6063铝合金超声波辅助电阻钎焊接头组织与力学性能

为了研究钎焊时声场和电场的复合作用,采用自主研制的超声波辅助电阻钎焊装置,使用ZnAl钎料钎焊连接6063铝合金,改变声场作用时间,利用光学显微镜和扫描电镜对焊接接头组织和表面形貌以及元素分布进行分析,并研究了超声波作用时间对焊接接头和接头抗拉强度的影响,结果表明:随着超声波作用时间的增加,钎缝中铝的质量分数增加,锌铝共晶组织减少,接头的焊接强度先增加后减小,当超声波振幅为7.5μm,作用时间为4s时,接头的抗拉强度最大,为72 MPa.     

铝与奥氏体不锈钢的火焰钎焊

为改善铝和不锈钢的焊接接头性能,在奥氏体不锈铜（1Crl8Ni9Ti）的表层热浸镀一层ZL102铝合金,然后采用搭接的形式,应用火焰钎焊工艺进行纯铝（1060）板与奥氏体不锈钢板的焊接。利用金相显微镜和扫描电镜分析焊接接头的微观组织,并用显微维氏硬度仪和万能实验机床测定其显微硬度和拉伸性能。结果表明,通过不锈钢表面热浸镀铝,可实现铝与奥氏体不锈钢的火焰钎焊。在不锈钢／纯铝钎焊焊缝中存在不锈钢／热浸镀铝层、热浸镀铝层／钎缝、钎缝／纯铝三个界面。钎焊接头强度取决于各界面的连接质量。热浸镀铝层／钎缝界面是整个接头中最薄弱的界面,剪切断裂均发生在该区域。钎焊接头各区域中,热浸镀铝区硬度最高,达到99．4MPa。     

超声波辅助钎焊铜与石墨的组织及性能

采用四元合金Ag30Cu25Zn4Ti作为活性钎料,在大气中利用超声波辅助钎焊技术对铜和石墨进行了钎焊.通过改变超声波作用时间和方式,研究了不同超声波作用时间下钎料氧化膜破碎的效果,及其与TiC反应层形貌之间的关系.采用扫描电子显微镜对钎焊接头的微观组织进行了观察,最后对钎焊的接头进行了力学性能分析.结果表明:随着超声波作用时间的延长,液态钎料中的氧化膜逐渐减少,最终完全消除;与此同时,TiC反应层的厚度也在逐渐增加,最终趋于稳定.钎焊接头的组织由铜侧到石墨侧依次主要为Cu/Cu-Zn金属间化合物,Ag基固溶体和Cu基固溶体/TiC/石墨,钎焊接头的剪切强度最大值为18 MPa,界面的结合主要是超声波作用下活性元素Ti在石墨侧的偏聚形成TiC反应层而形成的.     

掘进机焊接回转台夹板开裂原因分析

掘进机由本体架、截割头、铲板等若干部件组成,其中回转台是掘进机本体和藏割头部件的连接部位,一般回转台部件为低合金高强钢的焊接结构件,在正常工况下,回转台部件长期承受重载荷,冲击载荷等联合作用,受力状态复杂,对焊缝质量有严格要求,按企生内部标准A类焊缝进行超声波和表面着色探伤检测,达到Q/SY21073 002-2008规定A类Ⅱ级焊缝标准,并按GB1134-89<钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级标准>进行检查,焊缝质量Ⅱ级合格.     

铝合金轮毂铸造缺陷超声波检测系统的研究

针对铝合金轮毂铸造缺陷造成的汽车安全隐患问题,利用铝合金轮毂铸造缺陷超声波检测技术和原理,采用水浸式超声波检测方法对铝合金轮毂铸造缺陷进行检测,并利用小波变换时频图及超声C图像判断铝合金轮毂的铸造缺陷特征。研究结果表明:水浸式超声波检测技术对铝合金轮毂铸造缺陷的检测,结合超声波A型波和时频图可以判断出铝合金轮毂内部是否有缺陷存在及缺陷的大小和位置,且通过超声波A型波转换得到的超声C图像可以更加直观地判断出缺陷的特征。可见,我们设计的铝合金轮毂铸造缺陷超声波检测系统可用于缺陷检测。     

6mm厚货车用铝合金板摩擦搅拌焊试验研究

摩擦搅拌焊技术已成为铝合金焊接的重要手段。针对5052和6061-T6两种6 mm厚铁路货车使用的铝合金板材,采用摩擦搅拌焊设备进行焊接试验;并进行了相关检测,研究不同工艺参数对焊接质量的影响。结果表明:提高搅拌头的转速和降低焊接速度有利于降低设备的主轴轴向受力。在低转速时,摩擦搅拌焊的焊接质量较差,焊缝结构疏松,容易出现焊缝缺陷;当转速提高到1 200 r/min时,热输入能量适中,焊缝表面光滑明亮,表观质量良好。由焊缝表观可以发现,提高焊接进给速度后,焊缝表面光亮度下降,纹路变得明显,表面变得粗糙;在较高的搅拌头转速下以不同焊接速度进行焊接,其焊缝内部基本无可见缺陷,质量良好;在相同的搅拌头转速和焊接速度下,6061-T6铝合金板焊接过程中主轴压力略低于5052铝合金板。     

新型铝/钢板式换热器炉中钎焊技术

为解决板式换热器铝钢复合板高成本问题,采用普通钢板取代复合板与铝合金鳍片焊接,为此研制一种新型锌基钎料Zn90Al4Ag5Ce,研究炉中钎焊工艺,并对钎焊接头力学性能及界面微观组织进行研究.结果表明:在气氛炉中加热520℃保温5min可实现Q235和铝鳍片的钎焊连接.在钎焊界面铝侧形成锌铝固溶体,在钢侧也存在弥散分布的锌铝固溶体,中间钎缝形成少量FeAl3脆性相.Ag原子能减缓A1原子的扩散速度,使有害脆性相锌铝固溶体长大速度变慢,钎焊接头力学性能提高.     

基于1.5维谱估计的输油管道腐蚀超声回波信号分析

针对以快速傅里叶变换为代表的常用二阶统计量在处理输油管道腐蚀超声回波信号时经常出现大量误差的问题,详细研究了管道超声回波信号的形成原理,并运用波动理论对回波信号进行特征分析,提出了基于1.5维谱估计的非最小相位系统与非高斯信号处理方法,并对管壁正常位置、出现内壁腐蚀和外壁腐蚀位置分别进行了逐点扫描检测及超声回波信号分析,同时给出了一种特殊的管壁腐蚀临界位置回波信号处理方法.单点检测和多点连续检测实验结果表明,1.5维谱估计算法分析输油管道腐蚀超声回波信号时,能够有效克服快速傅里叶变换算法的弊端,获取的壁厚相对误差在2%以内,C扫描图像能够清晰地显示管道的腐蚀情况,满足输油管道腐蚀剩余壁厚的检测要求.     

钎焊缺陷的超声无损检测

针对传统钎焊缺陷检测方法存在的诸多弊端,提出了一种利用超声水浸聚焦Ｃ扫描进行检测和依据钎着率进行评价的钎焊缺陷无损检测与评价方法,并开发了集计算机、超声无损检测与评价、图像处理、精密仪器和数控技术于一体的超声无损检测图像处理系统,实现了钎焊缺陷检测的自动化、图像化．通过对大量的钎焊试样进行检测及解剖发现,其Ｃ超图像与解剖界面的缺陷大小和分布完全一致．实践表明,文中提出的钎焊接头焊接质量的控制方法是非常有效的,开发的图像处理系统具有检测灵敏度、分辨率和自动化程度高,图象显示直观清晰,数据存储与调用快捷可靠,用途广泛等特点．     

超声内检测含缺陷管道壁厚确定方法

超声内检测器检测含缺陷管道时,回波信号高度敏感于探头与管道的空间相对方位,是影响管壁厚度检测精度的关键影响因素之一。利用自主研制的A扫描超声内检测实验装置,针对DN219×7.48 mm、Q235碳钢外壁含体积型缺陷管道,开展超声探头与被测管道分别在正对状态和存在轴向错位、环向错位以及两种错位共存4种状态下的超声检测实验,获得了不同空间姿态下的回波信号。分析了回波信号的时域波形特征,基于提取的时域特征参数,建立了管道壁厚计算过渡方式,并确定了壁厚计算方法。发现能确定含缺陷管段壁厚的错位范围比确定无缺陷管段壁厚的错位范围小;轴向错位对信号中缺陷底面回波特征的影响比环向错位大。结果表明:提出的含缺陷管道壁厚计算方法能准确确定管道壁厚,计算壁厚与实际壁厚最大误差小于5%,说明检测精度满足工程需要。     

限幅采样技术在激光超声无损检测中的应用

基于超声信号在金属介质缺陷处发生回波现象,提出一种单位限幅数字还原采集的方法,用于回波弱信号还原。将激光超声技术、声电耦合技术和电学检测技术相结合,利用脉冲调制的单频激光源,作用于金属激发超声波,使用单位限幅数字还原的方法,抓取超声信号传输特征。超声波信号数据采集抓取完成后发送到上位机软件,对信号进行分析和处理。通过实验测试验证,使用上述信号还原方法,依托高速FPGA开发平台,提高了系统对回波弱信号的采集能力和金属缺陷判断的能力。     

CF/PA6与6061铝合金的超声波自熔铆焊

为了进一步提高碳纤维增强热塑性复合材料与轻量化金属之间的连接强度，提出一种新型超声波自熔铆焊方法.该方法通过超声波焊接将短碳纤维增强尼龙6(CF/PA6)熔化并压入铝合金板上预制的通孔内，从而实现CF/PA6与铝合金的连接，连接机制为机械自锁.实验结果表明，随着孔数增加，焊接的整体力学性能有所增加，最优焊接能量为2 000 J,最高剪切强度为(58.9±7.1) MPa.依据焊接功率和焊头位移信号，可将超声波自熔铆焊过程分为3个阶段：压紧阶段、导能筋嵌入阶段和充孔阶段.当能量一定时，随着孔数增加，导能筋会更早嵌入CF/PA6中，且焊接时间缩短.相对于焊接能量，孔数对焊接过程的影响更大.得益于机械自锁的连接机制，该方法对金属种类没有限制，具有较为广阔的应用前景.     

活塞杆摩擦焊接头的超声检测及缺陷二维重构

针对活塞杆摩擦焊接头的未熔合缺陷,采用超声无损检测方法对部件接头进行检测并提取了含噪声的超声回波信号,利用小波降噪法对含噪声缺陷信号进行了降噪处理,通过多位置、多点检测的方法对未熔合缺陷进行了二维轮廓重构.结果表明:1) 通过优化小波阈值降噪算法的参数提高了回波信号的信噪比,可以提升检测的有效性与准确性;能实现对缺陷信号的降噪并保证信号的完整性;2) 对检测数据进行理论计算确定了缺陷的多位置边缘点,通过缺陷边缘点的拟合,实现了未熔合缺陷的二维轮廓重构,重构结果与破坏性检验结果基本吻合.     

重型燃机蜂窝结构真空钎焊工艺技术研究

重型燃机上蜂窝结构的钎焊采用了新钎料B-Ni73CrSiB-40Ni-S(ВПр11-40Н)。本项目针对重型燃机上蜂窝结构的特点,开展了用新钎料钎焊不同材料(GH536与1Cr18Ni9Ti、GH4708和K4104)的钎焊接头性能测试,通过研究确定了蜂窝结构的钎焊工艺程序和工艺参数,钎焊的蜂窝结构零件满足技术条件要求。     

2219-T87超声辅助搅拌摩擦焊接头组织与性能

为了研究超声辅助对2219铝合金搅拌摩擦焊接头组织与性能的影响,采用超声辅助搅拌摩擦焊方法对3mm厚2219-T87铝合金板进行对接焊试验.对接头进行微观组织分析、力学性能测试、三维应变测试、断口扫描及XRD实验分析.结果表明,在搅拌摩擦焊接过程中加入高频超声振动,焊缝抗拉强度提高了8.48%,断裂应变提高了9.25%,同时有效改善了焊接接头微观组织的上下不均匀性,增大了焊缝底部横截面尺寸,对焊缝底部缺陷有明显的抑制作用,且通过XRD试验,发现在搅拌摩擦焊过程加入超声后,由于焊接温度的下降,使得强化相θ″相与θ′相长大聚集程度下降,同时粗大的θ相粒子聚集程度降低,使焊缝综合力学性能得到提高.     

低熔点铝基钎料的性能

采用真空感应熔炼炉制备低熔点Al-Si-Cu-Zn-Sn多元合金钎料,以Cu为主要降低钎料熔点的元素,Zn和Sn作为既降低钎料的熔化温度,又提高钎料的润湿性和流动性的元素.通过对钎料的性能测试表明:该钎料液相线温度为528.8℃,可在560℃钎焊6063铝合金,钎焊接头剪切强度达到母材抗拉强度的80%,并且该钎料具有良好的润湿性和流动性,可以用于锻铝及部分硬铝合金的钎焊.     

Ni-rGO增强Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE复合钎料/Cu钎焊接头电迁移组织与性能

借助扫描电子显微镜、能谱仪、X射线衍射仪和微剪切试验等手段,研究了镀镍还原氧化石墨烯(Ni-rGO)增强Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE复合钎料/Cu钎焊接头电迁移组织与性能。研究结果表明:在恒温120℃、电流密度1×10~4 A/cm~2条件下,随着通电时间的增加,Ni-rGO增强Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE复合钎料/Cu钎焊接头电迁移阳极区金属间化合物(IMC)层Cu_6Sn_5和Cu_3Sn平均厚度增大,阴极区界面IMC层Cu_6Sn_5平均厚度减小、Cu_3Sn平均厚度先增大后减小。Ni-rGO的添加,明显抑制了Ni-rGO增强Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE复合钎料/Cu钎焊接头电迁移阳极区Cu_6Sn_5的生长及阴极区微空洞的生成,提高了钎焊接头剪切强度。通电72 h后,Ni-rGO增强Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE复合钎料/Cu钎焊接头的剪切强度较未添加Ni-rGO的提高了47.8%。复合钎料/Cu钎焊接头电迁移剪切断裂,由阴极钎缝区呈以韧窝为主的韧性断裂,向界面IMC由解理、准解理和少量韧窝组成的混合型断裂转变。     

基于BEEI方法的软包装热封缺陷超声检测研究

将超声无损检测技术应用于软包装热封封口性能检测中,采用背散射回波包络积分(BEEI)成像方法,该方法将每一扫描点的时域回波信号进行Hilbert变换求其包络信号,将包络信号在整个回波时间段的积分值按照扫描的先后次序生成一个二维矩阵,对矩阵插值后进行成像.试验中,采用中心频率为22.66MHz的点聚焦探头,对软包装封口处直径为50—150μm的六种通道型缺陷和夹杂缺陷进行扫描,扫描区域为包含缺陷的2.98mm×1.50mm的矩形区;分析了成像矩阵中BEEI值的变异系数(CV)以及垂直于热封方向和平行于热封方向上BEEI值的变化趋势.结果表明,超声无损检测技术可以较好地应用于软包装热封质量的检测;试验所得的BEEI值的变异系数低于8%,说明整个成像矩阵中BEEI值的离散程度较小;缺陷区的BEEI均值高于背景区的BEEI均值约30%—40%.     

蜂窝结构的超声波振动网络构建与应用

选择结构合理的多振动源超声波辅助铸造网络,提高超声波辅助铸造系统的工作效率和铝合金的铸造质量,解决了传统结构超声波辅助铸造系统功率超声波分布不均匀、作用面积和作用体积小、频率谱效率和功率谱效率低、辅助铸造质量差等问题。设计的蜂窝结构超声波辅助铸造网络可以根据振动源节点的层数确定节点的个数,根据铸锭尺寸确定正六边形蜂窝单元的边长,并且实时调整超声波网络的输出功率和谐振频率。选择7节点的蜂窝结构超声波网络和4节点的传统结构超声波网络,分别应用到Φ630 mm的7085铝合金铸锭辅助铸造实验与仿真过程中。与4节点传统超声波网络相比,7节点蜂窝结构超声波网络的有效面积、有效体积、频率谱效率和平均覆盖概率分别增加了22.73%、32.81%、18.71%和0.315,平均功率谱效率与理想值的差值仅为0.27 W/cm~2,平均晶粒尺寸减小了35.82μm,说明蜂窝结构超声波辅助铸造网络的工作效率和铝合金铸造质量均有提升。     

TMS320C5402数字IIR滤波器的超声回波信号检测

通过对IIR滤波器结构分析,制作了超声回波信号高速采样系统,并基于TMS320C5402数字IIR滤波器,对超声回波信号进行了降噪处理.结果表明,与不经过IIR滤波的数字采样相比,应用该方法可以较好恢复超声回波信号,这对超声信号的在线检测有一定实用意义.