热输入对6A02铝合金光纤激光焊缝成形的影响

采用大功率密度的光纤激光对1.0 mm厚的6A02铝合金进行了激光焊接,着重研究了焊接热输入对焊缝宏观形貌、组织和性能的影响. 结果表明,采用高速焊接且热输入控制在8～22 J/mm范围内可以获得稳定全熔透焊缝. 典型的光纤激光焊缝横截面常呈近X形,此种形貌的焊接温度场不均匀性较小,有利于减少焊接失稳和变形. 从熔合线至焊缝中心,显微组织逐渐从柱状晶组织向混合组织(柱状晶+等轴晶)转变. 随焊接热输入的降低,焊缝区的显微组织相对细化,接头熔合线附近的软化现象逐渐减弱,焊缝区显微硬度和接头抗拉强度均略有增加.     

低碳钢非对称角焊温度场有限元分析

针对单边开坡口的非对称角根焊中熔透不稳定、成形质量差的问题,对其温度场及熔池成形规律进行分析从而优化焊接参数的选取,改善成形质量.考虑温度、对流、辐射和相变潜热对材料物理性能的影响,利用有限元分析软件建立了低碳钢非对称角焊缝有限元模型,并进行仿真计算.对比讨论了不同结构情况下焊接电流对温度场的影响,重点分析了非对称角焊接参数对背部熔宽的影响.结果表明,非对称角焊缝温度分布不均匀,背部熔宽对电流的变化十分敏感,焊接电流大小对熔池形状影响较大.通过试验得到三组熔透情况不同的焊缝,其热影响区形状尺寸与仿真结果吻合良好,从而验证了理论分析的有效性.     

燃机透平静叶环气封体返修焊变形控制研究

以工程实例分析了燃机透平静叶环气封体在返修焊接过程中的主要焊接变形风险,采用分段对称施焊顺序并严格控制焊接热输入来减小结构的焊接变形;在施焊过程中采用12只百分表实时监测气封体圆周及天地方向的焊接变形量。返修结果表明,气封体的整体焊接变形得到了有效控制,变形量在设计允许的范围内,焊缝经无损检验质量符合相关要求。本次成功返修为后续高精度加工件的返修焊接变形控制提供了有效的预防与控制措施及新的精益返修思路。     

CO2激光焊接工艺对AZ31B变形镁合金焊缝表面成形的影响

采用3 kW的CO2激光器焊接4 mm厚的AZ31B变形镁合金板材,研究了气体保护方式和焊接工艺参数对焊缝表面成形的影响.试验结果表明,保护气流的方向和气流量对焊缝表面成形存在显著影响,当气流方向与焊接方向相反并与水平方向呈30°角、气流量为2 000 L/h时,焊缝的表面成形最为均匀平整.通过调整激光功率和焊接速度等工艺参数来改变焊接热输入,可以获得"未熔透"、"仅熔池透"、"适度熔透"和"过度熔透"等不同熔透状态和表面成形特点的焊缝,其中"适度熔透"状态的焊缝正、背面成形最均匀;在相同的焊接热输入条件下,强参数规范条件下获得的焊缝表面成形效果最佳.     

焊接工艺对薄板结构焊缝区残余应力的影响

采用焊接温度场与热应力场非耦合的方式,对薄板结构焊缝区残余应力进行了热-弹塑性有限元分析,模拟了连续焊缝焊接热输入以及施焊断续焊缝时薄板两端张力大小对焊后残余应力的影响.结果表明,残余应力峰值与焊接热输入无关.降低热输入,可以减小塑性变形区宽度,并且使远离焊缝处的压应力数值减小,这将减小焊后薄板的失稳变形.焊接过程中对薄板两端施加拉力,焊后可以减小施力方向的残余应力峰值,但并不影响拉伸区的宽度,从而适当增大薄板两端的拉力可以减少焊接变形的产生.     

窄坡口等离子-MAG复合焊工艺参数优化

针对转向架构架焊接变形及根部焊道背部成形问题,研究坡口角度为30°的V形窄坡口旁轴式等离子-MAG复合热源焊接工艺.文中以SMA490BW耐候钢平板对接为研究对象,基于响应面法建立了主要影响熔深的等离子电流、MAG电流、焊接速度、等离子气体流量与焊缝根部焊道的熔深、背部余高之间的数学关系模型,并依此模型分析了等离子-MAG复合焊接工艺参数对焊缝熔深能力的影响,获得了合适的复合焊接工艺参数.与普通MAG焊相比,窄坡口等离子-MAG复合焊接工艺既可保证焊缝根部完全熔透又能有效地减小接头的焊接变形.     

5A06铝合金静止轴肩搅拌摩擦焊T形接头组织与性能

采用静止轴肩搅拌摩擦焊方法实现了10 mm厚5A06铝合金T形接头的焊接. 通过低主轴转速匹配高焊接速度与高主轴转速匹配低焊接速度两组不同的焊接参数,结合拉伸试验、宏观与微观金相分析、电子背散射衍射(electron backscattered diffraction,EBSD)分析与扫描电镜(scanning electron microscope,SEM)断口分析,研究了热输入对焊接接头力学性能与组织的影响. 结果表明,在两组焊接参数下均可获得无孔洞缺陷的全焊透T形接头,焊缝表面光滑平整,几乎无减薄发生;热输入不同会改变搅拌针与周围材料的摩擦形式,引起焊缝出现弱结合缺陷,并影响接头抗拉强度; 在高主轴转速匹配低焊接速度时,焊缝中心重叠区顶部易产生弱结合缺陷,导致接头抗拉强度较低,为198 MPa,拉伸试样断裂在筋板. 在低主轴转速匹配高焊接速度时,焊缝无缺陷存在,接头抗拉强度为287 MPa, 拉伸试样断裂在底板.     

激光焊工艺对Ti-2Al-1.5Mn钛合金薄板焊接变形的影响

研究了脉冲激光焊工艺对0.8 mm厚Ti-2Al-1.5Mn钛合金薄板焊接角变形和弯曲变形的影响.结果表明:钛合金薄板激光焊变形相对较小,激光功率和焊接速度对焊接变形产生一定的影响,二者可归结为焊接热输入的影响;焊接热输入对焊接弯曲变形的影响较大;当焊接热输入小于425 J/cm时,对角变形的影响不明显,当焊接热输入增加到425 J/cm左右时,其对角变形的影响显著增加,而后又趋于缓慢增加.     

奥氏体不锈钢TIG焊用活性剂的研制

应用正交试验法对奥氏体不锈钢TIG焊用活性剂配方进行了试验研究.采用所研制的活性剂,在不开坡口的情况下,当热输入E=1.01kJ/mm时,可一次焊透5 mm厚奥氏体不锈钢板;当E=1.95 kJ/mm时,可一次焊透8 mm厚奥氏体不锈钢板,焊接过程中电弧稳定,焊缝成形良好.活性剂对焊接过程中合金元素的烧损有一定的抑制作用,所得焊缝中Cr、Ni元素的含量与母材的相比只略有下降.A-TIG焊缝的显微组织结构与TIG焊缝的相比几乎没有差别,但前者的硬度高于后者.     

热输入对1OCrMo91O钢焊缝金属根焊层热循环的影响

利用焊接热循环测试系统,分别在不同热输入条件下,实时采集了10CrMo910耐热钢焊缝金属根焊层的温度参数.通过对不同热输入下焊接热循环曹线和参数的对比,并结合金相组织观察、硬度测试,研究了焊接热输入对10CrMo910耐热钢焊缝金属根焊层焊接热循环的影响.结果表明,热输入对10CrMo910耐热钢焊接热循环影响较大,...     

非对称角根焊中焊枪偏移与熔透形态的关系

中厚板单侧开V形坡口角焊缝由于两侧结构不对称,根部焊接时散热差异大,易产生未熔合缺陷. 为保证根部打底焊良好熔透成形,提出根据正面熔池形貌变化实时调整焊枪角度的策略,提升焊接熔透质量. 结果表明,随着焊接角度变化,焊枪相对熔池发生了有规律位置偏移. 对采集到的正面熔池图像进行中值滤波等处理后获取焊枪中心的位置坐标,并研究了不同角度焊接的内部熔透形态,建立了熔池正面焊枪位置偏移量与内部熔透形态的定量关系,为利用正面熔池特征信息预测控制焊接内部熔透形态提供了一种新的方法.     

Analytical thermal model of conduction mode double sided arc welding

Abstract

An analytical thermal model of conduction mode double sided arc welding (DSAW) has been derived and used to predict the weld pool dimensions and shapes and temperatures within 2˙5 and 1˙15 mm thick AA5182 Al alloy sheets as functions of the primary DSAW parameters. Separate Gaussian distributed arc heat sources from a plasma arc welding and gas tungsten arc welding torch were assumed to act on the top and bottom surfaces of the sheets. There was excellent correlation between observed and predicted DSAW weld pool dimensions and shapes provided that suitable values for arc efficiencies and distribution coefficients for the two separate arcs were used in the model. The model is capable of predicting weld pool dimensions and shapes of both full and partial penetration conduction mode DSAW welds made in Al alloy sheet, the welding speed at which there is a transition from full to partial penetration welding and the speed above which no melting occurs.     

旋转电弧窄间隙焊温度场和侧壁熔深的数值模拟

针对旋转电弧窄间隙MAG焊焊缝成形研究需要,采用Ansys软件对旋转电弧窄间隙MAG焊接温度场进行数值模拟,研究焊缝成形的影响因素.考虑旋转电弧窄间隙MAG焊特点,实现热源模型旋转加载和旋转电弧窄间隙焊接三维温度场数值计算,模拟温度场结果与试验焊缝形貌吻合良好.为进一步提高计算效率,根据热源等效和旋转电弧热源分布特点,提出了一种类似马鞍形圆环的等效热源,侧壁熔深模拟结果与实际较符合,且计算效率大为提高.研究结果为进一步的熔深控制和焊接变形研究奠定基础.     

磁控Plasma-FCAW水下复合焊工艺焊缝成形分析

磁控等离子-药芯焊丝电弧复合焊（plasma-flux cored arc welding,Plasma-FCAW）作为一种新型水下高效焊接方法被提出,通过特殊焊炬结构设计实现了两种独立焊接工艺的优势互补. 针对复合焊接工艺中由于电源极性不同引起的电弧排斥问题,设计了外部磁场用于调控两个电弧间的耦合程度,并研究了主要工艺参数对Q355B钢水下焊缝成形及其截面几何特征的影响. 结果表明,施加的外部磁场能够有效改善复合焊接过程及焊缝成形的稳定性;药芯焊丝电弧焊（flux cored arc welding,FCAW）电压对水下复合焊接过程稳定性具有显著影响;等离子电流和FCAW电弧电压对焊缝熔深影响较大且等离子电流与熔深间呈近似线性关系;相比于水下FCAW工艺,复合焊工艺焊接熔深提升超过40%,具有更高的焊接效率和焊接稳定性.     

Analysis of submerged arc welding process by three-dimensional computational fluid dynamics simulations

The effect of torch angle and current polarities on the convection heat transfer in single wire submerged arc welding is analyzed. To develop arc models such as arc heat flux, arc pressure and electromagnetic force, this study adopts the Abel inversion method with CCD camera images for direct and alternating current polarities. The heat transfer by molten slag from the flux consumption is considered as an additional boundary heat source in the numerical simulation. The variation of arc forces, the direction of droplet flight with polarity and the torch angle significantly affect the molten pool flow and the resultant weld beads. The simulated weld pool profiles are validated with corresponding experimental results and found to be in good agreement.     

铝合金交流脉冲双面弧焊工艺试验及特点分析

通过工艺试验,详细分析了LYl2CZ铝合金板交流脉冲等离子弧（PA）-钨极氩弧（GTA）双面弧焊（DSAW）的工艺特点。通过与常规钨极氩弧焊和等离子弧焊工艺比较,发现该工艺可以显著增加熔深,减小焊后热变形,提高焊接生产效率。分别采用多孔喷嘴和单孔喷嘴进行了对比试验,其中采用多孔喷嘴能够有效防止双弧的产生,采用单孔喷嘴能够获得较大熔深。当采用小孔型交流脉冲双面弧焊工艺焊接铝合金时,由于小孔的存在,焊接过程中阴极雾化效果降低,影响焊缝成形及质量。     

焊枪行走角变化对等离子弧穿孔立焊焊缝成形的影响规律

以5 mm厚的5A06铝镁合金板材为主要研究对象,焊缝的正面熔宽和背面熔宽为成形特征参数,通过正交试验确定焊枪行走角变化对焊缝成形影响的显著性,从能量传递的角度研究了焊枪行走角的变化对等离子弧穿孔立焊焊缝成形产生影响的机理.结果表明,焊枪行走角对焊缝成形的影响在焊接电流和离子气体流量之间;焊枪与试板垂直时正面熔宽最大,而随着行走角的减小,焊缝背面熔宽逐渐增大.焊枪行走角的改变使熔池正面的能量密度以及背面最高温度截面和最大熔宽截面的相对位置发生变化,对焊缝背面熔宽的影响可归结于厚度方向不同截面热源位置的偏离与工件厚度导致的传热滞后之间相互作用的结果.     

Welding characteristics in different laser-TIG hybrid manners

An experiment for determining the laser-TIG hybrid welding characteristics was carried oat in three kinds of hybrid methods: CO2 laser-TIG coaxial hybrid, CO2 laser-TIG paraxial hybrid and Nd: YAG laser-TIG paraxial hybrid. The experimental results indicate that hybrid welding has two welding mechanisms in CO2 laser-TIG hybrid welding: deep penetration welding and heat conduction welding. As the effect of the laser-induced keyhole, the arc root is condensed, the current density and penetration depth increase significantly, the welding characteristic is apt to deep penetration welding.When current increases to some degree, the keyhole induced by laser disappears, which produces a shallow penetration and wide bead. The weld exhibits heat conduction welding characteristics. Furthermore, the arc images and weld bead crosssections of three kinds of hybrid manners were also compared and analyzed at different welding currents, which established the foundation for understanding the welding characteristics of laser-TIG hybrid welding comprehensively.     

电弧热流分布模式对GMAW焊接温度场的影响

提出了ＧＭＡＷ熔池表面产生较大变形时的电弧热流分布模式,以此为基础并考虑熔滴过渡过程及焊缝余高,建立了焊接温度场的数值分析模型,通过数值模拟,定量分析了焊接工艺参数－ＧＭＡＷ熔池表面变形－电弧热流分布－熔池形态及其温度是之间的相互影响。焊接工艺试验结果,与高斯热源模型相比,采用本文给出的ＧＭＡＷ电弧热液分布模型的计算结果更符合实际。