超声钨极氩弧复合焊接电弧压力特征研究

为了揭示超声钨极氩弧(Tungsten inert gas,TIG)复合焊接电弧特性,采用小孔法获得的稳定电弧压力分布形式,分析超声能量作用下电弧压力分布形式与普通电弧压力分布形式之间区别。研究焊接电流、电弧长度及保护气喷嘴高度对压力分布的影响。试验中发现,电弧长度由2mm增加到6.2mm时,与普通电弧压力一直减小不同,复合电弧的压力分布呈现出周期性变化,并且在弧长为4.4 mm时,电弧压力达到最大值。普通TIG焊接中不作为工艺参数的保护气喷嘴高度,在复合焊接中对压力分布有很大影响,喷嘴高度由2mm升高到5mm,电弧压力峰值从170.8Pa减小到60.5Pa。试验结果表明:超声钨极氩弧复合焊接方法能获得较高的电弧力,并且压力分布接近于高斯分布,有利于增加焊接熔深,提高焊接生产效率。     

超声振动强化搅拌摩擦焊的热力行为及微观组织特征

为了利用超声振动降低搅拌摩擦焊过程中金属材料的屈服应力和流动应力,研发超声振动强化搅拌摩擦焊试验装置,开展6061-T6铝合金的焊接工艺试验。采用实时采集焊机电参数并将其转化成力矩和力的方法,测试超声振动作用下搅拌摩擦焊的焊接载荷,利用热电偶测试施加超声时的焊接热循环,通过体视显微镜和金相显微镜分别观测焊缝截面尺寸和接头微观组织,并与相同参数下常规搅拌摩擦焊的情况进行比对。研究结果表明,超声振动能够显著降低焊接轴向压力和搅拌头转矩,增大焊缝横截面尺寸,细化和均匀焊核区和热力影响区的晶粒组织。热循环的测量结果显示,超声振动的施加略微降低了测量点的焊接热循环峰值温度。分析认为,超声振动与搅拌头附近的塑性变形材料相互作用,降低了金属材料的屈服应力和流变应力,进而改变了原有的温度场,从而产生了优异的工艺效果。     

超声振动对高氮钢激光-电弧复合焊接接头组织与性能的影响研究

为解决高氮钢熔焊过程中由于气孔缺陷以及氮流失所引起的接头力学性能下降的问题,针对6.5 mm厚的高氮钢板开展了超声辅助激光-电弧复合焊接研究。通过对不同超声功率条件下所获得的接头组织和性能分析发现:熔池中超声能量的导入使其流动状态发生了改变,提高焊缝的熔合比,但过高的超声功率会导致焊缝表面质量的恶化;超声的空化作用使得气孔缺陷随超声功率的增加呈现先减少后增加的趋势,但超声振动的加入对焊缝氮含量的影响并不显著;超声振动可以抑制粗大树枝晶的生长,改变晶粒生长取向,细化组织,显著地提高了柱状晶区的显微硬度;随着超声功率的增加,焊缝抗拉强度和冲击韧度均呈现先升后降的趋势;拉伸强度受气孔和组织的共同影响,而晶粒细化可以改善焊接接头的断裂方式,提高焊缝韧性。与未加入超声振动时相比,当施加的超声功率为160 W时,焊缝中气孔显著减少,晶粒得到了细化,使得拉伸强度提高了3.97%,冲击韧度提高了10.8%。     

高氮钢激光-电弧复合焊接熔池表面流动行为

焊接熔池流动行为是影响焊缝成形和接头质量的关键因素之一,其特征难以直接获取。试验采用ZrO₂颗粒作为示踪粒子,利用高速相机观察示踪粒子运动轨迹,开展高氮钢激光-电弧复合热源焊接熔池表面流动行为的研究。研究结果表明：单独激光焊接时,其熔池的流动主要受匙孔尺寸变化的影响;单独电弧焊接时,其熔池的流动则主要受电弧压力和熔滴进入熔池时所产生的冲击力的影响;而激光-电弧复合焊接时,其熔池的流动既受电弧压力和熔滴进入熔池时所产生的冲击力的影响,同时,匙孔的存在也会影响其熔池的流动。在激光-电弧复合焊接过程中,示踪粒子的直线移动距离随着焊接电流和电弧电压的增加而增加;而激光功率的改变对其直线移动距离的影响并不显著。研究结果揭示了不同焊接工艺及其参数对高氮钢焊接熔池表面流动行为的影响规律,为高氮钢焊接工艺的选择提供了理论依据。     

超声辅助MIG焊接中超声作用特性研究

超声辅助熔化极惰性气体保护(Ultrasonic assisted metal inert gas,U-MIG)焊是一种新型熔化极焊接方法,利用外加声场将相应声学效果引入焊接熔池达到改善接头性能的目的。通过试验系统化研究超声对电弧形态、熔滴过渡以及接头宏观形貌的作用规律,主要目标是更好地理解超声在不同焊接条件下的作用特点。对高速摄像采集的电弧数据进行处理,结果发现随电弧电压增加,超声对电弧的压缩效果也逐渐增大;而随送丝速度增加,焊接电流增大,电弧压缩效果减弱。针对熔滴受力特点分析,可以看出超声作用后熔滴会受到一个促进熔滴过渡的附加力作用。在焊接电流为200 A时,该附加力达到最大,约为2.8×10-3 N,继续增大焊接电流,该附加力逐渐降低。对比不同送丝速度时焊缝宏观形貌,结果显示为了获得更高的焊接效率不能无限提高送丝速度,存在一个最佳的参数匹配值。结合平面驻波理论分析,随温度增加,声辐射力逐渐减弱,这在一定程度上也会削弱附加力作用效果。利用熔池薄膜模型探讨电弧、熔滴过渡以及熔池振荡三者之间的关系,超声对电弧形态、熔滴过渡的影响均可改变熔池的振荡特性,这间接表现为接头形貌的改变。通过试验与理论分析,为U-MIG焊接方法进一步发展与应用打下坚实基础。     

激光-电弧复合焊接的坡口间隙桥接能力

为推动激光-电弧复合焊接的工程应用,对其接头间隙桥接能力进行了系统研究.结果表明:激光-电弧复合焊接具有很强的间隙桥接能力,板厚4mm时最大可焊间隙量为1.8mm,板厚6mm时最大可焊间隙量为2.8mm;存在获得良好焊缝成形的接头间隙范围,板厚4mm时接头间隙范围为0.5～1mm,板厚6mm时接头间隙范围为0.6～1.2mm;电弧电流能够同时改变电弧压力、熔池重力、母材和填充材料熔化数量及坡口间隙两边熔化母材的熔合状况,是提高复合焊接可焊间隙量的关键因素;在相同焊速下,较高的电弧电流有利于厚板可焊间隙量的提高,薄板则需要相对较低的电弧电流来提高可焊间隙量.     

高氮钢激光-电弧复合焊接气孔控制方法研究*

为了掌握高氮钢复合焊接气孔控制的有效方法,研究电弧能量、激光能量和振动频率对焊缝气孔的影响。从气孔率方面分析焊缝气孔的产生原因,并从电流和电压波形及熔滴过渡方面分析其对焊接过程稳定性的影响。熔池流动与焊缝气孔具有一定的关联性,并从熔池流动状态方面分析其对气孔的影响。激光匙孔的形成需要一定的阈值能量,匙孔穿透状态对气孔率有直接影响,依据激光匙孔底部受力情况,分析匙孔状态对焊缝气孔率的影响。结果表明：气孔率随电弧能量或激光能量的增加而呈先升后降的变化趋势,电弧能量4 800 J(I=200 A,U=24 V)时,气孔率最低,仅为0.49%;而激光功率为2.8 kW时,气孔率降为最低,仅为0.14%;施加振动后焊缝气孔率均明显减小,气孔率随着振动频率的增加而先降后升。适当的电弧能量或激光能量可有效抑制焊缝内气孔数量,振动频率为35 Hz时抑制气孔效果最好。     

外加稳态磁场作用下的焊接电弧数值仿真

为了揭示外加静态磁场对焊接电弧形态及传热传质的影响规律,建立了焊接电弧的数值模型,对比分析了普通熔积、外加纵向磁场作用以及横向磁场作用下的电弧传热传质过程。结果显示:相比普通熔积,外加纵向磁场作用下,靠近基板的位置电流密度和温度减小,电弧的温度和压强峰值减小,中心处出现负压;外加横向磁场作用下,电弧整体偏向一侧,电弧中心的电流密度、温度和电弧压强都小于未施加外加磁场情况。外加磁场对电弧形态及传热传质的改变,将导致电弧和金属之间的热和力相互作用改变,从而使得熔池的传热传质过程相应的发生改变。     

激光-电弧复合焊后的高强钢微观组织分析

介绍了使用激光-电弧复合焊方法焊接高强钢的机理,进行了高强钢的激光-电弧复合焊试验,并对焊接后的高强钢焊接接头进行维氏硬度测试和微观组织分析研究。     

在两种不同工艺下激光与电弧复合焊接研究

分别研究较高功率密度的CO2激光-电弧复合焊接和在含1％CO的密闭室中低激光功率密度的CO激光-电弧复合焊接。研究表明,前者能获得比单用激光焊接更大的熔深,后者相对单个电弧焊接方法的焊接能力大大增强。这两种激光-电弧复合焊接方法各自在某些领域能得到良好的应用,具有很好的发展前景。     

基于镁合金焊接的小功率脉冲激光诱导增强电弧放电机制研究

正小功率脉冲激光-电弧复合热源具有焊接能耗低、焊接质量好以及焊接效率高等特点,具有广阔的应用前景和巨大的应用潜力,是焊接领域研究的热点之一。小功率脉冲激光-电弧复合热源优异的焊接特性来源于激光和电弧等离子体之间的协同和相互增强效应。对焊接过程中激光和电弧等离子体相互作用的物理机制和物理过程的研究有利于促进小功率脉冲激光-电弧复合热源焊接技术的进一步发展。本论文以小功率脉冲式激光-电弧复合热源焊接镁合金过程为研究对象,以激光在材     

薄板拼接激光-电弧复合焊工艺研究

对邮轮薄板焊接试验进行分析,获得薄板拼板对接激光-电弧复合焊最佳可控焊接工艺参数,并对采用激光-电弧复合焊工艺的薄板平面分段生产线的拼板压力架进行方案设计,建立仿真模型,从智能制造角度探讨了邮轮薄板生产线拼板压力架设备数字孪生技术的应用可行性,更好地发挥了生产线的效能,减少了劳动负荷,提高了生产自动化和智能化程度.     

TIG-MIG复合焊电弧间相互作用对焊接过程的影响

根据毕奥-萨伐尔定律,对惰性气体钨极保护-熔化极惰性气体保护(Tungsten inert gas-metal inert gas,TIG-MIG)复合焊TIG-MIG电弧间相互作用模型进行改进;结合不同倾斜电弧下电流密度分布的自适应模型,建立TIG-MIG复合焊的电弧力-热模型。对不同焊接电流下TIG-MIG复合焊电弧倾角展开计算,分析复合焊电弧间相互作用力对工件上热流密度分布和焊缝成形的影响,发现两电弧之间存在的排斥力能够增加TIG电弧的垂直度,从而提高TIG电弧热流密度,同时MIG电弧是影响TIG-MIG复合焊焊缝成形的主要因素。研究复合焊焊枪间距和两焊枪的前后位置对焊接过程的影响,发现TIG焊枪在前、MIG焊枪在后的方式更有利于焊接过程稳定。计算结果与试验结果的对比表明,所建立的模型能够较好地描述TIG-MIG复合焊接物理过程,这对优化其焊接工艺参数具有一定的指导意义和实际应用价值。     

振动焊接技术

振动焊接是在金属焊接的过程中对被焊件施加振动处理的一项焊接工艺,它将最大限度的改善焊接质量。经过大连理工大学多年的研究和开发,使振动焊接处理工艺应用于大型焊接构件上。反复的实验证明,振动焊接具有如下的主要优点：（1）焊接过程中施加振动,使熔化金属结晶?..     

基于双层同轴复合电弧的穿孔焊工艺可行性研究

单电极单电弧热源存在热力耦合的固有特性,制约了对熔池热力行为的精确调控,需要改进成弧方式来缓解电弧热力输出的耦合效应.提出双层电弧同轴复合成弧技术,基于等离子弧焊枪,设计了新型喷嘴,将环形自由电弧与中心的压缩电弧同轴复合.电弧燃烧试验测试发现,所设计的焊枪能够形成稳定的复合电弧,电弧宽度可由环形电弧电流调节;将复合电弧与纯压缩电弧进行初步的穿孔焊接对比试验,复合电弧能够实现稳定的穿孔焊接,焊接过程中的小孔行为和焊缝结果与常规压缩电弧基本一致.开展的试验结果初步验证了双层同轴复合电弧焊的可行性,为后续改善穿孔焊接小孔稳定性奠定基础.     

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。     

激光-电弧复合焊过程的熔滴过渡特征与受力分析

利用高速相机对高氮钢激光-电弧复合焊接过程的熔滴过渡、熔滴形态、等离子体形态进行采集与分析。采用图像处理与数学计算相结合的方法给出熔滴在电弧空间飞行时的受力大小和加速度。初步计算激光产生的金属蒸气对熔滴的反冲力的大小和分布。结果表明:熔滴呈现颗粒过渡的临界焊接电流为180 A附近;熔滴呈现射滴过渡的临界焊接电流200 A附近。激光的加入对电弧具有明显的压缩作用,在熔池表面这种压缩作用更为剧烈。通过观测和计算给出电弧焊和激光-电弧复合焊时熔滴刚脱离焊丝的加速度分别达到70 m/s~2和50 m/s~2。在实际复合焊接过程中,当熔滴落入熔池位置与激光匙孔间距为3 mm时,从激光匙孔喷发的金属蒸气对熔滴的反冲力非常小。激光的加入主要改变了电弧形态,近而改变熔滴上下表面的压力差,使得熔滴在接近熔池表面发生合并和过渡频率减慢。     

工程陶瓷纵扭复合超声振动螺旋磨削 制孔表面质量研究

针对工程陶瓷传统磨削制孔存在表面质量较差等问题,对超声振动辅助加工及螺旋加工的工艺优势进行了归纳分析,提出了纵扭复合超声振动螺旋磨削制孔的加工方法。利用超声加工机床和白光干涉仪及马尔表面轮廓仪,对纵扭复合超声加工、纵向超声加工和普通磨削加工对孔表面质量的影响情况进行了研究;并进一步探究了施加纵扭复合超声振动后超声振幅、螺距、主轴转速、螺旋进给速度对加工孔表面质量的影响规律。研究结果表明:相比纵向超声加工和普通加工,纵扭复合超声加工有利于提高制孔表面质量;纵扭超声螺旋磨削加工超声振幅、螺距对孔底和孔壁表面粗糙度的影响趋势相似,主轴转速及螺旋进给速度对两者表面粗糙度的影响趋势总体上相反。     

关于双钨极氩弧焊耦合电弧压力分析

双钨极氩弧焊作为高品质焊接技术,已被广泛应用于焊接领域。对该技术进行深入研究,对促进技术创新具有重要意义。基于此,从双钨极氩弧焊技术概述入手,采用理论与试验相结合的方法,对双钨极氩弧焊耦合电弧压力进行简要分析,明确耦合电弧压力分布情况,最终掌握耦合电弧压力特征。     

汽车行业焊接技术现状及需求（下）

（3）激光一电弧复合焊接技术由于激光焊接成本较高,因此以激光为核心的复合热源焊接技术应运而生。现在研究最多、应用最广的是激光一电弧复合热源焊接技术,主要目的是有效利用电弧热源,在较小的激光功率条件下获得较大熔深,同时提高激光焊接对焊缝间隙的适应性,实现高效率、高质量的焊接过程。哈尔滨焊接研究所在该方面的研究做了大量的工作,这一新型焊接技术,