基于同质摩擦的涡流搅拌摩擦焊工艺

涡流搅拌摩擦焊(VFSW)是一项新近提出的改型工艺,其利用与工件材料同材质的棒材和外加的支撑套筒作为搅拌工具进行搅拌摩擦焊接,有望在高熔点金属的固相连接、焊接修复等领域取得工程应用.研究了转速对6061铝合金涡流搅拌摩擦焊焊缝成形和接头力学性能的影响规律.试验结果表明,在30 mm/min的焊接速度下,当转速较低时焊缝...     

钛合金薄板激光焊缝成形机理

在2.5 mm厚BT20钛合金激光焊焊缝成形特征的试验观察基础上,分析研究了薄板钛合金激光焊的焊缝成形机理.研究表明,不同的激光模式,不同的焊接工艺,薄板钛合金激光焊的焊缝可出现半圆形、钉头形和沙漏形或近X形焊缝3类特征.这些成形特征取决于激光功率密度和线能量两个阈值.对于3种焊缝成形,激光焊可简化为热导焊、未熔透深熔焊和全熔透穿孔焊3种模式.     

2219铝合金变极性等离子弧穿孔立焊工艺研究

通过典型不等厚度2219铝合金变极性等离子弧(VPPA)穿孔立焊焊接工艺试验,研究了VPPA立焊工艺特性和工艺参数对焊缝成形的影响,并评定了接头的综合性能,确定了接头的最佳焊接工艺。试验表明,采用匹配的工艺参数进行VPPA立焊,可形成稳定穿孔效应和良好成形,其焊缝无任何气孔、夹杂,力学性能和接头质量高于TIG焊缝。     

交流频率及装配质量对单面自动焊接头性能的影响分析

开展了6 mm 2A14-T6铝合金对接接头的单面焊双面成形焊接工艺研究,详细分析了交流频率和装配精度对焊缝成形及接头力学性能的影响规律。结果表明:随着交流频率从60 Hz逐渐增加至80 Hz,2A14铝合金对接接头的平均抗拉强度从356 MPa降低至310 MPa,但接头延伸率没有显著变化。装配精度对焊缝质量的影响分析结果显示:随着装配间隙增大,焊缝背部成形效果变差。当间隙超过20%板厚时,焊缝易直接熔穿或单面切割,无法形成焊漏。随着装配错边增大,焊缝背部成形逐渐变差,出现咬边现象;接头力学性能测试显示,随着装配错边的增加,接头抗拉强度和延伸率均呈逐渐下降的趋势。在实际工程应用中,局部错边应控制在25%板厚范围内。     

LY12CZ铝合金随焊锤击碾压工艺规范研究

针对生产现场大尺寸LY12CZ铝合金薄板(2500mm×6000mm×2mm)的拼焊成形,采用动态随焊锤击碾压焊接新技术,有效防止了LY12CZ铝合金焊接热裂纹的产生,并基本消除了薄板焊接变形。通过调整随焊锤击工艺参数和焊接线能量,使锤击碾压行为与焊接熔池的凝固过程相匹配,从而实现了LY12CZ铝合金焊接无裂纹、小变形的目的。     

层状金属复合材料激光穿透共熔池焊接研究

介绍了一种适用于层状金属复合材料的高效连接技术。在激光穿透焊接时,熔池中液态金属会受到横向温度梯度引起的表面张力和穿透匙孔中喷射蒸汽摩擦力的共同作用而产生上下两个相对独立的涡流,这一现象会使熔池中上部和下部金属保持相对独立,从而促成焊缝金属的上下层状分布特征,利用这一现象,提出了层状金属复合材料的单道激光穿透共熔池高效焊接技术。利用该技术,成功实现了X65/DSS2205双金属层状复合材料的对接焊,焊接接头组织和成分分析结果表明,焊缝组织上部和下部具有明显的差异性和独立特征,焊缝上下部的合金元素发生了相对较小的流动交换,优化的工艺条件可使复层焊缝金属的稀释率小于3%,使得复合板上层焊缝和下层焊缝金属达到了最大的相对独立性。     

AZ31B变形镁合金激光-MIG复合焊焊接组织和性能分析

采用激光-MIC复合焊对10mm厚的AZ31B变形镁合金进行焊接.利用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪等手段分析了焊接接头的外观和截面特征、显微组织、元素分布、焊缝物相和断口形貌等,并检测了接头区域硬度和接头强度.试验结果表明:采用激光-MIG复合焊能获得成形美观的焊缝,无明显的缺陷;焊缝热影响最大宽度位于激光区,约为100μm,焊缝组织为15～25μm的等轴晶粒;相比于母材,焊缝区的镁元素出现烧损,铝和锰元素的比例有一定增加;焊缝区主要为Mg,Al和少量的MgO相.焊接接头硬度值较均匀;焊缝抗拉强度达到222MPa,断口形貌为混合断裂断口.     

2219薄板铝合金浮动式双轴肩搅拌摩擦焊接及组织性能分析

以运载火箭助推器贮箱广泛应用的4 mm厚2219薄板铝合金为焊接对象,研制了浮动式双轴肩搅拌头,分析了内部塑性金属流动模式及特点,并推测出需匹配较低焊接热输入才能获得优质焊缝。工艺探索及优化试验结果直接验证了焊缝内部塑性金属流动模式及推测。接头宏观组织形貌分析结果显示:不同焊接速度下的焊缝横截面宏观形貌都可以观察洋葱环特征,且随着焊接速度提高,洋葱环特征越发增多,并从靠近前进侧的焊核区逐渐向后退侧孕育发展,这也有效验证了薄板铝合金双轴肩搅拌头的设计思路。薄板铝合金双轴肩搅拌摩擦焊接头横截面显微硬度分布均呈"U"型,接头显微硬度最低点位于焊核区与后退侧热机影响区的交界处。接头力学性能测试结果显示:随着焊接速度逐渐升高,接头抗拉强度逐渐升高,且当焊接速度达到350 mm/min时,接头抗拉强度达到最高值。铝合金浮动式双轴肩搅拌摩擦焊接头延伸率整体较高,焊接速度对其影响不大。铝合金双轴肩搅拌摩擦焊接头正、背弯均可以达到180°无裂纹。基于立式纵缝搅拌摩擦焊系统成功实现了2 m长试片的浮动式双轴肩搅拌摩擦焊,累计焊接长度达到60 m,且双轴肩搅拌头完整,未发现裂纹、扭曲或其他损伤。     

活性剂电弧焊机理的初步研究

本文针对不锈钢活性剂电弧焊过程,分析了不同种类活性剂(含单组分活性剂)对焊缝成形、接头熔深、电弧宏观形态的影响,并采用X射线透射微焦高速录像系统,观测了熔池内部液态金属的流动状态和特征,从而,对于不锈钢活性剂氩弧焊过程中出现的现象和相应的机理有初步的认识.实验结果表明,对比常规氩弧焊,在A-TIG焊接条件下,熔池液态金属流动具有剧烈的向内流动特征.进一步的探索性试验研究表明,活性剂技术--这种在钨极氩弧焊工业应用中已被普遍认可和接受的焊接技术很可能在其他弧焊领域得到更广泛的应用.     

稀土对GH4169激光微焊接接头组织性能的影响

通过添加稀土元素Ce对0.2mm厚的GH4169高温合金进行微激光对接焊接,利用光学显微镜、扫描电镜、电子精密拉伸仪测试等分析方法,对比研究稀土元素对焊缝表面成形、接头显微组织及力学性能的影响。结果表明：在添加稀土元素的条件下焊接时,对焊接工艺参数进行正交试验优化,得出焊接最优工艺参数为脉冲功率17%、脉冲频率4.0Hz、脉冲宽度3.1 ms,此时焊接接头断裂在母材。焊接过程中,液态金属流动使稀土在熔池中均匀混合,获得了组织均匀的焊缝。稀土元素能够改变焊缝温度梯度,形成“梯形”状焊缝;同时,稀土元素能够降低接头的显微硬度,增强接头的韧性和塑性。     

焊后热处理对5B70铝镁钪合金板材焊接接头组织性能的影响

以5B71焊丝为焊接填充材料,对厚度6mm的5B70-H32铝镁钪合金板材进行氩弧焊焊接,之后对焊接接头进行280~340℃/1h焊后处理。采用力学性能测试和显微组织评估方法研究了焊后热处理对5B70铝镁钪合金板材焊接接头组织性能的影响。结果表明,合金焊接接头焊缝区为明显的树枝晶组织,采用焊后退火处理后焊接接头焊缝区枝晶明显减少,晶粒更为均匀,同时基体中析出大量A l3(Sc,Zr)粒子;焊后处理能显著提高5B70铝镁钪合金焊接接头的强度,在280~340℃范围内,焊后处理温度愈高,强度升高愈显著,塑性也有所提高;焊缝区A l3(Sc,Zr)粒子析出强化是焊接接头焊后退火力学性能提高的主要原因。     

BT20钛合金激光焊技术研究

针对2.5 mm厚BT20钛合金进行了CO2激光焊和YAG激光焊研究,结果表明由于激光特性不同,形成的焊缝几何特征不同,当焊接工艺适当,可保证焊接过程的稳定性和焊接接头的质量.在激光自熔焊时主要的焊缝缺陷是咬边,这是由于钛合金物理性能和激光高能束流焊特性所致.这种咬边缺陷不利于焊接接头性能,尤其是接头的疲劳性能和断裂韧性.采用活性剂和填丝焊,以及激光旋扫焊可以改善焊缝咬边缺陷,提高钛合金激光焊接头的力学性能.     

2219铝合金搅拌摩擦焊缝装配质量的响应曲面法建模及分析

焊缝间隙、焊缝错缝量以及搅拌针与焊缝中心的对中情况(简称焊缝对中)等三项条件作为焊缝装配质量的构成要素,对铝合金搅拌摩擦焊焊缝接头的性能有较为明显的影响。针对航天焊接结构件中常用的2219铝合金,为了能综合反映焊缝装配质量对搅拌摩擦焊缝接头性能的综合影响,利用响应面法建立了焊缝装配质量三要素与焊缝接头强度及延伸率之间的数学模型,分析了焊缝间隙、焊缝错缝量及焊缝对中对焊缝接头性能的影响情况。通过实验发现,焊缝间隙依然是影响焊缝接头性能的关键因素,而焊缝错缝量及焊缝对中会使焊缝接头性能表现出非对称性。该方法为焊缝装配质量的量化描述提供了数学模型,并且利用响应面法所获得的数学模型,可以为制定合理的焊缝装配条件提供指导依据,避免了传统针对单个装配要素进行研究的弊端,并且具有良好的工程应用前景。     

高速摄影技术及其应用(二)——焊接工艺的高速摄影研究

焊接工艺方法,特别是对目前发展迅速的熔化极气体保护焊的研究发现,施焊过程中,电弧是否稳定,飞溅金属的大小和数量,熔池运动状态及随后的焊缝成形等等,都与螺丝端部熔化时形成的熔滴形状及其过渡状态有关。近三十多年来,各国都采用了高速摄影技术,将焊接电弧内部金属的熔化及熔滴的形成和过渡过程拍摄成高速影片,经过详尽的分析研究,大大改进了焊接工艺,并促使新的焊接工     

2219厚板铝合金钨极和熔化极惰性气体保护焊焊接接头组织与性能对比

对15 mm厚2219-C10S铝合金分别进行钨极惰性气体保护焊(TIG)、熔化极惰性气体保护焊(MIG)对接试验,对接头焊缝成形、内部质量、组织形貌及力学拉伸性能进行对比分析。结果表明,TIG焊缝表面光洁,鱼鳞纹美观,焊缝内部近无缺陷;MIG焊缝飞溅较多,焊缝表面较为粗糙,焊缝内部存在少数单个小气孔。TIG焊缝晶粒尺寸较为细小,分布均匀;MIG焊盖面的焊缝组织晶粒则比较粗大,分布不均,热影响区比TIG焊接头的晶粒更为粗大。两种接头的熔合区组织不均匀,晶粒大小不一。常温拉伸试验中,两种接头均沿熔合区断裂,TIG焊接头强度和塑性要优于MIG接头。     

激光选区熔化成形TC4钛合金激光焊接头组织与力学性能

对3mm厚激光选区熔化成形(SLM)TC4钛合金对接接头进行了激光焊接工艺试验,研究了80J/mm和100J/mm两种能量输入对接头焊缝成形、微观组织及接头力学性能的影响.结果表明,在两种不同焊接能量输入条件下,激光焊接SLM成形TC4钛合金获得良好的焊缝成形,焊缝区的平均显微硬度分别为388.7HV及403.3HV,...     

负压激光焊接技术研究进展

传统焊接方法难以满足大型构件厚板焊接对焊接效率和焊接质量的要求,而高功率激光焊接具有能量密度大、焊接效率高、焊缝深宽比大、接头质量高等特点,成为业界研究和应用的热点。然而近年来的研究发现,激光功率增大至一定程度,由于焊缝熔池的液体金属在激光作用下强烈蒸发而产生的金属蒸气和等离子羽烟对激光产生了吸收、折射、散射等屏蔽作用,使激光能量进入熔池小孔受阻,焊接熔深不再随激光功率线性增加。而负压环境却能使相同激光功率下的焊接熔深得到大幅度提升,获得成形良好的焊缝。根据近些年国内外学者在负压激光焊接方面的研究,综合介绍了负压环境下的激光焊接及其相关问题的研究进展,以期对国内相关研究发展起到促进作用。     

单面焊双面成形工艺简介

传统的焊接方法是采用双面焊接两块钢板的拼接缝.先将钢板进行焊前处理,然后从一面焊接,随后把拼焊好的钢板翻转,在原焊缝的背面用碳弧气枪铲除部分焊接金属,然后再进行焊接.而大部件的接头焊缝无法翻转,只能由高级焊工进行仰焊.特别是容器,人要钻进容器内焊接,由于操作条件恶劣,因此仰焊后的工序质量难以保证.     

焊接方法对2219铝合金焊接接头力学性能的影响

通过室温拉伸和显微硬度,比较2219铝合金电子束焊接(EBW)、搅拌摩擦焊(FSW)和钨极氩弧焊(TIG)所获接头的力学性能,利用扫描电镜、光学显微镜等手段,比较三种接头力学性能差异,并探讨产生差异的原因。结果表明:EBW所获接头的室温抗拉强度达到母材的79%左右,焊缝处的显微硬度达到97HV;FSW所获接头的室温拉伸强度达到母材的74%左右,焊缝处的显微硬度达到97.6HV;TIG所获接头抗拉强度只有母材的53%,焊缝处的显微硬度为72HV。EBW和FSW所获接头的力学性能明显优于钨极氩弧焊接接头,运用扫描电镜和光学显微镜等手段,研究发现EBW和FSW所获接头焊缝区细小的等轴晶组织、Cu元素在焊缝中的分布均匀、高质量焊缝成形是接头具有良好性能的主要原因。     

AISI 304钢-铌异种金属激光焊温度场及残余应力研究

采用SYSWELD软件,对AISI 304钢–铌异种金属激光焊接过程进行动态模拟,在研究了AISI 304钢–铌异种金属激光焊接接头温度场的基础上,分析了焊后薄板的残余应力分布。结果表明:异种金属焊接温度场呈不对称分布,铌侧高温区域比不锈钢侧要宽;沿焊接方向上,无论是横向残余应力还是纵向残余应力,焊缝中部区域都存在最大残余拉应力;而垂直于焊缝方向上,横向残余应力和纵向残余应力在焊缝及焊缝附近区域应力梯度都比较大,分布形态都呈"M"状,纵向残余应力在焊缝区表现为残余拉应力,而横向残余应力在焊缝中心处出现了压应力。