形处理,可有效控制不锈钢薄板焊接变形;通过缝焊过程网片表面张力的调节,达到了控制网片性能的目的。     

Influence of simulated high-G on the weld size of aL–lI alloy

Whether welding processes are used on earth or in space, they have the same objective: to obtain defect-free welds. To fully understand the effect of gravity on the weld pool geometry and solidification one should perform experiments within a broad range of gravitational acceleration. High-gravity arc welding experiments were done on Al–Li alloy using the centrifuge called Multi-Gravity Research Welding System (MGRWS). At a high “g” level, buoyancy-driven flow is the dominant force in the weld pool over the Marangoni and the electromagnetic forces. Preliminary results show that the average grain size in the fusion zone at 1g is smaller that at 5g.     

热沉用不锈钢管铜翅片自动焊接技术研究

热沉是空间环境模拟设备的重要组成部分,其主要功能是为试验件提供冷黑环境。不锈钢管与铜翅片的管板结构热沉是近几年发展起来的一种新型热沉,该热沉制造的关键工艺—不锈钢管与铜翅片的异质金属焊接。目前采用的焊接方法为手工钨极氩弧焊（不填焊丝）,它在生产效率和产品可靠性方面不适应当前任务需求,急需研制不锈钢管铜翅片自动焊接装置,进一步改进加工工艺方法。文章详细介绍了该自动焊接的工艺装备研制和焊接技术参数的选择。     

KM8不锈钢板式热沉激光焊接工艺研究

热沉是空间环境模拟器的重要组成部分之一,用于在真空热试验中产生冷黑环境。我国目前正在研制的KM8空间环境模拟器和KM7A空间环境模拟器的热沉均采用不锈钢板式结构,而不锈钢板式热沉的焊接加工工艺是亟需解决的技术问题。文章介绍了在KM8不锈钢板式热沉激光焊接工艺研究中,采用不同的工艺参数焊接了不同厚度的搭接组合板试件后,对这些试件进行了力学拉伸试验和焊缝分析与检测,并根据检测结果确定了不同厚度板材组合的最佳搭接焊接工艺参数。这些工艺参数在后续的生产实践得到了有效验证。     

Friction Stir Welding of Metal Matrix Composites for use in aerospace structures

Friction Stir Welding (FSW) is a relatively nascent solid state joining technique developed at The Welding Institute (TWI) in 1991. The process was first used at NASA to weld the super lightweight external tank for the Space Shuttle. Today FSW is used to join structural components of the Delta IV, Atlas V, and Falcon IX rockets as well as the Orion Crew Exploration Vehicle. A current focus of FSW research is to extend the process to new materials which are difficult to weld using conventional fusion techniques. Metal Matrix Composites (MMCs) consist of a metal alloy reinforced with ceramics and have a very high strength to weight ratio, a property which makes them attractive for use in aerospace and defense applications. MMCs have found use in the space shuttle orbiter's structural tubing, the Hubble Space Telescope's antenna mast, control surfaces and propulsion systems for aircraft, and tank armors. The size of MMC components is severely limited by difficulties encountered in joining these materials using fusion welding. Melting of the material results in formation of an undesirable phase (formed when molten Aluminum reacts with the reinforcement) which leaves a strength depleted region along the joint line. Since FSW occurs below the melting point of the workpiece material, this deleterious phase is absent in FSW-ed MMC joints. FSW of MMCs is, however, plagued by rapid wear of the welding tool, a consequence of the large discrepancy in hardness between the steel tool and the reinforcement material. This work characterizes the effect of process parameters (spindle speed, traverse rate, and length of joint) on the wear process. Based on the results of these experiments, a phenomenological model of the wear process was constructed based on the rotating plug model for FSW. The effectiveness of harder tool materials (such as Tungsten Carbide, high speed steel, and tools with diamond coatings) to combat abrasive wear is explored. In-process force, torque, and vibration signals are analyzed to assess the feasibility of on-line monitoring of tool shape changes as a result of wear (an advancement which would eliminate the need for off-line evaluation of tool condition during joining). Monitoring, controlling, and reducing tool wear in FSW of MMCs is essential to the implementation of these materials in structures (such as launch vehicles) where they would be of maximum benefit.     

带活性剂的氩弧焊接(A-TIG)技术工艺研究

对A—TIG技术的发展情况、机理进行了阐述，通过课题研究自主研制出了针对ICr18Ni9Ti和S-03两种材料的焊接用活性剂，用所研制出的活性剂进行了厚度为6mm、8mm的1Cr18Ni9Ti平板对接试件及6mm厚度S-03钢材料平板对接试件的自动和手工A-TIG焊接，完全满足QJ1842-95《结构钢、不锈钢熔焊技术条件》Ⅰ级接头要求，表明所研制的活性剂及工艺技术具有较强的工程适应性。     

大型薄壁多层编织铜超声焊接接头组织与性能

利用超声波焊接技术实现大平面超薄铜箔与多股双层镀银编织铜的焊接,该技术服役于将来的中国空间站。分析了不同参数对连接力学性能的影响,利用扫描电子显微镜对典型接头界面处的微观组织特征进行了分析,并采用有限元仿真的方式对连接行为进行了仿真。结果表明:采用超声波焊接实现了薄壁铜层与镀银编织铜的焊接,焊点连接面处组织致密,无明显缺陷;焊点连接处由Ag和Cu元素组成,焊接温度远未达到熔点,为低温连接行为,其连接机理为扩散连接;在焊接能量为120 J、0.276 MPa参数下,母材拉脱力可达到90 N。     

轨控发动机不锈钢喷注器扩散钎焊工艺

为研制新型轨控发动机所用的喷注器,对不锈钢环槽多层板进行了扩散钎焊工艺研究。随着焊接温度和保温时间的增加,焊缝与母材间各元素的扩散程度逐渐加深;扩散未完全时焊缝由靠近母材的固溶体和中部的化合物组成,扩散完全时焊缝全部由固溶体组成。中间层内Ni、Si、B向母材扩散,母材内Fe向中间层扩散;Ni、Fe、B扩散速度较快,Si扩散速度较慢;Si和B的含量决定组织形态,Ni的含量影响接头强度。接头抗拉性能与扩散程度成正相关,其极限值已达母材的101%;接头断口形貌最初为准解理完全脆断,随后发展到细韧窝部分塑断,最终呈现为大韧窝完全塑断。对于40μm厚的B—Ni2中间层,最佳焊接温度、保温时间和加载压强分别为1050~1075℃、2 h和0.01~0.02 MPa。最佳工艺参数先后成功应用于模拟件和产品,焊接的某新型发动机已通过试车考核。     

Hydrodynamics during melting of an electroconductive sample in microgravity conditions under contactless positioning by electromagnetic forces

MHD-flow during melting of a spherical metal sample under contactless positioning by alternating magnetic field produced by two circular turns with currents, is investigated. It is shown that when the currents supplying the turns are opposite in direction, electromagnetic forces, originating from the interaction of the Foucault currents with alternating magnetic field, induce two torus-like eddies in the interior of the molten metal drop.     

电连接器接点焊接工艺研究

针对航天产品电连接器接点焊点与引线断裂失效问题,分析了焊接过程中助焊剂、焊料、焊接工具和防护套等对接点焊接质量的影响。结合实践经验,提出相关工作参数和材料的选取原则,确定了生产中焊接技术的质量控制点。     

CMT增材制造工艺对5356铝合金熔敷层组织及力学性能的影响

采用冷金属过渡(CMT)电弧增材方法,以5356铝合金焊丝为试验对象,研究了送丝速度与焊接速度对5356铝合金电弧增材制造成形的影响,并分析了熔覆层微观组织特性和增材试样的力学性能。结果表明:送丝速度和焊接速度是电弧增材制造尺寸精度的重要影响因素;熔覆层微观组织可分为3个区域。不同焊接速度下,增材试样的力学性能均超过焊丝拉伸强度标准值,抗拉强度平均值达到274.7 MPa。     

脉冲TIG焊参数对铝合金焊缝组织与性能的影响

通过采用脉冲变极性TIG焊接方法对1.5 mm厚的5A06铝合金和L3纯铝以及3 mm厚的5A06铝合金和5A06铝合金试板进行焊接试验,研究了在其它两个条件不变的情况下脉冲频率、基值电流和占空比分别对焊缝组织与力学性能的影响规律。研究结果表明:当脉冲频率为100 Hz,基值电流为峰值电流的10%～33%,占空比为50%～66%时,焊缝具有良好的组织和力学性能。     

变极性等离子弧焊设备及其铝合金焊接工艺研究

介绍了国产变极性等离子弧焊（VPPAW）设备的组成、变极性电源主电路的工作原理。以及微机控制和焊炬等关键技术。用该设备对不同厚度的高强度可热处理强化铝合金试样、贮箱缩比及1：1试验件进行了VPPAW，并分析了接头形式、起弧与收弧、焊接工艺参数确定、常见缺陷、焊接组织及其力学性能。焊接试验结果表明，用VPPAW设备焊接的铝舍金厚度可达14mm，与交流钨极惰性气体保护焊（TIG）相比，其焊缝质量佳，接头性能优。     

电子辐照下聚酰亚胺薄膜的深层充电现象研究

空间辐射环境下聚合物绝缘材料的深层充放电效应是威胁航天器安全的重要因素之一。文章利用能量为5～100keV的单能电子枪,研究了不同束流强度电子辐照下聚酰亚胺薄膜样品的深层充电过程。实验表明,在102pA量级的电子束辐照下,聚酰亚胺薄膜样品的表面电位迅速上升后缓慢变化,最终可以达到几kV。在一定条件下,样品表面电位随着辐照电子束流密度和样品厚度的增加而增大;充电达到平衡所需的时间随着辐照电子束流密度和样品厚度的增加而减少。辐照截止后聚酰亚胺薄膜样品内部电荷的泄放需经历较长时间,由衰减时间常数推测出的样品电阻率要比采用传统测量方法得到的结果高一个量级。     

基于粒子云方法研究地磁场对运动电子束的时空分布影响

空间电荷效应是空间带电粒子分布直接产生的相关效应,对于理解空间辐射环境有着重要意义。为研究地球磁场对空间电荷效应的影响,文章通过数值求解Poisson方程和相对论粒子运动方程,建立粒子云（particle-in-cell, PIC）自洽模型,并构建地球偶极子磁场模型作为内磁层背景磁场（空间分布L值为3～7）。在模型基础上,给出内磁层典型电子束结构（能量0.1～100 keV）的两种初始分布（Uniform和Gaussian分布）,模拟电子束在地磁场影响下的动力学过程。结果表明:电子束结构受地磁场影响出现纵向的整体偏转,并由于自场效应产生了纵向的拉伸和横向的发散;电子束整体的偏转角主要受地磁场强弱以及电子束运动与磁场夹角影响,而拉伸和发散效应则主要受电子束能量等参数所影响。     

电阻点焊的可靠性控制

为了提高了生产点焊工艺中焊点焊接质量可靠性，提出了优化焊点质量的途径和方法，确定了合理的质量保证措施。通过全过程质量控制的方法对焊接质量加以有效的保证，并对焊接过程进行分析和监控，确定外界因素对焊点质量的影响大小，制定改进措施，采用可靠性工程技术进行辅助分析，提高点焊产品的焊接质量。     

大气环境电子束材料表面强化机理数值模拟

建立了大气环境电子束材料表面强化过程的多阶段数值模型,用于对电子束与材料表面层的相互作用过程和结构与相变过程进行研究。通过应用这一模型,使得对材料表面强化中电子束传输、温度演化和相变动力学等多参数研究成为可能,由此建立了电子束输入参数与结构相变结果之间的关系。