轻金属焊接若干关键基础问题

轻金属是重要的结构材料,在国防和民用等国民经济的许多领域有广泛地应用前景.嗣绕着中国轻金属焊接中急需解决的关键基础问题,国家自然科学基金委员会工程与材料科学部组织国内中青年焊接学者进行了深入的研讨.此文是在国家自然科学基金委员会工程与材料科学部对研讨成果总结的基础上形成的,凝练出了中国轻金属焊接关键基础研究中值得关注的四个方面的学科前沿.     

轻金属材料激光+GMAW复合热源焊接机理的研究进展

激光+GMAW复合热源焊接是近几年在国际上得到迅速发展和应用的焊接前沿新技术,是轻金属材料优质高效连接的最佳熔焊工艺.但对其内在的物理特征及其基础理论和关键技术问题还缺乏深入的研究.文中分析了激光+GMAW复合热源焊接在国内外的研究现状,并在此基础上根据作者已进行的研究,提出了当前应当重点深入研究的几个关键科学和技术问题,如激光与电弧的能量耦合机制、激光对弧焊熔滴过渡的作用机制、复合热源焊接熔池内的传热与传质、复合热源焊接冶金、焊接接头的应力-应变场与变形控制规律等.最后指出数值模拟是轻金属材料复合热源焊接基础研究的重要手段.     

高温下焊接试样的动力学行为及其与实际焊接构件之间的关系

焊接构件的高温强度的可靠设计对保证高温压力容器及管道的结构完整性具有十分重要的意义。由于焊材或母材的性质均很难反映焊接接头的整体强度,用焊缝试样进行试验提供了合理评价焊接接头工艺性能的可能。但是试验室的焊缝试样能否真实地反映焊接构件的力学行为,则仍是需要进一步研究的问题。本文根据实验室单轴试验和计算模拟,揭示了单轴焊缝试样的局限性：用于高温强度评介基本上是合适的,但用于模拟实际焊接构件的力学行为则     

焊接热物理动态行为的建模与仿真

各类新型高性能金属材料的大量应用,对焊接加工的质量和效率提出了越来越高的要求。焊接过程中发生的一系列热物理现象及其动态行为,对焊接接头组织与性能、焊缝成形质量以及焊接效率有着决定性的影响。通过建立焊接热物理过程的数理模型,对其动态行为进行数值模拟与仿真,将为深入理解焊接过程中的复杂热物理现象并进而实现焊接工艺优化和过程自动化提供重要且实用的理论依据和基础数据。文中介绍了作者在焊接热物理过程数值模拟领域的研究结果,并综述了该领域的现状与发展趋势。     

轻金属材料超声波焊接的研究现状

介绍了铝合金、镁合金的国内外超声波焊接的最新研究现状,分析了各种工艺方案的特点与效果。以往的研究结果表明:焊前用乙醇润湿铝合金表面可提高其超声波焊接性,而对于镁合金则通过卤化处理可以有效地提高其超声波焊接接头强度;采用一定的钎料对铝合金、镁合金进行超声波钎焊能较好提高其接头力学性能。并指出了超声波钎焊将成为今后铝合金、镁合金等轻金属超声波焊接的发展方向。     

焊接电磁环境特点及其评估

就当前焊接电磁环境的特点进行了分析,并基于这种分析给出了研究焊接电磁场的方法,介绍了当前国内外一些研究机构对焊接电磁场的一些共识.     

基于微观结构-力学行为一体化计算的搅拌摩擦焊接数值模拟

采用Monte Carlo模型对6005A-T6铝合金在不同焊接速度下接头位置焊核区晶粒生长进行模拟。在此基础上,建立了不同焊接速度下的晶体塑性力学模型,对不同焊速下焊核区的力学行为进行预测,并将屈服强度预测值与文献试验值进行对比,验证了本方法的有效性。通过Monte Carlo和晶体塑性力学模型,建立了搅拌摩擦焊接微观结构-力学行为的一体化数值模拟计算方法,计算结果表明屈服强度最高时内部晶粒的变形更加均匀,应力分布的均匀性最好。并分析了多晶体内部滑移系的开动情况对Mises应力、剪切应力和剪切应变产生的影响,以及不同焊速下焊核区的累积剪应变对裂纹萌生位置的影响。     

涡扇发动机薄壁焊接支承机匣连续工艺仿真研究

伴随着计算机技术及有限元数值模拟技术的发展,焊接、热处理等模拟仿真技术逐渐得到了广泛的应用。焊接及热处理工艺仿真主要针对温度场变化、残余应力分布、尺寸变形分布等几个方面进行研究,旨在通过优化参数进而达到提升零件制造质量,延长产品服役寿命等目的。相对于传统优化参数的方式,数值模拟分析可很大程度缩短试验周期、降低试验成本,这对于航空发动机零部件的研制是极为重要的。文中利用有限元仿真技术对某涡扇发动机钛合金薄壁钣金支承机匣的焊接及热处理过程进行了数值模拟,并将仿真残余应力结果与实际结果进行了对比分析,得到了准确的有限元模型,利用此模型分析各个工序对零件变形的影响,获得了该类型零件制造过程中的变形规律,确定影响零件关键尺寸的关键工序,并提供了控制零件变形的优化方向。     

汽车车身焊接技术现状及发展趋势

汽车工业正朝着环保低碳、节省能源、安全性、舒适性和车身轻量化方向发展。汽车车身采用高强度钢比例越来越高;铝合金等新材料已应用于高端车身;中频点焊、激光焊接等焊接技术已较广泛地应用;为提高车身装焊精度而建立的尺寸控制工程,成为车身制造的重要环节;为实现车身装焊多车型柔性化和自动化生产,开发了车身总成成形、地面空中传输相结合的多种解决方案;工业机器人广泛用于车身装焊生产的多个工艺过程。     

混沌理论在焊接中的研究现状及发展趋势

介绍了混沌理论在工程质量评定以及控制方面的应用概况.叙述了混沌理论在点焊、弧焊以及激光焊中的研究现状,并指出了其在当今焊接领域研究中存在的不足,即研究大多集中在质量评定方面,而在混沌控制方面却没有涉及.结合混沌理论的发展以及工程中应用的现状,给出了焊接中的混沌研究方向.混沌研究将有助于焊接过程的建模,增加对焊接过程中的机理认识,促进焊接的质量评定和质量控制水平的进一步提高.     

螺柱焊技术的绿色未来

螺柱焊机的能源消耗直接与所需焊接电弧能及电源传递效率相关。提高能源效率、降低焊接操作成本、减少碳排放量对于焊接装备制造厂家来说是很重要的,下面介绍了螺柱焊在造船、桥梁、建筑、汽车及其它加固行业应用中具体的技术革新及技术改进（如省时、降低成本、减少能耗）,同时也列举了它在太阳能、风能、水电等发动机的制造中的加固应用。     

Environmentally friendly welding technologies for advanced materials

Environmentally friendly welding methods applied in the welding of advanced materials are reviewed in this article. Friction welding, diffusion welding and vacuum soldering are discussed. The possibility of friction welding's application in the case of metals and elastic materials (e.g. Al₂O₃), is presented on the basis of an analysis of the existing literature, as well as the author's and his doctoral students’ own papers. Non-uniform distribution of pressure, deformations and temperature upon welded surfaces during the welding process is discovered. The influence of Al diffusion into Al₂O₃ on the state of proper stresses in a joint is determined. The diffusion coefficient of Al into Al₂O₃ is estimated at a level of 1.8 × 10 ^? 13 ms^? 1, and the size of stresses caused by diffusion is from 0.2 to 0.8 MPa. The intermetallic Fe–Al type alloys welded with construction steel with diffusion methods are characterized by high tensile strength from 304 to 362 MPa. An exemplary utilization of the discussed welding methods is presented in the case of rollers operating in fluid-flow machines. The discussed welding methods can be used not only in laboratory and research work, but also under industrial conditions.     

智能化焊接制造工程的概念与技术

简略叙述了国内外现阶段智能化技术在现代焊接工艺制造领域的应用研究现状。根据先进制造技术的发展趋势,提出“智能化焊接技术”(Intelligentized welding Technology——IWT)和“智能化焊接制造工程”(Intelligentized welding Manufacturing Engineering-IWME)的概念,以系统化焊接自动化、智能化、机器人与柔性焊接等焊接先进制造技术的研究与发展领域,并探讨了焊接智能制造关键技术与发展趋势。