电弧超声焊接技术

通过碳钢、低温钢和钛合金的电弧超声焊接试验结果表明，电弧超声的传质和传热作用在焊接过程中细化了焊缝组织的晶粒，提高了焊接接头的冲击韧度和疲劳性能。同时小孔法和磁记忆检测法的测量结果表明，电弧超声焊接改善了焊缝区的应力分布，显示了电弧超声这种通用的外加超声场焊接技术的广泛应用前景。     

超声功率对2219-T351铝合金搅拌摩擦焊接头组织与性能的影响

采用搅拌摩擦焊和不同功率的超声辅助搅拌摩擦焊对2219-T351铝合金进行焊接试验，测量焊接温度和焊接压力，对焊接接头的微观组织、显微硬度和力学性能进行分析，研究了加入不同超声功率后焊缝的组织性能和材料流动性. 结果表明，超声能降低焊接温度，随着超声功率增加减小的幅度越大. 加入了超声后，焊缝微观组织更加均匀，底部材料的流动情况得到改善，焊缝区有更多的强化相残留，焊接接头的显微硬度、抗拉强度及断后伸长率在加入超声后均有提高，在加入2.25 kW的超声功率时达到最高，最高拉伸强度为331 MPa，可达到母材的80%左右.     

热处理加超声冲击复合处理对Q345B钢焊接接头疲劳性能的影响

通过对比分析直接超声冲击、普通热处理加超声冲击及真空热处理加超声冲击对Q345B钢焊接接头疲劳寿命的影响，探讨了热处理加超声冲击复合处理对焊接接头疲劳性能的作用机制. 结果表明，普通热处理加超声冲击相较于直接超声冲击，焊接接头的焊接残余应力虽然有所消除，但由于材料软化使冲击产生的压应力降低及表面氧化使形成叠型缺陷的风险提高，疲劳性能有所降低，且随热处理保温时间延长，疲劳性能降低得越明显；真空热处理加超声冲击焊接接头虽然也存在材料软化，但由于不发生表面氧化加上残余拉应力消除，相较于直接超声冲击焊接接头的疲劳寿命有所提高，且疲劳破坏位置由焊趾转移到母材或焊根.     

超声冲击改善铝合金焊接接头组织和性能的研究进展

铝合金焊接过程中存在的裂纹、组织粗大、残余应力和变形等问题一直制约着该领域的发展。超声冲击处理（Ultrasonic impact treatment, UIT）作为辅助强化焊接接头的手段之一，能够有效地细化组织、改善应力状态和表面粗糙度，并有效提高焊接接头的拉伸性能、疲劳性能和抗腐蚀性能。为了更好地理解超声冲击对铝合金焊接接头的作用和影响，推动超声冲击技术在铝合金焊接领域得到更广泛的应用，在此基于超声冲击的工作原理，介绍了其对不同类型的铝合金焊接接头微观组织形态、应力分布、表面粗糙度、综合性能和内部缺陷的影响，以期为超声冲击辅助铝合金焊接过程提供帮助，最后对超声冲击在铝合金焊接领域中尚需深入研究的问题和发展方向进行了展望。     

超声振动对304不锈钢窄间隙TIG焊接接头组织和力学性能的影响

针对304不锈钢窄间隙TIG(非熔化极惰性气体保护电弧焊)焊接焊缝晶粒粗大、接头拉伸性能较差等问题，采用将超声振动头施加在试板，在TIG焊接过程引入超声振动的方法对其进行焊接，研究了焊接接头的组织和力学性能。结果表明：引入超声振动后，在热力学和动力学综合作用下，焊缝熔深增加，焊缝区柱状晶向等轴晶转变速率提高，等轴晶占比增多，晶粒细化；与常规TIG相比，引入超声振动后改善了304不锈钢窄间隙焊接接头的焊缝组织，提高了其力学性能，焊缝区的硬度明显提高，接近于母材，焊接接头的抗拉强度和屈服强度也均高于常规TIG焊接接头，伸长率也得到提高；当超声振幅为40μm时，焊接接头的抗拉强度最高，为674 MPa,屈服强度也较高，为376 MPa,断后伸长率为25%。     

2A12铝合金焊接接头超声冲击强化机理分析

使用ZJ-Ⅱ型超声波冲击设备对2A12铝合金焊接接头进行了超声冲击处理。用金相显微镜观察分析了超声冲击强化处理前后焊缝断面的显微组织，用显微硬度计测试了焊缝断面的显微硬度，用X射线应力仪测定了残余应力沿焊接接头表面横向的分布.通过以上分析，研究了铝合金焊接接头超声冲击强化的微观机理。结果表明，超声冲击处理可以在焊缝表面形成300μm左右的塑性变形层，焊缝中气孔、缩松等缺陷明显减少，焊接接头表面和断面显微硬度明显提高。消除了焊接接头表面残余拉应力，形成了残余压应力。     

电弧超声焊接信号采集分析系统的搭建与应用

为进一步研究电弧超声焊接工艺的工作机理，提高其工作稳定性，研制开发了一套电弧超声焊接过程电、声信号检测分析系统。该系统硬件主要由传感器、采集卡和计算机组成，用以记录焊接过程中的电、声信号。同时，使用Visual C＋＋6.0以及NI公司的Measurement Studio 6.0编制的信号分析系统，可对采集信号做瞬时和统计分析，以提取有价值的信息，为进一步研究电弧超声焊接工作机理提供依据。     

超声-电阻复合焊接方法及界面行为

有色金属微型零件超声焊接时,由于焊头面积小,输入焊接区域能量少,界面有效连接面积不足,影响焊接接头的力学性能. 针对这一问题,结合超声焊接与电阻焊的特点,研制了超声-电阻复合焊接系统. 对铜、铝异种金属进行了超声-电阻复合焊接工艺试验,并与相同工艺条件下的超声焊接进行了对比. 结果表明,电流对超声能的输出有促进作用,使换能器的峰值功率有明显的增加;超声使焊接起始阶段界面接触电阻迅速减小并消失;在复合能量的作用下,输入焊接区域总能量有较大提高,焊接区域温度和加热速率显著增加.     

超声冲击时间对7A52铝合金VPPA-MIG焊接接头的影响

为研究超声冲击处理时间对7A52铝合金VPPA-MIG复合焊接头的组织及性能的影响，试验对单位面积的焊接接头进行2.5，5，10，15，30和75 min的超声冲击处理. 通过观察接头的表面形貌，并对接头进行力学性能测试，以分析超声冲击处理时间对接头的影响. 结果表明，7A52铝合金焊接接头超声冲击处理后，接头表面得到了明显强化，在超声冲击时间15 min时焊缝表面晶粒大小达到26.28 nm；在超声冲击时间75 min时焊缝表面硬度为138.8 HV，比原始焊缝显微硬度提高了36.3%；超声冲击处理30 min时残余压应力最大，为243.3 MPa.     

电弧超声对Q235A的SMAW焊缝组织和性能的影响

作为焊接电弧的热源，对其施加高频调制后可变成可控的超声发射源。通过对比常规SMAW和电弧超声作用下SMAW的Q235A焊缝组织，发现电弧超声能够细化熔合区晶粒，并使得粗晶区宽度变窄；同时．磁记忆检测法的结果表明，电弧超声改善了焊接接头的残余应力分布。     

薄质金属超声波焊接的研究现状与展望

概述超声波金属焊接的工作原理及其特殊优势和缺点。详细介绍当前国内外在薄质铝、铜、镍等金属超声波焊接的机理,工艺及组织、性能等方面开展的研究及其对超声波焊接标准建立的参考价值,以及研究者们在超声波焊接温度场的模拟仿真方面开展的研究工作及其对超声波焊接机理研究的指导意义。结合当前超声波金属焊接技术发展存在的局限性,总结和展望了该技术未来有待加强和突破的研究方向。     

基于超声跨态处理的焊接热循环试验

设计了基于超声跨态处理条件下的激光焊接热循环测试试验,分析超声振动对焊接过程的热影响表明,功率超声对焊接过程的热影响主要集中在声学效应、传热学效应及机械搅拌作用三个方面;研究了不同超声振动功率对焊接最高温度、加热速度、高温停留时间以及冷却时间等特征参数的影响规律,并结合功率超声对焊接过程的热影响分析对其本质原因进行了深入研究.结果表明,随超声功率的增加,焊接最高温度和高温停留时间均呈先降低后升高最后再降低的趋势,并且焊接最高温度在超声振动功率为1 200 W左右达到最大值;升温时间呈持续增加的趋势,但不同超声功率所对应的增加速率各不相同,而冷却时间则保持减小趋势.     

表面状态对AZ31B镁合金薄带超声波焊接性的影响

研究和讨论了焊接材料厚度、表面状态、中间层材料等因素对AZ31B镁合金超声焊接性的影响.结果表明,成功焊接的镁金属薄带(不大于0.3 mm)被强制分离将导致与焊点交界处的未被焊接的材料撕裂开,界面接合强度可达到3～10 MPa;表面状态对镁合金薄带焊接的界面接合强度影响较小,焊接自身包含对焊接件表面破碎及清理作用;焊接区域的温度升高与焊接材料厚度成反比,无需外加温度;中间层材料的选择对Mg/Mg界面超声波焊接有一定作用,有待于进一步研究及探讨;可采用多触头或滚焊方式实现大面积超声波镁合金薄带焊接.     

超声-TIG复合焊接装置的研制与应用

不锈钢中厚板材TIG焊接时,存在焊接熔深浅,单道难以实现全熔透的问题.针对这一问题,研制了一套超声-TIG复合焊接装置,以实现借助高密度超声能量增加焊接熔深和提高焊接效率.该装置通过控制电路输入电压调节超声频率,并以主电路来控制超声输出功率.超声输出功率在0～1000W之间可连续调节.应用所研制的复合焊接装置,采用平板堆焊方法,对5mm厚度304不锈钢板进行了熔深对比试验,发现高能量密度超声可以起到增加焊接熔深的作用;并且和现有增加焊接熔深方法相比,试验过程简单,控制方便,满足设计和使用要求.     

超声对不同铝合金搅拌摩擦焊接头性能的影响

利用自行研制的超声搅拌摩擦焊机分别对2219,7A52,LF21铝合金进行了常规搅拌摩擦焊和超声搅拌摩擦焊两种不同焊接的试验,并对常规搅拌摩擦焊与超声搅拌摩擦焊焊缝的微观组织、拉伸断口形貌进行了对比分析.结果表明,超声搅拌摩擦焊与常规搅拌摩擦焊相比热影响区几乎消失;超声搅拌摩擦焊焊缝焊核区组织比常规搅拌摩擦焊焊核区组织晶粒更加细小;断口扫描电镜图显示母材断口韧窝具有非等轴状待征,韧窝边上撕裂棱明显表明为韧性断裂;超声搅拌摩擦焊断口韧窝撕裂棱不明显;超声搅拌摩擦焊比常规搅拌摩擦焊的平均抗拉强度有所提高,但断后伸长率有所降低.     

基于DSP控制的超声金属焊接电源

为了进一步提高超声金属焊接的可靠性与稳定性,针对现有模拟超声焊接电源频率跟踪性能差、焊接过程振幅不可调的缺陷,文中提出了基于数字信号处理器(DSP)控制的超声电源方案.通过采集压电换能器两端电压、电流相位差,利用增量式PI控制算法实现了焊接过程的频率跟踪;采用脉冲宽度调节的方式实现了焊接过程超声振幅大小的调节.结果表明,采用数字控制的超声电源,实现了焊接过程振幅的连续可调;负载突变时,0.32 ms时间内可以实现频率跟踪过程.     

Influences of acoustic field parameters on welding arc behavior in ultrasonic-MIG welding

By applying ultrasonic-MIG welding as research object, the behaviors of welding arc were analyzed with varied ultrasonic parameters in welding using arc images recorded by high-speed camera. The influences of the current by exciting ultrasonic and the height and shape of ultrasonic radiator on welding arc were studied. Results showed that when the current was 150 mA, ultrasonic showed most distinct compressive effect on arc. The compressive volumes of arc length at different heights were calculated by adjusting the height of ultrasonic radiator continuously from 10 mm to 35 mm, there were three maximum points. The compressive degrees of them reduced successively. By utilizing different shapes of ultrasonic radiator, it revealed that ultrasonic radiator with spherical crown surface showed better compressive effect in a larger welding standard scope. When radius of radiator increased, axial compressive volume of arc enlarged, while an increasing curvature radius led to more distinct radial compression of arc.     

基于最小熵解卷积的汽车点焊质量超声评价

利用超声信号的时域信息,可以对焊点质量进行评价.白车身焊点超声检测的过程中,由于噪声信号的模糊作用,反映焊点质量的有用信息被掩盖,导致焊点质量评价结果不准确.超声探头接收到的超声信号可视为原始超声信号与噪声信号两种信号的叠加,基于超声信号的卷积模型及稀疏特性,可利用最小熵盲反卷积（MED）对超声信号进行解卷积处理,分离重叠的焊点超声信号,恢复信号反射系数,获取准确的回波个数.通过仿真与试验,结果表明,最小熵解卷积对焊点重叠超声信号分离的有效性.     

基于TRIZ理论的超声辅助随焊滑台的设计

摘要： 针对现阶段超声辅助焊接过程中,存在超声能量衰减、人工手持超声波振幅杆进行冲击时很难控制冲击参数稳定、试件较多时容易引起工作疲劳等问题,提出了基于TRIZ理论的随焊滑台进行创新设计,利用功能分析法找到引起问题的根本原因,从而转化成矛盾矩阵,通过分析矛盾矩阵,选用合适的发明原理对现有设备进行改进与优化。文中以三维滑台代替了焊接平台,采用PLC进行控制,通过夹具将焊枪与超声波振幅杆连接,实现了超声辅助随焊。最后使用优化后的随焊滑台进行焊接试验,通过改变超声功率,检验随焊滑台运行能力,并对焊件进行了金相观察、力学性能测试。结果表明,基于TRIZ理论的随焊滑台进行焊接的试件,微观组织得到改善、焊接接头抗拉强度得到提高,其HAZ宽度均符合性能要求。文章所述随焊滑台采用三轴全伺服电机驱动,增加了焊接过程的稳定性与精度,通过在随焊夹具上安装气缸,保证了超声冲击效果,有效代替人工进行超声辅助随焊过程。 创新点： 将TRIZ理论与机械专业知识结合使用,并对样机进行试验测试,使设计过程更加合理。     

热辅助超声波增材制造设备设计与分析

超声波增材制造技术在功能、复合材料的快速制备领域应用广泛,为克服现有超声波增材制造设备功率的限制,提出了一种大功率热辅助超声波增量制造设备,并采用COMSOL5.0有限元模拟软件对超声波振动系统进行辅助设计.该设备由超声波振动系统、压力机构、支撑行走机构、加热模块构成,焊接压头采用两侧对称结构,采用双换能器串联推-挽技术,显著增加超声焊接功率.并通过辅助加热模块提供额外的热量输入,提高被焊金属温度.并进行多层铜箔的超声波增量滚压焊接试验测试.结果表明,该热辅助超声波增材制造设备的焊接性能和焊接质量良好.