6061铝合金激光焊温度场与应力场数值模拟研究

为了解决激光焊接铝合金对接接头的质量问题,本文采用热-结构耦合有限元技术,建立了在移动高斯热源作用下的三维激光焊接温度场和应力应变场的计算模型。首先,利用有限元软件MSC.Marc模拟焊接过程中试片级试样的温度和应力的变化及其变形情况;其次,研究试样瞬态温度场和应力应变场的变化规律及其分布特征;最后,探讨激光功率和焊接速度对接头质量的影响规律。试验中所选取的激光功率和焊接速度等工艺参数均通过数值模拟进行优化,并根据优化后的工艺参数完成激光焊接4 mm厚6061-T6铝合金平板对接试验。通过对焊接接头形貌的观察及分析进行热源校核,结果表明:仿真计算得到的焊接熔池边界温度达到6061铝合金熔点以上,且其形状分布与实际试验所得焊缝边界基本吻合,从而验证了模拟结果的准确性和可靠性。     

1Cr18Ni9Ti脉冲激光焊接工艺研究

介绍了采用YAG脉冲激光器焊接不锈钢1Cr18Ni9Ti的工艺过程,通过调整离焦量、焊点重叠率、峰值功率和脉冲宽度进行试件焊接,并对焊缝熔深进行检测。试验结果表明:离焦量对焊缝熔深影响较大,负离焦量时可以获得较大的焊缝熔深;峰值功率对焊缝熔深影响最大,但峰值功率过大易出现焊接飞溅;焊点重叠率与焊缝熔深有效性密切相关,对产品密封性能影响大;脉冲宽度对焊缝熔深影响较小,对焊缝表面成形状态影响较大。针对推进系统中阀门壳体激光焊缝熔深要求,优化了工艺参数。采用上述工艺规范焊接的阀门产品已经过飞行考核。     

SiCw/6061A1激光焊规范参数对接头强度的影响

碳化硅晶须增强铝复合材料具有高比强度、比刚度、耐高温等优点,其可焊性较差,但采用激光焊接方法,用合适的焊接规范,可得到外观及性能良好的焊接接头。激光焊的功率和保护气体对焊接接头强度影响很大,功率过小时,未焊透会使接头强度降低,功率过大将使SiC烧损严重且有氧化物、硅块等夹杂,使接头强度降低。对于厚度为2mm的对接缝,比较合适的功率为190W左右,此时脉冲频率30Hz、胀冲宽度7ms、焊接速度5mm/s,保护气体氮或氩的效果无差异,为降低成本,在SiGw/6061A1激光焊时建议用氮气保护。焊接接头强度可达142MPa,相当于母材强度的53％。为进一步提高焊接接头强度,加大保护气体流量,使用某些含脱氧剂的填料或加入Si粉等等应是合理途径。     

自锁阀激光焊接工艺研究

研究了自锁阀激光焊接焦点位置与焊缝熔深之间的关系、焊接速度和激光功率与焊缝熔深之间的关系,分析了随着激光功率增加,不同焦点位置的焊接过程依次经历稳定热导焊,热导焊、深熔焊交替进行的不稳定焊接和稳定深熔焊接三种模式,进而研究了稳定焊接模式下工艺参数与焊缝熔深之间的关系,得出了自锁阀在稳定焊接模式下的最佳焊接工艺规范参数.采用该激光焊接工艺规范焊接的常压和高压自锁阀焊缝外观质量、气密、液压以及焊缝氦质谱检漏试验结果全部满足设计要求.常压和高压自锁阀已经应用于嫦娥五号、探月工程、东风导弹武器系统、货运飞船、921-3推进分系统、东方红三号等推进系统的液体火箭发动机之中.     

空间发动机激光焊功率阈值研究

对空间发动机模拟件进行了激光焊功率阈值研究,结果表明:焊接速度、离焦量、光束质量、保护气体等工艺因素均与阈值区间有关,阈值区间与焊接速度和离焦量成正向关系,光束质量对阈值区间的影响需要用焊接试验的实测值来确定,保护气体成分对YAG激光焊的阈值区间基本没有影响,但吹送方式和流量对阈值区间有明显作用。在空间发动机激光焊功率阈值的理论研究与工艺试验基础之上得到了最优激光焊工艺规范,采用该规范焊接的产品已通过了飞行试验考核,由此表明:空间发动机激光焊功率阈值研究的结果是正确、合理和有效的。     

膜片隔离阀脉冲激光焊接工艺分析

膜片隔离阀广泛应用于单组元液体火箭发动机,金属膜片和壳体的激光焊接是该产品需重点关注的工艺过程。通过分析产品焊接结构,得出宜采用热导焊、短焦镜头和低峰值功率进行膜片隔离阀脉冲激光焊接的结论。设计脉冲宽度、脉冲频率、重叠系数和离焦量的4因素正交试验,通过分析焊缝外观质量和接头熔深,获得各因素影响焊缝熔深的主次顺序及适用于膜片隔离阀的激光焊接参数。提出采用修正功率密度综合表征脉冲能量和离焦量对熔深的影响,分析结果表明,焊缝熔深随着修正功率密度的增加而增大,膜片隔离阀需选取较小修正功率密度和较低焊接速率或者较大修正功率密度和较高焊接速率来满足其性能要求。采用正交试验获得的激光焊接工艺规范所生产的膜片隔离阀,焊缝质量、密封质量和破裂压力稳定性均能满足设计要求。目前,膜片隔离阀已配套至多种型号飞行产品,并通过了飞行及试车考核。     

激光-TIG复合焊接温度场和应力场的有限元分析

用旋转高斯曲面体热源模拟激光束作用、双椭球热源模拟TIG电弧作用,建立了激光-TIG复合焊接的有限元模型。基于建立的热源模型对厚3mmTC4钛合金板材的激光焊、TIG焊、激光-TIG复合焊接的温度场和应力场进行耦合分析,比较了焊接过程中工件的温度场和残余应力分布。结果表明：TC4钛合金激光焊接变形和残余应力实验结果与数值计算值吻合较好,证明了该组合热源模型的适用性。     

小尺寸封装(SOP)器件焊点可靠性研究

从器件引脚镀层种类、厚度、焊接参数和焊盘设计等几个方面对小尺寸封装(small outline package,简称SOP)器件焊点可靠性的影响作了分析,给出了提高焊点可靠性的方法,并通过UG软件建立了电路板和SOP焊点的三维有限元模型,进行了SOP器件焊点在近似试验载荷条件下的应力应变三维有限元数值模拟,得出了焊点内部精确的应力应变分布。     

铌铪喷管延伸段激光点焊工艺研究

通过研究δ_1=1+1 mm和δ_2=1+0.7 mm两种厚度组合的Nb Hf10-1铌铪合金搭接结构圆形轨迹运动方式激光点焊焊缝熔深与焊接速度、焊缝熔深与焊接功率以及焊缝抗剪力/热输入量与试验序号之间的关系,得到了激光点焊工艺规范,安装有采用该工艺规范焊接完成的Nb Hf10-1铌铪合金喷管延伸段的发动机通过了高模试车考核。     

带有接地式焊盘器件软钎焊接方法的研究

依据软钎焊接原理,将带有接地式焊盘器件的软钎焊接方法分为手工软钎焊接方式、表面贴装技术设备软钎焊接方式、半手工加热台软钎焊接方式三类,并进行了比较研究。对使用三种不同方式进行焊接的产品,进行了焊点的力学性能试验、环境电性能试验,并使用有限元数值模拟方法对焊点在温度冲击载荷下的力学性能进行了计算分析。研究表明,半手工加热台软钎焊接方式完全满足带有接地式焊盘器件的软钎焊接需求,是一种经济可行的加工方式。     

A-TIG焊接技术在奥氏体不锈钢焊接中的应用研究

简要介绍了A-TIG焊接的工艺特点和国内外发展概况。研究了A-TIG焊接技术中活化剂对0Cr18Ni9奥氏体不锈钢焊缝熔深的影响。分别考察对比了不锈钢A-TIG焊及普通TIG焊焊接后所得两种焊缝的机械性能、化学成分、金相组织、铁素体含量及焊缝抗晶间腐蚀性能。结果表明：A-TIG焊接具有与TIG焊间等优良的焊缝质量，并可大幅度地增加焊缝的熔透量，提高焊接效率。     

15CrMoR＋Incoloy825复合板的焊接工艺

通过大量的焊接工艺试验、分析及工艺评定试验验证,确定了15CrMoR＋In—coloy825复合板焊接及在15CrMoR基体上堆焊Incoloy825复合层最佳的焊接工艺规范参数及焊接工艺方法。熔敷金属（包括堆焊金属）的力学性能、化学成分及复合层的耐腐蚀性能等各项技术指标均达到了设计要求。     

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。     

太阳电池阵新型互连片微连接技术探讨

太阳电池阵由多个太阳电池单体串并联组成,焊接部位多,因此电池电路的互连成为其可靠性的制约因素。文章通过分析太阳电池阵新型互连片焊接影响因素,并进行焊接工艺试验验证,摸索出新型互连片的焊接参数,满足太阳电池焊接强度要求,为航天器的长寿命设计提供参考。     

超高真空环境冷焊与防冷焊试验现状与建议

国外的冷焊试验从环境压力(真空度)、试件温度、试验接触面的法向压力、试验表面光洁度污染情况以及接触面是否有相对运动等主要影响因素进行分析;同时采用用于冷焊效应研究的环境试验卫星进行空间冷焊试验;在冷焊防护方面也进行了大量飞行试验及地面模拟试验,试验表明三氧化二铝、二氧化锆、三氧化二铬及二硫化钼等薄膜层能有效降低金属面间的摩擦系数,可以防止冷焊效应的发生。国内冷焊试验主要是地面模拟试验,文章对国内各种超高真空冷焊及防冷焊试验设备分别从用途、技术指标和设备组成等几方面作了详细介绍。并对今后这方面的研究方向提出了建议。     

小直径超薄壁管纵缝的激光焊接

小直径超薄壁管纵缝焊接的主要问题是烧穿,解决这个问题的关键是严格控制焊接接头的装配质量及焊接工艺。本文介绍了采用激光焊接小直径超薄壁管纵缝的焊接经验,对整个生产过程中的关键问题进行了分析。     

肼推进系统管路工艺孔的一种自动焊技术

介绍了氩气保护自动堵孔焊技术及其所用设备、换气焊接系统、焊接电源等。同时给出了试样焊接、模拟实样堵焊试样的检测试验数据。介绍了焊接的质量，试验表明，各项数据全部符合设计要求。实践证明，自动堵孔焊技术是完全可行的，其设备稳定可靠，重复性好。     

钛合金导管的全位置氩弧焊工艺

某型号导管采用钛合金导管，这些钛合金导管规格多，焊缝及工艺孔堵焊数量多。通过大量工艺试验及实际生产应用，分析出影响焊缝质量的主要因素并采取相应有效的措施，总结出一套高效率的生产工艺，提高了钛合金管路焊接质量和焊接生产效率。同时研制开发出一套生产工艺简便而又十分有效的钛管工艺孔堵焊技术，保障堵焊缝的质量并节约了大量的资金、时间     

铝合金联装架焊接残余应力和变形数值模拟

基于SYSWELD有限元分析软件,以某新型战术型号铝合金联装架为产品对象,选取支撑框配对组件、弹位组件和立方体组件为典型结构件进行焊接残余应力和变形数值模拟,以期表征铝合金联装架焊接过程的残余应力分布和变形趋势。结果表明:焊缝及其附近热影响区的Von-Mises应力较高,甚至超过了5A06铝合金材料的常温屈服强度;支撑框组件焊后最大变形出现于长矩形管中央,约为6.44 mm;弹位组件的焊接变形整体表现为凹向三维结构内腔,焊接变形也多集中在长矩形管上,最大变形约为5.21 mm。另外,采用对称分散焊过程产生的焊接变形量小于逐条焊缝焊接过程,但焊接残余应力趋势则相反。