2024铝合金圆柱形组合的FHPP试验分析

在国内首台摩擦叠焊设备上实现了2024铝合金/2024铝合金摩擦液柱成形(FHPP)连接,金属棒消耗段的直径为14mm,预钻孔深为25mm,孔径为16mm,主要研究了转速和保护气体对FHPP成形质量的影响,通过金相显微镜、显微硬度仪等测试手段分析了试样的微观组织性能.结果表明,转速过低导致母材和金属棒无法接合甚至出现马达不能正常工作现象,采用转速为5 000 r/min,进给速度为O.5 mm/s的组合,可得到较好的焊缝;施加保护气体能更进一步改善FHPP的成形质量,接合线较未加保护气体时明显细化,金属棒上端材料和母材达到了良好接合.

Abstract：

The cylindrical coupling of 2024 Aluminum alloy was welded by friction hydro pillar processing (FHPP) in the first domestic friction stitch welding machine. The diameter of the consumed metal stud is 14 mm, the depth and diameter of the predrilled hole are 25 mm and 16 mm respectively. The effects of rotational speed and shielding gas on the FHPP quality were mainly studied, and the microstructure and its properties of the sample were analyzed by means of some measuring apparatus such as optical microscope and microhardness tester etc. The results indicate that the low rotation can form the insufficient bonding, even result in the cease of the weld head motor during the welding. The quality of welded joint is better when the rotational speed is 5 000 r/min and the feeding rate is 0.5 nan/s. The shielding gas can improve the quality of FHPP with thinner fusion line, and the upper part of the metal stud is bonded to the base metal very well.     

基于CCD传感器的球罐焊接机器人焊缝跟踪

主要研究以轮式移动机器人为本体的球罐焊接机器人的焊缝跟踪问题。轮式移动机器人本体难以实现实时、准确的运动轨迹控制 ,而球罐焊接工艺要求焊炬必须精确地沿焊缝以恒定的焊接速度焊接。为解决这一矛盾 ,本文首先设计了在一定运动约束条件下的轮式机器人本体与焊炬运动机构 ,建立了基于双CCD传感器的焊缝路径检测系统。在对轮式移动机器人在球罐表面移动时的运动学分析基础上 ,建立了机器人本体在一定误差范围内跟踪焊缝的控制模型 ,并设计了相应的控制策略。根据机器人与焊炬之间的运动约束关系 ,提出了焊炬位置实时精确的跟踪控制策略。现场工艺试验表明 ,所研制的球罐焊接机器人焊炬跟踪精度可达± 0 .5mm ,能够满足实际工程应用     

大型钢制球罐的高效自动焊关键技术研究

就大型钢制球罐自动焊的关键技术进行了深入研究,采用CCD光电测控技术解决了球罐多层多道焊的实时跟踪难题,采用柔性磁轮式机构解决了焊车在球罐上无导轨全位置自由行走的难题,并试验研究了用CO2气体保护药芯焊丝焊(FCAW)进行球罐全位置多层多道焊的工艺技术。在此基础上,研制成了一种5自由度的全位置焊接机器人,能对球罐内外纵缝、横缝及仰缝进行无导轨全自动焊接,达到了高效率、高质量、无人实时操作和低劳动强度。     

磁吸式智能焊接机器人的研究

研制了一种用于球罐全位置多层自动焊接的特种机器人.此机器人是由柔性磁轮机构直接吸附在球罐表面进行全位置自动行走与焊接的,其CCD光电艰球系统能依照焊缝平行线在多层多道焊接时进行重复自动跟踪.焊接工艺评定试验结果表明,此焊接机器人实现了无导轨自动焊接全位置焊缝与多层多道焊接的自动跟踪,其自动跟踪精度高,焊缝质量好,工作稳定可靠,已可用于实际焊接生产.     

以空气为舱内加压气体的钨极氩弧焊接

研究了1～700 kPa空气作用下的钨极氩弧焊接.气体爆炸试验表明,压缩空气虽然不爆炸但是显著助燃,高压焊接试验舱舱内设备需要采取抗燃措施.采用较大的氩气流量,可以实现高压空气之下良好的电弧和熔池保护.自动焊机用于舱内焊接时,解决了线缆密封、摄像系统适应性等特殊问题,此外,以弧长代替电压作为控制变量消除了焊接电缆影响.16Mn钢平板焊接试验证明,虽然不同空气压力、不同位置实现单面焊自由双面成形的工艺参数明显不同,但是,采用脉冲焊接均可以获得性能优良的焊接接头.     

高压钨极氩弧自动焊接

研究了以0．1-0．7MPa压缩空气为舱内加压气体的钨极氩弧自动焊接。在提高高压焊接试验舱舱内设备抗燃性能的同时，供应足够的保护气体，焊接过程稳定。设计了钨极氩弧自动焊接试验样机。采用接触引弧，以高压密封圆形连接器实现了舱内焊接机头线缆的统一穿舱，特别是以弧长代替电压作为控制变量消除了焊接电缆的影响。16Mn平板焊接实验证明，虽然不同空气压力、不同位置实现单面焊自由双面成形的工艺参数明显不同，但是采用脉冲焊接均可以获得性能优良的焊接接头。     

焊接电弧高速图像采集

为采集焊接电弧图像和观察熔滴过渡过程,采用焊接电弧高速摄像关键技术（包括背光技术、光学放大率和高速摄像参数的选择）,建立了以激光为背光光源的高速摄像系统。利用此系统可以在线观测和监控焊接过程,其结果对焊电弧现象以及MIG焊熔滴过渡过程的高速摄像技术有较高参考价值。     

全位置自动焊机焊枪摆动系统平稳性研究

焊枪摆动系统的速度平稳性是焊接质量的重要保障。针对摆动系统低速运行特点,为了解决静摩擦和库伦摩擦给伺服系统带来的稳态误差和低速爬行问题,依据仿真通过增大比例增益来减轻低速爬行现象,提出了变参数的PI控制方案。经过对伺服电机实际测量得到低速爬行的速度范围,通过固定参数与变参数控制器速度响应对比,证实了增大比例增益能够减轻低速爬行问题,提高伺服控制系统运动性能。     

海底管道铺设用全位置自动外焊机行走机构设计

随着深海油气开采的不断深入,海底管道铺设用全位置自动外焊机得到了广泛的开发和应用。我国的全位置自动外焊机尚处于研发阶段,海底管道铺设用全位置自动外焊机则完全依靠进口。笔者在深入剖析国内外广泛应用的几种焊机行走机构的结构基础上,设计了适用于S型海底管道铺设用全位置自动外焊机的行走机构。该机构将焊机的驱动机构和锁紧机构完美的结合在一起,在保证焊机可靠运行的基础上,减小了焊机的尺寸,简化了操作过程。     

基于Labview的电弧传感焊缝跟踪的实现

在虚拟仪器开发软件Labview环境下,构建了新型高速摆动电弧传感的自动焊缝偏差识别系统。描述了基于Labview的焊接电信号的采集,对原始电流信号进行低通滤波处理,并采用极限区域积分差值法提取左右偏差信号,通过visa接口实现了Labview对可编程伺服驱动器的控制,给出了偏差识别系统软件的设计方法及控制流程,并进行了试验研究。结果表明该方法是可行的,跟踪精度能满足应用需要。