摩擦焊机液压施力系统压力特性对比分析

为分析采用电液比例计算机闭环系统进行摩擦焊接过程控制的必要性及可行性,对比分析了分别由开关阀和比例溢流阀组成的两种摩擦焊机轴向压力施力系统的静动态特性,以及长期生产过程中轴向压力波动规律,重点分析了油温对轴向压力参数的影响.结果表明,比例阀控制系统轴向压力的静、动态特性均优于开关阀系统;在长期焊接生产过程中,比例阀控制系统的轴向压力不受液压系统油温影响,比开关阀系统稳定,控制精度高,重现性好.     

基于焊接力开环及闭环模式交互作用的摩擦焊接技术研究

基于焊接力开环模式及闭环模式交互控制方式,研制摩擦焊机轴向加载液压系统,实现对焊接辅助过程、三级摩擦焊接过程中轴向焊接力的控制。从辅助过程到自动焊接过程,轴向力的变化经历了七个阶段:在辅助过程中,开环模式控制下的轴向力对摩擦焊接缩短量及工件焊后尺寸精度无明显影响;在三级摩擦焊接过程中,闭环模式控制下的轴向焊接力的控制精度、稳定性对摩擦焊接轴向缩短量及工件焊后尺寸精度具有直接和间接的影响。基于焊接力开环模式及闭环模式交互控制方式研制的轴向摩擦焊机,可实现材料为40Mn2、型号为XDZ190支重轮摩擦焊,焊接接头成形良好,工件的摩擦焊接缩短量精度控制在0～0. 5 mm以内。     

摩擦焊接过程PLC闭环控制系统

为提高摩擦焊接过程参数控制精度,降低控制系统成本,以PLC为控制平台,配合必要的A/D、D/A模块以及电液比例控制单元,建立了摩擦焊机PLC闭环控制系统,并开发了相应的闭环控制软件和人机界面.该系统具备摩擦焊接过程顺序控制功能和轴向压力闭环控制功能.测试表明,该系统闭环控制周期16ms.经实际生产表明,可以稳定用于摩擦焊接生产,摩擦压力和顶锻压力的控制精度可达5%.     

惯性摩擦焊过程轴向界面作用力的演变规律

利用Deform软件建立了FGH96合金惯性摩擦焊过程的三维热力耦合有限元模型,研究了焊接过程摩擦界面上轴向作用力的演变规律。数值模拟结果表明:在摩擦界面上,中心区域的轴向作用力最大,边缘区的轴向作用力最小。在焊接过程中,摩擦面中心与边缘区域的轴向作用力差值与相应的材料流动速度差值成正比。摩擦面中心区域的轴向作用力随着焊接时间的增加呈现先增加后减小的趋势。     

异种钛合金线性摩擦焊接工艺参数对接头轴向缩短量的影响

采用线性摩擦焊接(LFW)方法实现了TC11和TC17异种钛合金的连接,探讨了LFW工艺参数对异种钛合金焊接接头轴向缩短量的影响.结果表明,异种钛合金LFW接头轴向缩短量与振动频率呈近似指数关系,与摩擦压力呈近似二次多项式关系.振动频率对LFW接头TC11侧轴向缩短量变化速率的影响较TC17侧小;而摩擦压力对LFW接头TC11侧轴向缩短量变化速率的影响较TC17侧要大.单位振动频率轴向缩短量变化率TC11侧为0.36mm/Hz,TC17侧为0.12 mm/Hz;单位摩擦压力轴向缩短量变化率TC11侧为0.05 mm/MPa,TC17侧为0.03 mm/MPa.LFW接头TC11侧轴向缩短量较TC17侧要大.     

轴向载荷变化对搅拌摩擦焊接过程中材料变形和温度分布的影响

采用完全热力耦合模型分析轴向载荷变化对搅拌摩擦焊接过程的影响,发现较低的轴向载荷会导致搅拌摩擦焊接无法完成.搅拌摩擦焊接构件上表面材料由于受到搅拌针和肩台旋转的作用,导致上表面材料变形程度较下表面高,材料沿焊缝中心线的变形并非严格对称,前进侧材料的变形程度较后退侧高,搅拌头轴向载荷的增加会减弱这种不对称性.搅拌摩擦焊接过程中的最高温度随轴向载荷的增加而增加,且搅拌头轴向载荷的增加会促使搅拌区附近的温度分布趋于均匀.     

600MPa级超细晶粒钢摩擦焊过程性能分析

利用摩擦焊对直径为13 mm的600 MPa级别的超细晶粒钢进行了焊接. 结果表明,严格控制摩擦焊工艺参数,超细晶粒钢具有良好的摩擦焊焊接性. 超细晶粒钢摩擦焊接头热影响区出现了轻微的晶粒长大,尺寸至9~11 μm. 接头性能分析表明,超细晶粒钢摩擦焊接头强度可达715 MPa,断面伸长率22%,断面收缩率68%,冲击韧性可达98 J,呈典型的韧性断裂. 急停试验表明,摩擦焊过程中变形区金属在摩擦扭矩和轴向压力大作用下,沿着轴向、切向、径向三个方向流动. 随摩擦时间的增加,不同区域的晶粒的尺寸都略有增加,其中以高温区增加最为明显.     

材料流动对连续驱动摩擦焊飞边形成的影响

在建立了45钢环形结构件连续驱动摩擦焊的二维热力耦合有限元模型的基础上,研究了焊接过程中的温度场与材料流动对飞边形成的影响规律.结果表明,在摩擦阶段,材料主要沿轴向流动,而径向流动基本上为0;在顶锻阶段,在大的轴向顶锻压力的挤压作用下,摩擦面边缘及其附近的材料主要沿径向向摩擦面外流动并形成飞边,且飞边的尺寸与弯曲程度随焊接时间的增加而增加.同时,增加旋转频率以及轴向顶锻压力会导致飞边尺寸与弯曲程度的增加;基于飞边形貌给出了45钢环节结构件连续驱动摩擦焊的合理焊接工艺参数.     

基于轮廓法测试惯性摩擦焊接头内部残余应力

采用轮廓法测试小尺寸镍基高温合金惯性摩擦焊接头的内部环向应力、中等尺寸惯性摩擦焊接头内部环向和轴向应力;分析惯性摩擦焊接头内部环向和轴向残余应力分布特征. 结果表明,轮廓法能测试小尺寸及窄小焊缝试件的内部残余应力,能反映出窄小焊缝内部的大梯度焊接残余应力全貌;惯性摩擦焊接头的环向应力沿轴向变化剧烈,沿环向分布均匀,沿厚度分布不均匀;焊缝中心位置外表层区域环向应力小于内表层区域环向应力;焊缝中心外表面轴向应力为压应力,而内表面轴向应力为拉应力,且轴向应力沿厚度呈线性变化.     

摩擦焊接轴向缩短量神经网络与支持向量机预测

轴向缩短量是惯性摩擦焊接过程中的关键参量.文中利用ABAQUS有限元软件对高温合金管材惯性摩擦焊接过程进行了模拟,获得并研究了不同焊接工艺参数下的轴向缩短量结果.基于模拟结果,分别建立了支持向量机(SVM)和径向基函数(RBF)神经网络的轴向缩短量的预测模型.两种模型的对比表明,对于该小样本的预测,RBF神经网络比SVM智能预测结果更接近有限元模拟值.因此RBF神经网络模型可以更好的辅助摩擦焊接的有限元模拟,并有效降低模拟的时间成本.     

线性摩擦焊设备液压伺服系统的设计

液压式线性摩擦焊是将电液伺服控制技术运用到线性摩擦焊接领域的一种先进制造技术.分析线性摩擦焊设备的工作原理,针对系统工作状况设计了一套液压伺服系统,采用一个小流量的伺服阀在振动过程中实现实时位置闭环控制,振动停止后将振动缸位置精确定位是该系统的设计特点.同时针对液压系统中关键元件振动伺服阀进行了大量的设计计算、对比及仿真实验,从而选出适合该系统的伺服阀.该液压系统的设计为线性摩擦焊设备的研制提供了参考.     

基于电液比例技术的摩擦焊压力控制系统

采用电液比例溢流阀以及PHILIPS公司的新型高性能8位单片机P89C51RD2,对原有摩擦焊机液压系统进行改造,实现了压力的闭环控制,使摩擦焊接过程压力参数稳定、调节方便.实际生产应用表明系统运行效果良好.     

基于ARM的摩擦焊机压力闭环控制系统的设计

设计了基于ARM的摩擦焊机压力闭环控制系统,该控制系统以S3C44B0X处理器为控制系统核心器件,以电液比例溢流阀为执行系统关键部件,并引入增量式PID算法对摩擦焊机顶锻压力进行控制。实验结果表明:该系统快速、稳定、可靠,且具有较强的抗干扰性。     

摩擦焊机电液比例轴向压力控制系统仿真和PID控制研究

为提高摩擦焊接过程中轴向压力控制精度,对摩擦焊机电液比例轴向压力控制系统进行数学分析,并根据其系统的特点,建立电液比例轴向压力控制系统数学模型,同时利用Simulink对系统进行仿真分析,最后采用PID控制算法对其进行校正,提高了控制系统的快速性、稳定性和准确性。     

脉冲MIG焊接电弧的闭环控制

作者研究成功了一种用于脉冲MIG焊接电弧的闭环控制系统,称为QH-ARC-102控制法。它具有优异的静态及动态品质。无论脉冲或者维弧阶段,电弧的工作点均位于三极管焊接电源阶梯形外特性的恒流段上。因此,电弧稳定,始终保持喷射过渡,飞溅极少,电流的调节范围也较宽广.在每个脉冲期间,均对弧长讯号进行采样以实现对弧长的闭环控制。因此电弧具有很强的抗弧长干扰能力,而且其脉冲工艺参数能够自动优化,可以适应送丝速度大范围的突变。本控制系统对脉动送丝或程序送丝MIG 焊接新工艺比较适用。如用于实现全位置焊接、焊缝成型控制、线能量控制以及熔深的闭环自动控制等,特别是对机器人焊接更为适用。文章论述了本系统的工作原理,介绍了实用的电路图,并且给出了一些焊接结果。     

微机控制IGBT逆变式脉冲MIG焊电源的研究

建立了微机控制和ＩＧＢＴ逆变式脉冲ＭＩＧ焊电源系统,实现了ＭＩＧ焊接过程弧压自适应闭环控制。实验表明,该系统对弧长扰动有较强的适应能力,可在深坡口中稳定焊接。     

交流脉冲MIG弧焊电源及弧长控制

AC PMIG的控制模式是一周一脉一滴，脉冲电流设计在电弧EP极性时间里，其余时间均为基值电流。弧焊电源一次逆变控制电流快速动态过程，二次逆变控制电弧极性。控制系统采用双闭环结构，内环模拟控制电弧电流，外环80C196KC单片机控制电弧电压及电弧极性。根据电弧电压偏差信号及电弧状态，设计了四个控制规则及其控制参数的计算方法。正常焊接状态时变频控制交流脉冲频率。采用这种控制方案，获得了稳定性高、熔滴过渡均匀的焊接过程。     

X52管线钢水下摩擦圆锥塞焊接头组织特征

对X52管线钢进行了水下摩擦圆锥塞焊工艺试验，对不同焊接工艺参数下接头的微观组织进行了金相显微镜及扫描电镜观测，探讨了工艺参数对X52管线钢水下摩擦圆锥塞焊接头组织的影响. 结果表明，接头可以分为锻造区、最终摩擦界面、剪切变形区、结合区及热影响区. 其中剪切变形区呈层状结构，所形成的焊缝微观组织极不均匀，且出现粗大晶粒. 相比于焊接转速，轴向压力对X52管线钢水下摩擦塞焊接头组织的影响更显著. 摩擦塞焊接头组织与传统摩擦焊接头晶粒细化的特征不同，这是由于在“封闭式”摩擦焊过程中塞焊缝主要由剪切变形区组成.     

MC68HC11单片机控制恒频短路过渡逆变式CO2焊机的研究

通过建立以ＭＣ６８ＨＣ１１Ａ１单片机为主控ＣＰＵ的双闭环控制系统，采用ＩＧＢＴ逆变式弧焊电源，实现了波控ＣＯ２焊接方法的一元化调节及恒频路过渡。实验结果表明：该系统焊接过程稳定，焊缝成型美观，飞溅小，同一直径焊丝适用的焊接电源范围宽，且抗干扰能力强，具有实际推广应用价值。