超声能对铝合金搅拌摩擦焊焊缝成型的影响

为了探究超声能对铝合金搅拌摩擦焊（FSW）焊缝成型及焊缝缺陷的影响机理，采用数值模拟和试验验证相结合的方法，设计了同等工艺条件下的超声辅助搅拌摩擦焊（UAFSW）与搅拌摩擦焊的流场仿真和试验对比。通过分析2种焊缝横截面上热塑性金属的流动矢量和金相组织，研究了超声能导入后焊缝热塑性金属的流动变化情况。分析结果表明:超声能导入，使铝合金搅拌摩擦焊焊缝内金属的水平绕流方式演变成倾斜绕流方式，并使上下2个独立流场实现交汇统一，而且使焊缝金属最低流速提升近一个数量级，焊缝成型完整度明显增强，焊缝缺陷率大幅降低。      

OCrl8Ni9Ti超音频脉冲TIG焊接头组织与性能

采用研制的基于新型IGBT拓扑电路的超音频直流脉冲TIG焊电源焊接0Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢,并与常规直流TIG焊获得的接头进行对比.分别对各接头进行X-射线探伤检测,接头的抗拉强度测试,焊缝金相显微组织与拉伸断口SEM照片观察对比.试验结果分析表明:采用超音频脉冲TIG焊工艺的焊接接头,随着脉冲电流频率提高,焊缝的粗晶区变窄,晶粒逐渐细化,且焊缝中心细小等轴晶所占区域扩大;与常规直流TIG焊相比,30kHz的超音频直流脉冲TIG焊焊缝中心晶粒更细小,接头的抗拉强度与延伸率分别得到提高.     

火箭贮箱全搅拌摩擦焊实现“三步走”

<正>近日,中国运载火箭技术研究院火箭总装厂成功掌握火箭贮箱主焊缝的"全搅拌摩擦焊技术",贮箱全搅拌摩擦焊"三步走计划"全面实现,技术能力达国际先进水平。"三步走计划"指实现筒段纵缝焊接;完成箱底全搅拌摩擦焊研究,并实现工程化应用;实现贮箱卧式全搅     

超音频脉冲TIG焊电源拓扑及电弧焊适用性

研制出一台超音频直流脉冲TIG(Tungsten Inert Gas)焊电源,对该电源的拓扑结构及工作原理进行了介绍.与常规直流TIG焊电源相比,该电源可输出不同频率、均具有陡峭的上升、下降沿的脉冲电流,电流变化率大于50A/μs.该电源的基值电流、峰值电流、脉冲电流频率、占空比等焊接工艺参数调节方便,使该电源不仅能够焊接薄板,而且能够适用于中厚板的焊接.通过对比常规直流TIG焊和超音频直流脉冲TIG焊焊接的1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢焊缝的微观组织,发现采用超音频直流脉冲TIG焊工艺的焊缝粗晶区变窄,晶粒细化现象显著.试验结果表明:所研制的超音频脉冲TIG焊电源具有良好的弧焊适用性.     

整体叶盘叶片焊缝裂纹相控阵超声检测

裂纹是线性摩擦焊整体叶盘结构制造过程中叶片焊缝区域常见的缺陷类型之一。由于叶片焊缝区域结构复杂且裂纹缺陷尺寸小,因此焊缝区域裂纹缺陷的检测难度大。为了满足新工艺的应用要求,研究了焊缝区域的相控阵超声全覆盖检测方法,建立了焊缝区域相控阵超声检测的有限元仿真模型,研究了裂纹特征参数和声束聚焦点位置对检测方案的影响,验证了检测方案的可行性与正确性。构建了机器人化的相控阵超声检测系统,模拟了声束在线性摩擦焊叶片试样中的传播过程,实现了对叶片中预制裂纹缺陷的识别。研究结果表明,设计的检测方案能够满足叶片快速检测的要求。     

高压脉冲电子束的控制及其对焊缝形貌影响

研制出一台150 kV/30 kW高压脉冲电子束焊机,介绍了控制脉冲束流产生的偏压脉冲电源拓扑电路结构及脉冲束流频率、占空比、束流基值、束流峰值的调节控制技术.在0~1 kHz频率范围内,该电源可输出最大幅值200 mA的脉冲电子束束流,且工艺参数调节方便.分别采用脉冲束流与连续束流电子束工艺焊接了1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢,对不同工艺的焊缝形貌进行了对比分析.与连续束流电子束焊接工艺相比,采用脉冲电子束焊接工艺的焊缝熔深增加,深宽比增大;对于脉冲电子束焊接工艺,占空比给定时,随着束流频率增加,焊接缺陷减少.试验结果表明:脉冲束流频率、占空比是影响焊缝成形的关键工艺参数;脉冲调制方式控制偏压是获得高压脉冲电子束的理想控制技术之一.      

钛合金蜂窝结构蒙皮脱焊缺陷锁相红外热成像检测

蒙皮脱焊是钛合金蜂窝结构制造和服役过程中最常见的缺陷类型。受钛合金材料热导率低的影响,钛合金蜂窝结构中蒙皮越厚,红外热成像检测时其表面反映脱焊缺陷信息的温度差异信号就越弱,检测难度就越大。针对这一问题,研究了不同蒙皮厚度钛合金蜂窝结构锁相红外热成像检测时调制频率的选取范围。建立了钛合金蜂窝结构锁相红外热成像检测有限元模型,分析了蒙皮表面温度在调制热流作用下的变化历程,基于相关算法提取了蒙皮表面对应缺陷区和非缺陷区的相位差,分析了相位差与调制频率、蒙皮厚度的关系。利用锁相红外热成像检测系统对预制脱焊缺陷的蜂窝试件进行了实验研究,获得了缺陷区与非缺陷区信号相位差与调制频率的关系。研究结果表明,针对蒙皮厚度为0.6~2.0 mm的钛合金蜂窝结构,采用0.04~0.10 Hz的调制频率能够获得最佳检测结果。研究结果为钛合金蜂窝结构实际检测提供了工艺指导。      

基于深度学习的焊缝PAUT数据智能化分析方法

超声相控阵检测技术(PAUT)凭借其突出的技术优势被广泛应用在船舶、铁路、石油石化和航空航天等诸多领域。在焊缝超声相控阵检测(PAUT)中，对检测数据缺陷的识别定位目前多采用传统的人工判读方式，判读效率较低，对检测人员的判读经验有较高要求，难以满足自动化超声检测的要求。基于深度学习中的目标检测和跟踪算法构建智能识别模型，通过对焊缝超声相控阵检测的S、B扫图特征进行融合，并结合焊缝的三维结构信息，识别并定位出缺陷在焊缝中的三维空间位置。实验结果显示: 缺陷框的平均三维IOU(预测三维缺陷框和实际三维缺陷框的平均交并比)达到0.644 9，较为接近缺陷的真实空间位置，可以实现焊缝超声相控阵检测成像结果智能识别和定位。      

焊接缺陷对异种铝合金TIG对接接头疲劳行为的影响

以5A06-O/7A05-T6异种铝合金钨极氩弧焊（TIG）对接接头为对象,通过疲劳试验数据和断口形貌分析,研究了气孔缺陷和未熔合缺陷对焊接接头疲劳性能的影响规律及机理。结果表明:气孔缺陷和未熔合缺陷对5A06-O/7A05-T6对接接头的疲劳性能均产生不利影响,且缺陷的大小、位置与载荷的交互作用是影响疲劳裂纹提前萌生的主要因素,同一应力水平下,疲劳裂纹更易萌生于尺寸较大且位置更接近于材料表面的焊接缺陷处,而随着应力水平的降低,焊接缺陷对焊接接头疲劳性能的不利影响更为显著;与气孔缺陷相比,未熔合缺陷边缘的应力集中效应更明显,更易导致疲劳裂纹萌生,且焊接接头组织相较于焊接母材组织更脆,疲劳裂纹以穿晶和沿晶形式交替扩展,使疲劳寿命进一步缩短。      

飞机复杂蒙皮拉形模具型面设计方法

针对目前复杂蒙皮拉形工艺中拉形模的设计没有实用、详细设计方法的情况,从改善毛料拉形过程中的应变分布出发,提出了一种基于"截面线等长"的拉形模型面设计方法,即通过工艺补充面的灵活设计,实现模具沿各个拉伸方向上的截面线长度趋于一致,以使毛料在贴模后各个截面的延伸率尽可能的接近,再通过工艺补充面的曲率和切向的调整,使毛料在拉形时应变分布更加均匀,以减少甚至避免与应变分布相关的各种缺陷的出现.通过某型号飞机复杂蒙皮零件模具型面的设计及拉形过程的有限元模拟分析,验证了这一拉形模具型面设计方法的合理性和有效性.      

高强铝合金复合脉冲VPTIG焊缝组织和性能

采用超快速变换复合超音频脉冲方波变极性TIG电弧焊接工艺进行2219-T87高强铝合金焊接,研究分析了焊缝显微组织和接头拉伸性能变化.结果表明,2219-T87铝合金复合超音频脉冲电流变极性焊接接头的组织和性能均发生显著变化,焊缝区显微组织明显细化,由粗大柱状晶向细小等轴晶转变,接头抗拉强度和断后伸长率显著提高.接头断口由脆性断裂主要特征转变为"韧性+脆性"的混合型断裂模式.在一定范围内,脉冲电流频率越高,脉冲占空比越小,作用效果越明显.复合超音频脉冲电流频率为40 kHz,脉冲电流占空比为20%时,接头抗拉强度和断后伸长率分别达到母材金属的70%和58%.     

模拟海洋环境中两种结构钢焊接接头腐蚀特性

采用周浸实验模拟海水周期浸润环境,中性盐雾实验模拟海洋大气环境,加以恒载荷拉伸应力条件研究了10CrNi3MoV和12MnSiNiCrMo两种结构钢焊接接头的腐蚀特性,并测试分析了其焊接接头各处的动电位极化曲线.通过金相分析研究了两种钢焊缝区、热影响区与母材的显微组织差别.结果表明:两种钢的焊缝区较母材更易发生腐蚀,应力腐蚀断裂位置均位于焊缝区,且焊缝区腐蚀电流密度最大,母材最小;10CrNi3MoV钢焊接接头的耐蚀性能要好于12MnSiNiCrMo钢,在较低和较高应力水平下10CrNi3MoV钢焊接接头的耐应力腐蚀性能也优于12MnSiNiCrMo钢,同时12MnSiNiCrMo钢各区腐蚀电流密度都远大于10CrNi3MoV钢.焊接后不同区域金相组织的差别是造成上述现象的原因,母材区适量的针状铁素体能够保持其强韧性和耐蚀性,焊缝区过量的铁素体则导致其耐蚀性和耐应力腐蚀性能降低.     

Al-Li合金搅拌摩擦焊搭接接头的疲劳性能

通过疲劳寿命试验、疲劳断口和金相组织分析,研究了Al-Li合金搅拌摩擦焊搭接接头的疲劳性能,分析了接头前进侧热机影响区(TMAZ, Thermal-Mechanically Affected Zone)出现的"钩状缺陷"对其疲劳性能的影响.结果表明,钩状缺陷容易引起裂纹萌生及扩展,减小接头的有效承载板厚,适当缩短搅拌针长度可以改善钩状缺陷,提高接头力学性能.母材与搭接接头的疲劳S-N曲线研究表明:在高疲劳应力下,接头的疲劳寿命接近母材,但随着疲劳应力水平降低,接头的疲劳寿命急剧下降,200万循环周次下的疲劳强度仅达到80 MPa,为母材的35%.     

双面电弧焊接工艺及物理过程分析

双面电弧焊接DSAW(Double-Sided Arc Welding)是近年来出现的一种焊接新工艺,它可以有效地增大焊缝熔深、减少焊接缺陷、降低焊接变形、提高焊接速度、节约能源消耗.从实际应用角度,介绍了DSAW工艺的基本形式,讨论了单电源及双电源情况下的工艺原理,重点对单电源DSAW工艺增大熔深的机理进行了分析,从电弧物理角度揭示了双面电弧的焊接机理,对DSAW工艺的推广应用具有很好的指导意义.      

2UPR-RRU并联机构及其运动学分析

针对航天制造中轻金属材料搅拌摩擦焊的焊接需求,提出一种以2UPR-RRU构型的1T2R三自由度并联机构为主要执行机构的焊接装备。基于螺旋理论分析了该构型在一般位型和特殊位型下的约束螺旋系和自由度性质,指出该构型是具有两转一移的全周自由度机构。建立2UPR-RRU并联机构运动学模型,利用闭环矢量法建立动平台位姿与各驱动支链的关系,推导其运动学的正反解;在正解过程中构造优化目标函数,采用粒子群优化（PSO）算法分析了位姿输出与驱动关节输入的关系,得到了驱动输入的精确解。基于输入/输出速度雅可比矩阵分析了机构的奇异性问题,指出该构型避免存在驱动奇异的条件,研究表明该机构具有较好的运动学特性和驱动特性,具备良好的应用潜力。      

超音频复合脉冲GMAW电源设计

提出了一种全新的脉冲熔化极气体保护焊(GMAW)方法,并研制出新型超音频复合脉冲GMAW电源,即在传统脉冲GMAW电流基础上复合叠加频率为20~80 k Hz、电流幅值为0~100 A、占空比为0%~100%的连续可调的超音频脉冲电流。设计了并联结构的主电路拓扑及MCU+DSP双处理器数字化控制系统,通过软件编程实现了电流给定信号与PWM信号的同步输出及不同逻辑组合,可实现不同工作模式的焊接电流波形输出。对电源输出电流波形的测试结果表明:本文所设计的超音频复合脉冲GMAW电源输出电流波形满足不同工作模式的设计目标,超音频脉冲电流频率在80 k Hz时,仍保持较快的电流上升沿与下降沿变化速率。初步进行了铝合金平板堆焊试验,焊缝成形良好。