低功率脉冲激光-电弧复合热源高效焊接过程中的“匙孔”行为研究

激光-电弧复合热源焊接技术由于具有焊接熔深大、效率高、质量好等优点而受到广泛关注。采用低功率脉冲激光-钨极惰性气体保护(Tungsten inert gas,TIG)焊电弧复合热源技术进行镁合金板材的焊接,研究激光脉冲作用消失之后的等离子体行为和激光"匙孔"行为。在上述试验结果的指导下优化工艺参数,对比研究采用单独激光焊、TIG电弧焊和复合热源焊这三种方法实现镁合金板材对接焊相同效果时焊接效率的差异。研究结果表明,激光"匙孔"和"匙孔"等离子体的形成是实现复合热源高效焊接的前提条件,恰当的工艺参数可以使得激光"匙孔"维持稳定的开口状态,这种状态提高了电弧的稳定性和能量密度,延长了镁等离子体的恢复时间,因此能够提高复合热源的焊接效率。达到相同焊接效果时复合热源的焊接效率分别达到单独激光焊接效率的7.14倍和单独TIG电弧焊接效率的4.29倍。     

MAG-TIG双电弧共熔池热源打底焊接自由成形研究

打底焊接是中厚板多层多道焊接中的关键环节,对接头性能有着至关重要的影响。基于船舶制造、海洋工程、重型机械等行业中厚板结构件打底焊接时存在的自动化程度低,生产效率低等问题,本试验采用熔化极活性气体保护焊-钨极氩弧焊(Metal active gas-tungsten inert gas,MAG-TIG)双电弧共熔池热源焊接技术对厚度为20 mm的Q235-B板材进行打底焊接自由成形工艺研究及机制分析,采用高速摄像系统对TIG电弧作用前后电弧等离子体行为和熔池流动形态进行观察。试验结果表明:MAG-TIG双电弧共熔池热源打底焊接时,TIG电弧对MAG电弧有电磁排斥作用的同时还对熔池流动及热量传递有调控作用;结合焊接电弧等离子体行为与熔池流动形态分析发现,打底成形稳定性最佳时,TIG电弧加速焊接熔池中液态金属向后上方流动,促进热量向后传递,使得熔池前端底部及板材钝边处液态金属减少,受力易于平衡及稳定,可获得熔透均匀、连续、稳定的打底背面成形。     

钛合金T形件双激光焊接力学性能与组织研究

采用双激光焊接技术分别对TC2与TA15钛合金的T形接头进行焊接试验，并对接头进行了650℃的热处理去应力，分析接头的微观组织，测试接头的力学性能，讨论热处理工艺以及立筋对接头力学性能的影响。结果显示，经过650℃热处理后，TA15钛合金接头的力学性能基本没有发生变化，而TC2钛合金接头力学性能略有降低。这主要是由于热处理后TC2组织呈现明显的回复再结晶形态。由于立筋的存在，TC2接头的拉伸性能优于母材，且由于接头晶粒取向与原母材的纤维方向呈一定角度，不再垂直于剪切测试受力方向，故剪切性能高于母材，但650℃热处理对接头力学性能影响较小。对垂直于立筋方向受力的拉伸力学性能提升不明显，仅为2%,而对垂直于立筋方向受力的剪切性能有明显提升，约为25%。     

焊接次数对TC18钛合金中厚板电子束焊接接头组织及性能的影响

采用电子束焊接工艺对21 mm厚TC18钛合金板进行了1次与2次(在1次焊接焊缝处以相同工艺再次焊接)焊接试验,研究了焊接次数对接头组织、拉伸性能和硬度的影响。结果表明：2种焊接接头均成形良好,无明显缺陷;相对于1次焊接,2次焊接接头热影响区中的α′相增多,晶粒尺寸增大;焊接接头的抗拉强度高于母材,且2次焊接接头强度更高,但断后伸长率下降,断裂方式均为韧性断裂;1次焊接与2次焊接接头焊缝区的平均显微硬度分别为380,395 HV,均高于母材区,热影响区的平均显微硬度分别为360,350 HV,增加焊接次数提高了焊缝区硬度,降低了热影响区硬度。     

低功率激光诱导电弧复合焊接钛合金薄板工艺研究

采用低功率脉冲YAG激光诱导非熔化极惰性气体保护(Tungsten inert gas,TIG)焊电弧复合热源实现了1 mm厚TC4钛合金薄板的优质焊接,研究激光诱导电弧复合焊接过程中热源能量匹配、热源间角度、对接间隙对焊缝成形的影响规律。结果表明,钛合金薄板低功率脉冲YAG激光诱导TIG电弧复合热源焊接过程中,激光能量与电弧能量之间的相互匹配将显著影响焊缝的表面成形。相对于电弧功率的变化,焊缝成形对激光功率变化的敏感度更高。随着热源间角度减小,激光诱导电弧复合热源传热能力增强;由于复合焊接速度快、热输入小、焊接试板横向变形小,当对接间隙为0~0.5 mm范围内时均能获得良好的焊缝成形。为了使焊缝成形均匀连续,焊接过程中需要对焊缝背面采用氩气进行保护,当保护气体流量为5~8L/min时获得最佳焊接接头。     

基于采动应力的深部采场结构量化设计

随着科技的进步,金属矿床地下开采的深度也日益剧增,采深的增加也带来了一系列严重的问题。依托岩石力学工作,对招莱金矿带深部矿体采场结构参数进行设计。以矿山实际为典型,运用理论解析法、经验图表法及理论计算法等方法,对焦家金矿深部矿体的采场跨度、长度进行计算,提出了适用于深部特殊应力状态下的采场结构参数,研究发现在采场宽度6 m,采场高度15 m时,采场长度受两帮稳定性影响,最大长度为30 m,考虑到矿体平均水平厚度为45 m,确定尺寸方案为6 m×15 m×22.5 m,设计矿房垂直于矿体走向布置,确保了深部开采过程中采场的稳定性。在此设计过程中随之形成了一套适用于空场采矿法采场结构参数的设计流程,并结合焦家金矿的生产实践,成功对用分段空场嗣后充填采矿法的结构参数进行了设计。     

钛合金激光-TIG复合焊接保护状态对焊缝成形及性能影响

用激光-TIG复合热源对2.5 mm厚TA15钛合金进行对接焊试验.利用万能力学拉伸机、红外热成像仪、电子探针（EPMA）、扫描电镜（SEM）等分析手段对焊接接头进行测试分析,并与单TIG焊进行对比.分析焊接工艺参数和接头保护时间对焊接接头形貌和性能的影响.结果表明,实现2.5 mm厚钛合金全熔透焊接时,激光-TIG复合焊比单TIG焊速度更快、热输入更低,焊缝和热影响区更窄,晶粒更细;相同保护条件下,激光-TIG复合焊接头比单TIG焊接头具有更高的强度、塑性和更好的疲劳性能;激光-TIG复合焊缝冷却速率高于单TIG焊,获得良好的保护状态时所需保护时间更短.     

铜始极片表面缺陷检测系统研究与设计

随着生产和工艺的进步,人们对产品的质量要求越来越高。同时,铜始极片作为有色冶金行业的重要中间产品之一,其表面质量的优劣将影响最终产品的性能和质量。为此,依据缺陷的几何特征和光学特征等,提出了始极片表面缺陷检测系统的设计方案。为了保证铜始极片表面缺陷在线系统的实时性,硬件上采用线阵CCD相机与LED光源结合的图像采集装置。系统软件选用VC++语言进行编写,针对实际的目标图像,通过对其进行图像获取、图像预处理、图像分割和特征提取,从而获得始极片表面缺陷图像的识别信息。     

Optimization of back bead geometry in the PMAG-TIG twin arc hybrid root welding process using grey based Taguchi method

This study investigated multi-response optimization of the pulse metal active gas-tungsten inert gas( PMAG-TIG) twin arc hybrid root welding process for an optimal parametric combination to yield favorable back bead geometry of welded joints using grey relational analysis and Taguchi method.Eighteen experimental runs based on an orthogonal array following the Taguchi method were performed to derive objective functions to be optimized within the experimental domain.The objective functions were selected in relation to parameters of PMAG-TIG twin arc root welding back bead geometry: back bead width to root reinforcement ratio and deposited metal height.The Taguchi approach was followed by grey relational analysis to solve the multi-response optimization problem.The significance of factors on overall quality characteristics of the weld joint was also evaluated quantitatively using analysis of variance.Optimal results were verified through additional experiments,and showed to feasibility of applying grey relation analysis in combination with Taguchi technique for continuous improvement of product quality in the manufacturing industry.     

钛合金扩散连接薄板的激光焊与TIG填丝焊工艺研究

针对厚度为(2.0+1.5) mm扩散连接成形后的TC4钛合金的焊接技术，开展了激光焊接和TIG填丝焊接的工艺研究。对两种焊接方法的接头均进行了焊后650℃热处理去应力，分析了各方法接头的微观组织，测试了接头的力学性能，结果显示：采用适当的工艺，两种焊接方法均可得到成形良好的接头；相较于氩弧焊接，激光焊接接头组织的晶粒更小，α′相更多；激光焊接剪切强度及平行于焊缝的拉伸性能高于氩弧焊接，但弯曲强度及垂直于焊缝的拉伸性能低于氩弧焊接。