基于TRIZ理论的产品创新设计

运用TRIZ原理就能创造性地消除产品设计中参数间的潜在矛盾冲突。本文归纳了基于TRIZ的概念设计过程模型，总结了基于TRIZ的概念设计思想方法与设计实践中的操作程序。结合实例，运用矛盾矩阵查找创新原理，完成新产品的概念设计。     

随焊旋转挤压对铝合金焊接接头组织和性能的影响

随焊旋转挤压是一种能够控制薄壁结构焊接应力和变形的新方法,这种方法同时能改善焊接接头的微观组织和力学性能.对2A12T4铝合金焊接接头的金相观察表明,随焊旋转挤压焊缝区晶粒明显细化,组织更加致密,气孔等缺陷大大减少.拉伸和三点弯曲试验结果表明,随焊旋转挤压之后焊接接头的抗拉强度、抗弯强度等力学性能得到不同程度的提高.由于薄弱的焊趾部位得到强化,部分试件的裂纹萌生部位由焊趾转移到焊缝.     

443铁素体不锈钢随焊激冷焊接接头的组织性能

针对铁素体不锈钢焊接接头晶粒粗大的特征,采用钨极氩弧焊随焊冷却方法对443铁素体不锈钢进行焊接,分析其焊接接头组织性能,并与自然冷却条件下焊接接头的组织性能进行了对比。研究结果表明,采用随焊冷却的方法细化了焊接接头热影响区的晶粒,提高了焊接接头力学性能,特别是冲击性能得到较大提高。晶间腐蚀试验表明443不锈钢焊接接头有良好的耐晶间腐蚀性能;探讨了随焊冷却方法改善焊接接头组织性能的影响因素和机理。     

基于TRIZ理论的乳化液精确配比系统的研究

为解决井下乳化液混合不便、配比不精确等问题,应用TRIZ创新理论设计了一款基于电磁比例技术的乳化液配比装置。建立问题模型后,采用功能分析法对系统进行分析并导出系统主要矛盾;采用分离原理以及科学效应库解决了2个主要物理矛盾,并采用矛盾矩阵解决新产生的技术矛盾,最终完善了实施方案：使用电磁阀控制进入配比马达中油的流量,相应地改变配比泵的转速,以达到改变液压油流量的目的;并增加了浓度传感器实现浓度反馈,实现了乳化液的自动配比以及精确配比。在实际生产应用中,方案增加了乳化液配比可靠性,降低了工人劳动强度,减少了因乳化液浓度过高带来的用油成本和环境污染。     

超声振动辅助搅拌摩擦焊的研究进展

超声振动辅助技术已被证明是获得高效优质搅拌摩擦焊接头的一种有效途径.主要论述当前超声振动辅助搅拌摩擦焊工艺的研究进展,介绍了国内外近期研发的3种不同的超声振动施加方式及相应的实施效果,分析了各种方法存在的优缺点,为超声振动辅助搅拌摩擦焊的进一步研究发展提供参考.     

基于TRIZ理论的螺丝刀创新设计

针对自动化拆卸设备中需要提前识别螺钉类型、更换匹配不同类型螺钉螺丝刀等原因造成的拆卸效率低、设备复杂等问题,设计一种自动化拆卸新型螺丝刀。利用TRIZ理论确定传统螺丝刀不能同时拆卸十字槽和一字槽螺钉这一物理矛盾。通过分析十字螺丝刀和一字螺丝刀结构特征的异同,采用时间分离原理中的动态化原理设计新型螺丝刀的初始方案。为克服该设计方案的物-场模型中缺少场的缺陷,通过TRIZ理论的一般解法对结构进行优化,完成新型螺丝刀的设计。结果表明：该螺丝刀具有结构简单、可满足不同拆卸场景的需求和节省拆卸时间等优点,提升了自动化拆卸效率,有助于完善自动化拆卸设备的功能。     

正面随焊超声冲击对焊接变形及组织的影响

焊接工艺中不均匀受热所产生的变形一直是工业生产中的难题。针对焊接残余应力与变形的问题,目前超声冲击技术取得了较好的效果,当温度较高时,材料的变形抗力减小。搭建了正面随焊超声冲击实验平台,在3mm厚的Q235B钢材薄板上进行正面随焊超声冲击实验,主要探究焊接变形及焊缝处晶粒变化与冲击距离之间的关系,当d=45 mm时,变形较常规焊减少43.3%,即高温冲击时变形减少效果最为明显。同时发现,在正面随焊冲击作用下,焊缝晶粒细化,尤其是当冲击距离小时细化效果最明显。     

超声辅助搅拌摩擦焊流场分析

超声辅助搅拌摩擦焊是在搅拌摩擦焊过程中增加超声振动,利用超声波效应改善焊缝组织性能的一种新型金属固态焊接技术。本文基于计算流体力学和弹塑性力学理论,建立了1.8 mm厚2024铝合金超声辅助搅拌摩擦焊流场分析模型。对流场分析发现,超声波的导入能够提高材料塑性流动,同时也扩大塑性流动区域;而焊速的提高,导致前进侧将成为焊缝的薄弱环节。     

随焊冲击旋转挤压TC4薄板焊接接头的组织和性能

为了控制TC4薄板焊接件的失稳变形,采用了随焊冲击旋转挤压工艺。研究了此工艺对焊缝组织及接头性能的影响。对所获得的焊接接头进行了微观组织观察、维氏硬度测量和拉伸试验。结果表明:随焊冲击旋转挤压在控制焊接失稳变形的基础上,使承受冲击旋转挤压部位的硬度下降,未发生应变硬化的现象。而冲击旋转挤压前后的组织变化不明显。     

TiNi形状记忆合金与不锈钢的储能焊

采用储能焊焊接TiNi形状记忆合金与不锈钢异质接头，研究了两种母材及接头的力学性能，在光学显微镜、扫描电镜及能谱仪上观察分析接头的断口形貌和微观组织。结果表明：TiNi形状记忆合金与不锈钢异质接头的抗拉强度较低并且脆。由于不锈钢与TiNi形状记忆合金熔化，在接头处形成铸态组织及脆性化合物，改变了TiNi形状记忆合金成分和组织，异质接头的记忆效应和抗拉强度受到严重影响。为了提高异质接头的性能．焊接时应尽量避免各种缺陷并将焊缝中多余熔化金属挤出。     

2195铝锂合金超声TIG焊的组织与性能分析

采用了普通TIG焊和超声复合TIG焊对2 mm厚度的2195铝锂合金进行了平板对接焊,并对两种焊接接头的显微组织和力学性能进行了研究. 结果表明,由于超声的作用效果,超声TIG焊的焊缝具有更加致密的组织,熔合区附近的等轴细晶区区域较宽;拉伸性能测试表明,超声TIG焊接头具有较高的拉伸性能,接头强度系数比普通TIG焊提高6.7%,断后伸长率提高1.36%,拉伸接头均断裂在热影响区硬脆的晶界相内,显微硬度测试表明超声TIG焊接头受热影响软化区域较窄.     

Macrostructures and mechanical properties of ultrasonic-assisted friction stir welding joint of 2024-T3 aluminium alloy

In friction stir welding of aluminum alloys, tunnel defect may occur due to insufficient plastic material flow caused by lower heat input in the weld region. The inadequacy in heat input is due to improper selection of friction stir welding tool and process parameters. Ultimately, such defects degrade the properties of weld and may pose serious concerns towards the integrity and safety of the weld component. In order to improve the properties of weld joints, an ultrasonic-assisted friction stir welding device has been configured where ultrasonic energy is transferred from an ultrasonic unit directly into one of the workpieces near the tool. Using this configuration, ultrasonic-assisted friction stir welding was conducted on 6 mm thick 2024-T3 aluminum alloy sheets. The macrostructure and mechanical properties of these welds were compared with the welds of this alloy prepared by conventional friction stir welding using identical process parameters. The results show that the welding speed can be increased while satisfactory weld quality is still ensured. The ultrasonic energy transferred in this configuration could enlarge the volume of weld nugget zone. Also, the influence of ultrasonic energy on the suppression or elimination of the tunnel defect is quite apparent. However, any beneficial effects of ultrasonic vibration on the tensile strength and the elongation of the joint were less obvious in this configuration.     

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.     

Comparison of 2A12 aluminium alloy joint by ultrasonic assisted friction stir welding and friction stir welding

Ultrasonic assisted friction stir welding （UAFSW） is a recent modification of conventional friction stir welding, which adds ultrasonic energy directly into the friction stir welding area by the pin. In this study, 2A12 aluminum alloy was welded by this process and conventional, respectively. The tensile tests, microstructure and fracture surface of FSW joint and UAFSW joint were analyzed. The research results show that the surface forming texture of ultrasonic assisted friction stir welding joint, compared with conventional, is finer and more uniform, showing metallic matte color. The grains are much finer in weld nugget zone, thermo-mechanically affected zone and heat-affected zone; S-phase particles size is much smaller and distribution is more homogeneous in the matrix. The tensile strength of UAFSW joint is 94. 13% of base metal, and the elongation is 11.77%. The tensile strength of FSW joint is 83.15% of base metal, and the elongation is 8.81%. The tests results reveal that ultrasonic vibration can improve the tensile strength and the elongation of welded joints.     

SiCp/6061Al复合材料等离子弧焊工艺参数对焊缝组织及性能的影响

采用等离子弧焊接工艺研究铝基复合材料SiCp/6061Al的焊接性,借助X射线衍射、扫描电镜等手段分析接头组织,着重探讨了在填加和不填加合金化填充材料Ti的情况下,焊接电流、焊接速度对焊缝显微组织及焊接接头力学性能的影响机理,研究表明,在未填加材料Ti时,焊接工艺参数的改变并不能抑制有害相Al4C3的生成,只能改变其尺寸和数量;在填加填充材料Ti时,焊缝熔池中增强相的种类及分布是影响焊接接头性能的主要因素;适当调整焊接工艺参数有利于焊缝中心形成完全以新生颗粒TiC,TiN和AlN为增强相的完全原位反应区;同时减小新旧增强相共存区域的宽度,并消除增强相SiC颗粒的偏聚现象,从而提高了焊接接头的力学性能.     

高强铝合金的MIG以及激光MIG焊接工艺对比

以20 mm厚的2519-T87高强铝合金为研究对象,研究了熔化极惰性气体保护焊 (MIG焊)和CO2激光-MIG复合焊的焊接效率、组织以及力学性能之间的区别.结果表明,激光-MIG复合焊的焊接效率是MIG焊的5倍,焊接熔深更大,接头的抗拉强度也提高到母材的70%以上,而MIG焊接头抗拉强度仅仅只有母材的60%左右.由于复合焊的热输入比较小,而且熔池的熔融金属的流动情况以及温度梯度与MIG焊有很大的不同,复合焊的焊缝组织比MIG焊的更加细小,接头处的也没有发现MIG焊接头中出现的等轴晶区.     

Production of new welding fluxes based on silicomanganese slag

ABSTRACT

The properties of a welding flux based on the silicomanganese slag are investigated. The flux is produced using the slag formed in the production of silicomanganese with different ratios of the slag fractions and different content of the water glass in the flux addition. The addition of up to 20–30% dust fraction of the silicomanganese slag to the composition of the flux results in excellent mechanical properties of specimens taken from the welded plates. The FD-UFS addition reduces the extent of contamination with non-metallic inclusions and reduces the size and amount of these inclusions. The optimum content of the water glass in the flux (up to 20–30%) was determined. Consequently, the resultant mechanical properties of the specimens taken from the welded plates are very high.     

Gas tungsten arc welding of network structured titanium matrix composite

The microstructure and property evolution of TiBw/Ti6Al4V composite was investigated after gas tungsten arc welding process. The results showed that the heat affected zone (HAZ) exhibited unchanged reinforcements, while the fusion zone (FZ) exhibited refined TiBw with refined network scale. Meanwhile, the matrix in HAZ presented the transformed β microstructure, while the refined columnar grains existed in FZ. Moreover, increasing heat input can further decrease the refined network size. Consequently, the ultimate tensile strength of the welded composite reaches 98% that of the parent composite (PC); while the yield and tensile strength at 500°C are even higher than those of the PC. The refined microstructure and the transformed β phase also lead to noticeable enhancement of the microhardness.     

焊接能量对Mg/Ti超声波焊接接头微观组织与力学性能的影响

采用超声波焊接技术对Mg/Ti异种金属进行了焊接,研究了不同焊接能量对接头界面峰值温度、界面形貌、界面原子扩散程度以及力学性能的影响规律。研究发现:Mg/Ti超声波焊接接头整体界面较平直,局部界面有较小起伏,未发现裂纹、未熔合等缺陷,也未看到明显的反应层;随着焊接能量的增大,界面峰值温度升高,原子扩散层厚度增大,连接区面积逐渐增大,接头力学性能得到提高,而能量达到2000J时镁侧母材出现裂纹;接头断裂模式分为界面断裂和纽扣断裂,界面断裂时断裂发生在镁侧扩散层区域和镁侧非扩散层区域。扫描电子显微镜和X射线衍射仪分析表明,Mg/Ti连接界面区域无明显的金属间化合物生成。     

新型电阻塞焊连接方法分析

使用一种新型的"电阻塞焊"连接方法焊接7075铝合金搭接接头. "电阻塞焊"的工艺过程是先在两板材搭接部分的中心位置打一个孔,将圆柱填充物压入,最后用电阻点焊的方法将填充物与板材焊在一起.该工艺方法旨在保持点焊原有优点的同时,提高其强度等接头性能.研究分析了该新方法的工艺、形核过程、力学性能以及微观组织,并对比研究了同参数下电阻点焊试件的接头性能.结果表明,采用新型电阻塞焊方法的接头在强度等力学性能方面优于同参数下的电阻点焊试件,同时焊点处的裂纹等缺陷也较少,接头的综合性能更为优良.