摩擦焊机主交流电机输出功率的计算机检测

摩擦焊机主电机输出功率是摩擦焊接过程能量消耗和供能状况之间联系的纽带，是研究摩擦焊能量转换的重要环节．本研究借助高性能的微机系统，实现了对摩擦焊机主电机输出功率的检测，并给出了摩擦焊机主电机输出功率曲线的数学模型，为进行摩擦焊精确的能量控制和功率极应控制方法创造了良好条件．     

铝/钢连续驱动摩擦焊焊接扭矩和能量输入特征

基于摩擦扭矩是连续驱动摩擦焊焊接界面摩擦阻力做功的综合体现,采用主电动机定子电压电流法(Voltage and current of main motor,VCMM),获得了1050纯铝和E235低碳钢连续驱动摩擦焊过程焊接界面的摩擦扭矩,分析转速、顶锻压力对接头摩擦扭矩和不同焊接阶段能量输入的影响。结果表明:初始摩擦阶段是接头热量的积累阶段,以粘着摩擦产热为主;转速较低时,接头摩擦扭矩曲线只存在一个峰值或前后峰值特征不明显,此时接头发生失稳摩擦,转速升高,扭矩降低,初始摩擦阶段、准稳态阶段和焊接全过程能量输入都增加,但由于顶锻过程摩擦加热功率的降低使得顶锻阶段能量输入缓慢减小;后峰值扭矩和顶锻阶段能量输入与顶锻压力的变化呈正相关。     

拉锻式摩擦塞焊的热力耦合解析模型和试验验证

为快速得到拉锻式摩擦塞焊的焊接工艺参数,对焊接过程进行预测,建立了摩擦塞焊过程的扭矩、轴向力、功率和能量等指标的力学模型和热力耦合解析模型。模型的输入量为焊接塞棒的几何参数、材料属性、焊接转速和进给速度,输出量为焊接过程的扭矩、轴向力、功率和能量等。在自主设计的拉锻式摩擦塞焊设备上进行了焊接试验。通过将试验数据的输入和输出指标与理论模型值进行对比分析,验证了理论解析模型的可行性。     

压力约束模式下热超声倒装键合的试验

在采用压力约束模式夹持倒装芯片的条件下，实现了热超声倒装键合。通过观测键合过程中的输入超声功率、工具末端和芯片的振幅变化情况，研究了压力约束模式下不同键合参数对键合过程和键合强度的影响规律。试验结果表明：在这种约束模式下，键合力和功率对键合强度具有重要的影响；键合力对金凸点的变形是决定性的；键合强度与输入的超声能量总量有关，过小和过大的超声能量都不能形成好的键合强度，高强度的键合并不需要大的超声功率输入，键合过程中能量主要耗散于工具／芯片间相对运动导致的摩擦做功，并造成了芯片和工具的磨损。     

导电摩擦焊电流行为的研究

本文研究了一种新颖的焊接方法－－导电摩擦焊，即在摩擦焊过程中向工件通入一定数值的电流，形成复合热源加热。由于电流的引入，增大了摩擦焊规范参数调节范围，对摩擦焊过程中焊接温度场起很好的调节作用，从而可有效地减少焊接时间，降低主轴功率与扭矩峰值，减少焊接变形量以及改善接头性能等。     

搅拌摩擦焊过程接触熔化物理模型与分析

利用接触熔化理论建立了搅拌摩擦焊的物理模型,并进行了分析计算,探讨了搅拌摩擦焊焊缝的形成机制。指出搅拌摩擦焊过程中,能量沉积引起搅拌头前方摩擦界面处被焊材料的微结构发生改变,形成粘性类液层。研究结果表明,形成稳定厚度的类液层是实现焊接的必要条件。类液态金属在搅拌头的旋转作用下向后高速喷射,最终在搅拌头后方沉积形成弧形层状焊缝组织。     

摩擦焊技术的现状及发展趋势

摩擦焊是一种金属固相热压焊方法，是非常有前途的技术。近年来国内外发展很迅速。一、摩擦焊接优点及技术经济效果1．焊接质量高、稳定、可靠、焊件尺寸精度高。摩擦焊废品率为0．02～0．04％。2．耗能低，节能效果显著。摩擦焊比一般电能转化为热能的普通焊接可节能80～90％。3．节约原材料。通常摩擦焊比电能转化为热能的普通焊接节省原材料至少12％以上。4．摩擦焊技术不用焊条、不用焊丝、不用焊药、不用保护气体。5．生产效率高，便于实现自动化。可比普通的电弧焊生产率提高6～20倍；比电阻焊或闪光焊提高5倍。6．具有广泛的可焊性。…     

机床机电主传动系统服役过程能量效率获取方法

制造系统能效评估及其机床能效评价研究正在国际上迅速兴起,生产现场的机床服役过程(Machine tools’ service process,MTSP)能量效率的方便获取是其关键问题之一。为此,对MTSP中机电主传动系统(Electro-mechanical main driving system,EMDS)能量效率获取方法进行研究。在分析机床能量效率内涵的基础上,基于MTSP中EMDS的时段能量模型,建立基于输入功率检测的和基于输出功率获取的两类4种EMDS能量效率模型;提出对应的能量效率模型中基础数据和基础系数特别是机床载荷损耗系数的获取方法;形成MTSP中EMDS能量效率获取方法。应用该方法,只需现场检测EMDS输入功率,就可获得MTSP中EMDS的现场能量效率。应用案例表明,应用本方法不仅能实现MTSP能量效率现场获取,而且误差较小;可用于机床及制造系统的能效评价、能效监控和能效优化研究中,具有较广阔的应用前景。     

搅拌摩擦焊焊接温度检测系统的研制

为了实现搅拌摩擦焊焊接过程中对搅拌工具和搅拌区域的实时温度检测,开发了一套焊接温度检测系统。系统采用无线数据传输技术,解决了位于旋转体的热电偶信号线的连接问题,通过无线供电技术实现了对测温装置的供电。详细介绍了系统研制的总体方案、硬件电路模块以及焊接温度检测软件的设计,同时分析了系统测温误差的影响因素和处理方法。通过搅拌摩擦焊实验,对研制的系统进行了工程验证,实验表明,该系统可精确测量焊接过程中搅拌工具及搅拌区域的温度,且测温范围宽、采样速度快、分辨能力高,具有较好的应用前景。     

数控机床能效在线监测方法及监测系统

针对数控机床能量效率难以在线监测的问题,提出一种基于机床功率平衡方程和能量损耗特性的数控机床能效在线监测方法。该方法通过实时测量机床总电源输入功率和主轴输入功率分离出切削功率,从而在线获取机床能量效率,同时基于功率信息在线识别机床状态,获得机床设备利用率等信息。给出了基于ARM(Advanced RISC Machines)Win CE平台的数控机床能效在线监测分析系统软/硬件解决方案,完成了系统的初步开发和实现。通过实验验证了该系统具有较高的准确性和方便的实用性。数控机床能效在线监测对于机械加工过程和车间能效评估、能耗预测、能量管理及节能技术研究均有重要支持作用,具有较广阔的应用前景。     

RELATIONSHIP BETWEEN PLASMA OPTIC SIGNAL AND PENETRATION DEPTH FOR PARTIAL-PENETRATION LASER WELDING

Through sampling and analyzing of plasma optic signals of 400-600 nm emitted from partial-penetration laser welding processes, how the penetration depth is related to the welding parameter and the plasma optic signal is studied. Under the experimental conditions, the plasma optic signal has good response to variety of the weld penetration, and the signal's RMS value increases with the penetration in a quadratic curve mode. The inherent relation between the plasma optic signal and the penetration depth is also analyzed. It is also found that, between the two common parameters of laser power and welding speed, laser power has more influence on penetration while welding speed has more influence on weld width. The research results provide theoretic and practical bases for penetration real-time monitoring or predicting in partial-penetration laser welding.     

适用于输电线路监测的自供电无线在线监测系统

高空输电线路的实时在线监测对于电网安全可靠运行非常重要,然而输电线路在线监测系统的传统电源供给方式如感应取电、太阳能等方式,难以满足实际应用场景的需求。提出一种基于电磁-压电-摩擦纳米发电机的混合式自供电能量收集方法,将输电线路振动能转换为电能为在线监测系统供电,同时采集输电线路温度、弧垂、微风振动信息,无线发送至终端服务器,实现对电网线路的实时监控预警。系统包括复合能量收集器、电源管理模块、传感监测模块、无线通信模块、数据分析与处理模块等,实现低功耗自供电感知、无线数据收发、电磁屏蔽、数据分析与展示及实时监控预警等多项功能。系统收集环境振动能实现自供电传感,结合无线传输互联网技术形成的无线输电线监测网络实时性强、监测效率高,对提高国家电力系统的稳定性和可靠性具有非常重要的意义。     

焊装生产线计算机监控系统的设计

电阻焊作为一种高效、廉价且机械化和自动化程度较高的连接技术,在汽车工业中得到了广泛的应用.搭建的焊装生产线的计算机监控系统采用R5485通讯协议,以工控机为上位机,下接可编程控制嚣、智能仪表和点焊控制器.根据焊装生产线监控系统的功能要求,采用MCGS组态软件设计的监拉系统实现了焊接参数的精确预置和监测,焊接参数的自动优化,数据的实时采集,建立数据报表和曲线显示,实现了焊点质量在线监测和实时控制.     

激光-MAG复合焊接过程金属蒸气和背部熔池图像分析

在激光-MAG复合焊中,金属蒸气和背部熔池包含着大量的焊接状态信息。以316不锈钢和400低碳钢为试验对象,作异种材料复合焊接,并应用高速摄像机获取焊接过程中正面金属蒸气和背部熔池的实时图像。提取金属蒸气面积形态特征,结合背部熔池图像同步分析金属蒸气周期性变化规律并研究金属蒸气和焊接状态、焊缝成形之间的关系。以灰度共生矩阵(GLCM)方法分析图像纹理特征,并用能量、对比度和熵三个特征分析背部熔池与焊缝成形之间的关系。结果表明,所分析方法能有效反映金属蒸气的变化机理,金属蒸气和背部熔池与焊接状态之间的关联,为在线检测复合焊接质量提供依据。     

连续驱动摩擦焊机的研究现状和展望

摩擦焊接是一种优质、高效、节能和环保的固相连接技术,广泛应用于航空、航天、机械制造和石油勘探等领域。摩擦焊机是实现摩擦焊接技术的一种工业自动化设备,连续驱动摩擦焊接方法是最先试验成功的实用焊接方法,连续驱动摩擦焊机也是最经典的摩擦焊机。本文针对国内外连续驱动摩擦焊机设备的研究和应用现状,从主机、液压以及控制系统3个角度综述其发展概况,并在此基础上预测了连续驱动摩擦焊机的发展趋势和方向。     

摩擦热加工技术及其应用

摩擦热加工是利用摩擦过程的能量转换原理使材料局部区处于热塑性状态而实现加工的方法,该项技术具有低耗能、无污染、高效率、加工质量好等优点,因而应用前景广泛。本文重点介绍了摩擦搅拌焊、耗材摩擦敷层等被称为是“科学摩擦（Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｆｒｉｃｔｉｏｎ）”的先进摩擦焊接技术及摩擦热加工在其他方面的应用。     

Ultrasonic thermometry for friction stir spot welding

This investigation presents the feasibility of ultrasonic temperature measurement of friction stir spot welding (FSSW). FSSW is an automated solid state joining process. Thermal profiles of the weld zone are crucial for implementing informed process changes to improve weld quality. Ultrasonics present a novel and non-invasive method of monitoring changes in temperature.Ultrasonic time of flight (TOF) measurement method is used to calculate the temperature of Al 6061 as it is heated. Comparisons of the ultrasonic temperature calculations with thermocouple readings confirm the accuracy of the ultrasonic system. The ultrasonic signal is then recorded during spot welding and processed. The results show that ultrasonic technology is a feasible method of monitoring the heating and cooling profiles of the weld zone during welding. The paper also discusses challenges presented by the system as well as recommendations for its future implementation in the friction stir welding manufacturing industry.     

超声复合焊接研究现状及科学问题

超声复合焊接是功率超声应用的重要方向之一。由于超声独特的物理化学与力学效应,改变或改善了传统焊接工艺的效果,甚至解决了传统焊接无法克服的问题,因此,该技术在制造工业中具有潜在的应用前景。但是,目前的研究偏重超声复合焊接工艺效果,在超声能与焊接能复合机制方面的研究不够深入,对该方法能够达到的水平不清楚。综述超声复合焊接中三种主要方法--超声复合电弧焊、超声复合钎焊和超声复合搅拌摩擦焊的工艺原理、特点及成果,归纳与总结焊接工艺中超声场作用下液态金属凝固行为、固态金属流变成形行为、液态钎料合金与母材的界面行为,提出目前研究中所存在的主要科学问题及建议未来应关注的几方面内容,希望对该领域的基础研究及工程应用提供有价值的参考。     

窄间隙MAG焊电弧声与电弧作用位置的相关性

电弧-侧壁距离控制是保证窄间隙熔化极活性气体保护焊(Narrow gap metal active gas welding, NG-MAG)侧壁熔合良好的关键。通过对NG-MAG脉冲立焊过程中电弧声的预处理和分析,发现其时域波形呈周期性“振铃”衰减特性,频率与焊接电源脉冲频率相同;电弧声能量的频域分布范围为0.3～12.0 kHz,且能量主要集中在0.3～3.0 kHz和9.0～12.0 kHz两个频带,频谱分布与电弧-侧壁距离高度相关。在此基础上,采用小波变换(Wavelet transform, WT)和联合时频分析(Joint time-frequency analysis, JTFA)实现对电弧声信号的降噪处理和时频分析,结果发现,伴随电弧-侧壁距离的逐渐增大,电弧声能量的低频分布始终存在,呈现“断续-连续-断续”分布特征;而高频分布出现在电弧-侧壁距离2.6 mm以上,呈现“断续-连续”分布特征。利用NG-MAG脉冲立焊电弧声的时频分布规律可实现对电弧作用位置的监测预警,为NG-MAG焊接过程状态监控提供一种途径。