新型焊接工艺对不锈钢薄板焊缝成形及接头性能影响的研究进展

不锈钢薄板作为一种性能优越的节约型材料,广泛地应用于国民生产中的各个领域,具有良好的发展前景。基于不锈钢薄板的重要性,研究其焊接工艺对促进不锈钢薄板产业的发展具有重要意义。分析总结了焊接工艺对不锈钢薄板焊缝成形及接头性能影响的最新研究进展,表明:(1)激光焊接不锈钢薄板焊缝成形优于电弧焊,通过改进气体保护方式可提高焊缝成形质量,波形控制法可辅助改善电弧焊焊缝成形;(2)高能束焊、搅拌摩擦焊可极大地细化焊接接头晶粒,改善接头力学性能;(3)采用低热输入焊接工艺可以减轻焊接接头腐蚀敏感性,增加保护气体流量或外加磁场可提高电弧焊接头的耐腐蚀性。     

焊前装配精度对 5083 铝合金 FSW 工艺的影响

搅拌摩擦焊属于精密的加工技术,对焊前装配精度要求比较高,装配精度的高低会直接影响焊缝性能的优劣。基于这一背景,研究了装配过程中对接间隙和板厚差对铝合金搅拌摩擦焊焊缝表面成形、内部成形以及力学性能的影响。研究表明:FSW工艺对对接间隙存在1.1 mm的容限,在0~1.1 mm的对接间隙内,焊接接头与无缺陷接头的力学性能比较接近,当对接间隙高于这个值时,接头性能就会由于缺陷的出现而显著降低;FSW工艺对板材板厚差也存在一定的容限,当板厚差低于容限,所得接头的力学性能差距不大,当板厚差高于容限,焊接质量就会显著下降。     

汽车轮辋用钢搅拌摩擦焊接头组织及力学性能

目的 为搅拌摩擦焊在轮辋钢的应用提供理论数据。方法 选用厚度为4.5 mm的江铃汽车V362轮辋钢板B380CL,采用不同的焊接参数,获得搅拌摩擦焊接头,对焊缝宏观成形及微观组织进行分析,研究焊接参数对组织的影响;通过进行拉伸试验和硬度测试,分析焊接参数对焊接接头性能的影响;对接头焊缝进行X-Ray无损探伤。结果 当搅拌头旋转速度为950 r/min,焊接速度分别为37.5, 47.5, 60 mm/min时,均能形成焊接接头。焊接速度为47.5 mm/min时,焊缝宏观成形较好,微观组织无缺陷,微观组织为铁素体和珠光体,抗拉强度最高,超过母材;焊接接头各区域微观组织硬度较母材高,伸长率较焊接速度为37.5 mm/min时的接头高。结论 搅拌摩擦焊实现轮辋钢的对接,该研究中旋转速度950 r/min,焊接速度47.5 mm/min为最佳工艺参数,接头抗拉强度超过母材。     

制动管奥氏体不锈钢MAG焊与TIG焊试验研究

本文针对铁路货车制动管系用1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢钢管与ZGOCr18Ni9接头体角焊缝的焊接方法进行工艺试验研究。根据全路货车用制动管系焊接生产的工艺现状,选取MAG焊方法和TIG焊方法进行焊接工艺试验,通过对焊接接头的金相组织和力学性能进行分析研究,进一步了解奥氏体不锈钢管与接头体角焊接头的性能及焊接工艺方法对接头性能的影响,为铁路货车用奥氏体不锈钢制动管的焊接生产提供工艺理论和实践支持,以确保制动管与接头体的焊接质量和使用性能。     

6061铝合金无倾角搅拌摩擦焊工艺及性能

目的 为了适应空间曲面构件的搅拌摩擦焊,开展6061铝合金无倾角搅拌摩擦焊工艺及性能的研究。方法 采用无倾角搅拌摩擦焊用的搅拌头,对5 mm厚6061-T6铝合金板材进行试验,研究焊缝成形及接头力学性能,并分析接头组织特征。结果 零倾角搅拌摩擦焊接头从组织上可区分为5个不同区域：焊核区(WNZ)、热力影响区(TMAZ)、热影响区(HAZ)、轴肩影响区(SAZ)和母材(BM);随着搅拌头转速增加,焊缝宽度和焊核尺寸均先变大后变小;随焊接速度增加,焊缝宽度和焊核尺寸均逐渐变小;当焊接速度固定时,随搅拌头转速增加,接头拉伸强度先增加后减小;当搅拌头转速固定时,随焊接速度增加,接头拉伸强度逐渐增大。结论 采用无倾角搅拌摩擦焊接方法,能够实现对5 mm厚6061-T6铝合金板材的有效焊接。     

2195铝锂合金超声振动辅助搅拌摩擦焊接工艺研究

采用新型超声振动辅助搅拌摩擦焊接设备实现了4 mm厚的2195铝锂合金轧制板的焊接,比较和分析了施加超声对焊缝宏观金相组织、显微硬度与接头拉伸性能的影响,研究了工艺参数对铝锂合金超声振动辅助搅拌摩擦焊缝成形及接头力学性能的影响规律.结果表明:在相同工艺参数条件下,施加超声振动能量能够改善2195铝锂合金搅拌摩擦焊接成形性,促使焊核区塑性材料流动增强,同时减少甚至消除常规搅拌摩擦焊接头内部的孔洞缺陷;在焊缝的上部及中部,由于超声的作用,焊核区的显微硬度得以提高,而焊缝底部变化不大;接头的断口均呈现出韧性断裂模式,施加超声振动能量后的接头的伸长率得以提高,其断口韧窝更加细小均匀;在所研究的工艺参数范围内,接头的最高抗拉强度为282.8 MPa,最大伸长率为11.5％.在转速为600 r/min,焊接速率为225 mm/min条件下,施加超声使接头抗拉强度提高了17.5 MPa,伸长率提高了3.7％.     

CO气体保护焊单面焊双面成形工艺与应用

引言 焊管的单面焊双面成形焊接工艺是在接缝间隙处依靠控制熔池金属的操作技术来实现单面焊接,正、反双面成形。焊接时随着电弧热源的稳定,液态金属熔池沿前线熔化,沿后端线结晶,高温液态熔池处于悬空状态。选用100％CO2气体保护焊,熔深好,焊缝成形美观,便于单面焊双面成形。焊管的单面焊双面成形焊接工艺焊缝质量好、焊接速度快、节省了焊接材料而且焊缝内部的质量容易达到探伤质量的要求。     

AZ81A镁合金焊接接头的组织与性能

对AZ81A镁合金进行了搅拌摩擦焊和钨极氩弧焊的工艺实验.通过观察焊接接头宏观成形,分析焊缝显微组织,测试焊接接头的显微硬度分布,对两种焊接方法焊接性进行了分析.研究结果表明:搅拌摩擦焊的外观成形及可操作性均优于熔化焊,焊件焊后基本没有变形.搅拌摩擦焊接头的焊缝为锻造组织,焊核区为细小的再结晶组织;热影响区为部分再结晶组织,再结晶的晶粒沿原铸造晶界生长.熔化焊接头的焊缝区组织为较母材细小的等轴晶,熔合区组织的晶界为α固溶体和Mg17Al12共晶,并有强化相析出;热影响区组织的晶界分布有不连续的共晶.     

焊管CO2气体保护焊单面焊双面成形焊接工艺

焊管的单面焊双面成形焊接工艺是在接缝间隙处依靠控制熔池金属的操作技术来实现单面焊接,正、反双面成形。焊接时随着电弧热源的稳定,液态金属熔池沿前线熔化,沿后端线结晶,高温液态熔池处于悬空状态。选用100％C02气体保护焊,熔深好,焊缝成形美观,便于单面焊双面成形。焊管的单面焊双面成形焊接工艺焊缝质量好、焊接速度快、节省了焊接材料而且焊缝内部的质量容易达到探伤质量的求。     

690 MPa级低合金高强钢焊接接头组织性能

为探讨690 MPa级低合金高强钢焊接接头组织与性能的关系,采用手工电弧焊(SMAW)和埋弧焊(SAW)获得成形良好的焊接接头,经过拉伸、冲击、弯曲试验及光学显微镜、扫描电镜和透射电镜分析,对两种焊接方法的接头组织性能进行研究.结果表明:两种焊接方法的焊缝组织主要为板条状贝氏体和少量针状铁素体,粗晶区为粗大贝氏体和少量马氏体;焊缝中含有大量分布均匀的微小球形夹杂物;两种焊接方法所得焊接接头都具有较高力学性能,-50℃的冲击断口形貌为韧窝、准解理混合型;埋弧焊焊缝冲击韧性低于手工电弧焊,手工电弧焊熔合线处冲击吸收功小于埋弧焊,但随距熔合线距离增加其值增加更快.显微组织和夹杂物是影响接头性能的主要因素.     

590 MPa级高强钢双面双弧立焊焊缝组织性能

为研究590 MPa级高强钢双面双弧工艺得到的焊接接头组织与性能的关系,采用钨极氩弧焊(TIG)与熔化极气体保护焊(MAG)方法获得成型良好的焊接接头,经过拉伸、冲击、弯曲试验及光学显微镜、扫描电镜、EBSD分析,对590 MPa级高强钢双面双弧立焊打底焊与盖面焊焊接接头的组织及性能进行了研究.结果表明:打底焊缝组织主要为贝氏体,盖面焊缝组织以贝氏体与针状铁素体为主;打底焊缝经历过一次热循环后组织得到一定程度的细化;打底焊缝硬度值与盖面焊缝相近,盖面焊缝热影响区最高硬度值高于打底焊缝热影响区最高硬度;2 mm坡口间隙性能较5 mm坡口间隙有较大提高,2 mm坡口间隙断口以韧窝断裂为主,5 mm坡口间隙断口以解理断裂为主.     

双丝埋弧焊FCB法单面焊双面成形工艺研究

埋弧焊FCB法单面焊双面成形工艺在船厂已有大量应用,针对国内单面焊工艺应用现状和高强钢的特点研制了高强钢双丝埋弧焊单面焊工艺配套焊丝与焊剂,同时系统分析了焊接规范、坡口形式、背面焊剂对焊道成形的影响。通过调整工艺使其接头性能达到技术要求,该技术有望实现埋弧焊FCB法单面焊工艺的国产化应用。     

纯铝板搅拌摩擦焊温度场数值模拟

建立了搅拌摩擦焊热源模型,利用有限元分析软件ABAQUS模拟了搅拌摩擦焊的温度场,研究了焊接速度、搅拌头轴肩尺寸和垫板材质对搅拌摩擦焊接过程中试板的温度场的影响。结果表明：随着焊接速度的提高,焊件上各点的峰值温度降低,经历高温区的时间减少;轴肩摩擦热是热输入的主要来源,随着搅拌头轴肩尺寸的增加,焊缝中心高温区同一等温线上宽下窄的分布特征越来越明显;垫板材质明显影响焊件底部的温度和分布;适当的焊接参数、搅拌头尺寸及散热条件对获得较好的焊缝质量极为重要。     

基于机器学习的薄板等离子弧搭接焊的熔深预测

在等离子弧搭接焊中,搭接焊接头的焊缝熔深是评价焊接质量的关键指标之一,而焊接过程中的热输入信息和熔池图像信息都与焊缝熔深有密切关系。本文通过建立304L不锈钢薄板等离子弧搭接焊数据采集系统,利用LabVIEW实时检测电信息,采用视觉传感技术实时获取薄板等离子弧搭接焊过程中的熔池图像,并通过图像处理方法获得熔池的几何参数信息,结合焊接工艺参数,选择峰值电流、峰值电压、焊接速度、离子气流量、保护气流量、熔池宽度和熔池后端长度作为输入量,焊缝熔深作为输出量,建立了基于支持向量机回归和BP神经网络的熔深预测模型。实验验证表明,采用径向基函数的支持向量机回归模型可以有效地对焊缝熔深进行预测,并具有很好的泛化能力,可为进一步实现在线优化焊接工艺参数提供依据。     

不清根手工双面焊材料及工艺研究

本文分析了中厚板传统手工双面焊存在的诸如打底焊焊缝质量无法保证，需用碳弧气刨清根；工人劳动强度大；生产效率低；焊接质量不稳定等主要问题。为提高打底焊焊道质量，不用清根使背面得到良好的凹成形，研制了适合Ｘ形坡口的梯形体陶瓷衬垫。探讨了焊缝背面成形的主要影响因素及控制方法。     

Process optimization in the self-reacting friction stir welding of aluminum 6061-T6

Self-reacting friction stir welding (SR-FSW), also called bobbin-tool friction stir welding (BT-FSW), is a solid state welding process similar to friction stir welding (FSW) except that the tool has two opposing shoulders instead of the shoulder and a backing plate found in FSW. The tool configuration results in greater heat input and a symmetrical weld macrostructure. A significant amount of information has been published in the literature concerning traditional FSW while little has been published about SR-FSW. An optimization experiment was performed using a factorial design to evaluate the effect of process parameters on the weld temperature, surface and internal quality, and mechanical properties of self-reacting friction stir welded aluminum alloy 6061-T6 butt joints. The parameters evaluated were tool rotational speed, traverse speed, and tool plunge force. A correlation between weld temperature, defect formation (specifically galling and void formation), and mechanical properties was found. Optimum parameters were determined for the welding of 8-mm-thick 6061-T6 plate.     

7075铝合金高速搅拌摩擦焊材料流动行为及性能研究

目的 针对7075–O铝合金高焊速、高转速搅拌摩擦焊接缺陷多、质量差等问题,研究焊接接头材料流动对焊缝性能的影响。方法 选用焊接速度1 000 mm/min,搅拌转速分别为1 000、1 200、1 600、1 700 r/min的条件对7075–O铝合金板进行搅拌摩擦焊接,分析不同焊接工艺参数下焊接接头的显微组织及力学性能。同时,利用Fluent软件模拟7075–O铝合金搅拌摩擦焊接过程中的材料流动场分布,分析焊接材料流动与缺陷形成的关系。结果 利用7075–O铝合金三维流动模型,预测出高焊速条件下焊缝前进侧形成一个低压区,孔洞等缺陷易出现在此区域,数值模拟预测与试验结果吻合。在高焊接速度1 000 mm/min、焊接转速1 200 r/min时,焊缝表面光滑平整,焊核区域的硬度分布更加均匀。结论 随着搅拌转速从1 000 r/min增大到1 700 r/min,热输入量逐渐增大,孔洞缺陷由隧道型孔洞转变为不连续的小孔。同时,随着搅拌转速的增大,焊缝高硬度区域的宽度先增大而后降低。当搅拌转速为1 200 r/min时得到了优质的焊接接头,焊缝焊核区硬度分布均匀,硬度值最高为176HV。     

焊接参数对中频逆变铜管焊接质量的影响

根据压缩机的使用要求,铜管焊缝应具有较强的密封性、焊接强度和良好的物理性能。本文针对壳体与铜管中频逆变焊工艺,通过调整焊接压力、焊接时间和焊接电流3个主要参数的对比试验,确定合理的焊接参数。试验结果对实际控制铜管焊接质量具有一定的指导意义。     

基于BP神经网络薄板P-PAW搭接的间隙自适应工艺参数优化

对大型LNG燃料薄膜舱中1.2 mm厚SUS304L不锈钢板薄板的搭接焊,存在的搭接间隙会带来焊缝成形不良等严重影响船舱安全性的问题。本文通过激光传感器检测搭接间隙变化,设计了不同的峰值电流和焊接速度在不同间隙下的工艺实验,研究了间隙对焊缝成形质量的影响机制;基于BP神经网络建立不同间隙下的脉冲等离子弧焊(P-PAW)的工艺参数和间隙及焊缝成形尺寸之间的拓扑关系模型,通过工艺实验获取模型的训练样本,实现了基于BP神经网络的间隙自适应工艺参数优化系统。结果表明,该系统实现了不同搭接间隙下进行实时工艺参数优化的功能,并对搭接间隙在0～0.6 mm变化时所带来的空洞等缺陷起到了有效的抑制作用,实现了良好的焊接成形一致性控制,提高了在LNG薄膜舱中不锈钢板焊接的自适应能力。     

焊接速度对Mg/Cu异种合金搅拌摩擦焊接接头成形的影响

目的研究不同焊接速度条件下镁铜异种合金搅拌摩擦焊接接头的成形规律。方法在保证其他焊接工艺相同的条件下,通过改变焊接速度,比较分析了焊接速度对接头的表面成形、横截面形貌特征、微观结构及力学性能的影响规律。结果随着焊接速度从118 mm/min减小至95 mm/min时,焊缝表面成形变得更光滑,飞边显著减少,内部孔洞缺陷消失,焊缝成形质量显著提高;但继续减小焊接速度至75 mm/min时,焊缝内部却再次出现孔洞缺陷。结论采用工艺参数为950 r/min的旋转速度、95 mm/min的焊接速度焊接时,焊缝成形质量最高;中心混合区主要由层片状铜合金、颗粒状镁合金和金属间化合物Mg2Cu组成;接头抗拉强度最大,达81.5 MPa。