高速摄像技术中TIG焊接过程的熔池和电极研究

TIG焊接过程中，熔池液体的流动和阴极表面的变化直接影响焊接质量和电弧稳定性的好坏。本采用高速摄像机配合光学窄带滤光片，很好地解决焊接过程熔池液体流动和电极现象的观察困难的问题，研究焊接过程中液面的流动和电极表面的变化情况。研究结果表明：焊接电弧的辐射由一些不连续波长的峰组成，选择950—960nm波长的红外窄带滤光片有选择地降低等离子体电弧的亮度，清晰地观察焊接过程中熔池表面的变化和电极表面的变化。熔池液体的对流的原因是由于温度差别造成的液体表面张力和密度不同、电弧等离子体的压力以及电弧电流的电磁力，液体流动的平均速度为0．12m／s，最高瞬间速度可达0．7m／s。在焊接过程中，电弧上方的电极表面形成钨枝晶和氧化钍富集区，是下一次使用时电弧的起弧点，电弧起弧的稳定性取决于电极尖端氧化钍的含量。     

5052铝合金电阻点焊电极形状对电极寿命的影响

利用ANSYS软件建立了直径分别为6和8 mm的锥台电极和直径16 mm的球电极所对应的5052铝合金电阻点焊过程的有限元模型,分析了在相同的焊接工艺参数下3种类型电极几何形状对5052铝合金电阻点焊的熔核形成过程及其焊接质量和电极自身磨损的影响,并通过连续点焊试验验证了模型的准确性.结果表明:对于锥台电极,在相同的焊接电流条件下,电极端面直径越小,所得到的熔核尺寸越大,点焊接头质量越好;球电极与工件的接触面积过小,将会使得电流集中、温度过高而发生严重的电极烧损.所建模型的模拟结果与试验结果的误差在4%以内,采用直径6 mm的锥台电极进行5052铝合金薄板焊接时,电极寿命比球电极提高了20%.     

电阻点焊温度场分布的数值模拟

为研究点焊时焊接规范对电极温度的影响,以及镀锌钢板点焊时焊接参数的选择,利用轴对称有限元程序模拟了电阻点焊的过程中电极与工件的温度场分布,模型中采用标定法来解决接触电阻产热的问题;运用生死单元技术解决镀锌钢板焊接时镀锌层熔化的模拟问题。结果表明,有限元点焊模型可以得到与实际焊接十分吻合的模拟结果。电阻点焊时,不同规范的焊接参数对电极的温度分布影响较大,采用标准规范时电极的温度最低,故选择焊接规范时应考虑到对电极的影响。镀锌钢板焊接时,熔化的锌层对焊接过程以及电极温度分布有显著影响,若采用无锌钢板的焊接规范基本上不能形成熔核,而政党焊接时电极最高温度将比无锌钢板点焊时高出20%,因此,加何降低电极温度是一个重要问题。     

水下湿法手弧焊焊接过程稳定性的评价方法研究

为了解决水下湿法手弧焊焊接过程中电弧燃烧和熔滴过渡的稳定性容易受到干扰等问题,本文针对其焊接过程的特点,分析了影响湿法手工电弧焊焊接过程的因素,对焊接过程稳定性评价的研究现状进行了总结,并得出一种较为全面的评价焊接过程稳定性的方法,即利用统计图形的方式对焊接过程中的电参数及相关的时间参数进行统计分析,得出反映焊接过程的信息。该方法对焊接过程的描述直观、准确,对于研究新型水下湿法焊接材料,提高焊接过程稳定性和焊缝质量,以及水下湿法焊接技术的推广应用具有重要的意义。     

镀银铜导线与银箔平行微隙电阻焊影响因素

为了保证空间硅太阳电池阵的连接质量,采用枪式微型电阻焊接系统对镀银铜导线与银箔连接片进行了工艺实验研究和影响因素分析。结果表明,采用纯钼电极焊接的焊点质量及其耐磨性要明显优于纯钨和钨铜电极。电极间隙对焊点质量影响很大,焊接电压对焊点质量的稳定性有较大影响。适当增加焊接压力会抑制焊接飞溅、改善焊点质量、提高焊点强度,但当压力大于25 N时,压力的增加对焊点强度的改善作用将不再明显。银箔扭曲或撕裂是最可靠的焊点拉伸破坏形式,此时对应的焊点强度超过40 N,且焊接过程飞溅较小,电极无明显粘连。可见选用适当的工艺参数,则焊点界面结合良好且无明显孔洞缺陷以及虚焊现象,综合性能最佳。     

具有不同通道变极性等离子弧焊设备研制

研制了一种具有不同通道的新型变极性等离子弧焊设备．采用双电源对主弧正负半波供电,在负半波以水冷铜喷嘴代替钨电极作阳极,既避免了主、维弧相互干涉现象,又降低了钨电极的烧损,使电弧和焊接过程稳定性提高．此外,电流频率、正负半波幅值和导通比的独立可调,能满足铝合金焊接时对金属熔化和阴极清理的不同需要．     

光电数显式CO2焊短路过渡频率计的研制

基于光电传感方法,研制了一种数显式频率计来检测CO2气体保护焊焊接过程熔滴短路过渡频率,达到对熔滴短路过渡稳定性进行时时监测,从而实现优化焊接规范参数,减低焊接飞溅产生,提高焊接质量的目的.     

起重机伸缩臂的优化设计

本文以伸缩臂结构自重最轻为优化目标，以伸缩臂的强度、刚度、腹板的局部稳定性和焊接工艺允许的最小板厚为约束条件，用变分方法导出一组优化计算公式，供设计人员在设计工作开始时确定优化尺寸用。本文中的伸缩臂结构特点是各节臂的截面积沿长度方向连续变化，能充分发挥材料的作用。     

凸焊螺母的焊接工艺研究

针对凸焊螺母焊后脱落,一侧烧黑,内螺纹变形和粘附焊渣等焊接质量缺陷,本文从多凸点焊前的均衡受力,均匀变形角度分析了造成上述缺陷的主要原因,提出一种自定位组合电极,经试验分析和电极形式及电极头尺寸是多凸点凸焊工艺的关键影响因素,进而确定了自定位组合电极焊接时的合适工艺参数,从根本上解决了多凸点焊接领域这一长期存在的质量缺陷。     

超声对二氧化铅电极性质的影响

为提高PbO2电极在电催化氧化废水处理中的稳定性及催化性能,在超声场中用电沉积方法制备了PbO2电极,采用扫描电镜、X射线衍射、强化寿命测试、线性扫描测试及电催化降解等手段对所得电极的组成和性能进行了表征,并与未使用超声场的常规制备PbO2电极进行了性能比较。结果表明:超声场对PbO2电极的表面形貌有一定影响,产生了较多花束状的凸起,增加了电极的真实表面积;超声法PbO2电极的强化寿命和电压稳定期分别为166和165h,明显长于常规法PbO2电极的100.5和50h,表明超声法PbO2电极的稳定性优于常规法PbO2电极;超声法PbO2电极的析氧电位为1.67V,高于常规法PbO2电极的1.60V,表明超声法PbO2电极对于析氧副反应具有一定的抑制作用,有利于提高其电催化性能;在扫描电势达到2.0V时,超声法PbO2电极的电流密度响应值为0.018 3A·cm-2,远高于常规法PbO2电极的0.006 85A·cm-2,表明它的导电性能更好,有助于降低电极在电解过程中的能耗;在对酸性红G溶液的降解过程中,超声法PbO2电极的表现优于常规法PbO2电极,其准一级反应动力学常数和总有机碳去除率分别为0.019 7min-1和15.6%,均高于常规法PbO2电极的相应值,而其能耗值却低于常规法PbO2电极。由此证明,超声场的引入可改善PbO2电极的稳定性和催化性能。     

基于焊缝成分的焊条配方预测

介绍了焊接过程高温时的热力学和动力学基本物理—化学方程 ,并以此方程建立了数学模型 ,采用计算机VisualBasic编程 ,在给定的所期望接头性能和焊接参数后 ,基于焊缝成分预测焊条的配方。     

等离子弧穿孔法立焊焊缝成形规律的研究

研究了铝合金等离子弧穿孔法立焊的焊接工艺规范及焊接参数对焊缝成形的影响．结果表明：采用立焊方法，其焊接规范区间增宽，工艺再现性好；控制喷嘴到工件的距离可实现对焊缝正反面增高量及宽度的控制；填充焊丝及装配间隙对焊缝成形及穿孔熔池的稳定性有一定的影响．     

电极因素对TIG弧的物理特性及焊接工艺性的影响

电极因素（材料、直径及端部形状）是ＴＩＧ焊的一个重要工艺因素，对电弧的导电特征，电磁压缩效果及等离子流的形态具有决定性的作用。采用不同的电极因素，电弧形态、电弧电压以及电弧能量场和压力场的分布表现出明显的差异，因而电极因素对于ＴＩＧ弧的焊接工艺性（如电弧的稳定性、焊缝的形状特征、对工件的净化作用、交流弧的直流分量以及电极的损耗量等）具有重要的影响。本文采用多种测试手段，在不同电极因素条件下，对ＴＩＧ弧的物理特性及焊接工艺性进行了系统的试验研究，对各种电极因素的影响规律进行了探讨，并作了初步评定。此外，还对电极因素与其它工艺参数的合理匹配提出了建议。     

小功率GTAW电弧稳定性研究

本文提出了测试和评定小功率GTAW电弧稳定性新方法。在此方法中,采用X—Y函数仪监测电弧电压的动态波形,根据动态波形对电弧稳定性进行比较和评定。本文以此方法为依据,就电弧电流、电流脉冲频率、电极几何尺寸、保护气体等对电弧稳定性的影响进行了试验,提出了延长电极工作寿命和提高电弧稳定性的技术措施。本文研究成果已用于工业生产,提高了超薄不锈钢制品焊缝合格率及生产率。     

Effects of different friction stir welding conditions on the microstructure and mechanical properties of copper plates

Friction stir welding is a new and innovative welding method used to fuse materials. In this welding method, the heat generated by friction and plastic flow causes significant changes in the microstructure of the material, which leads to local changes in the mechanical properties of the weld. In this study, the effects of various welding parameters such as the rotational and traverse speeds of the tool on the microstructural and mechanical properties of copper plates were investigated; additionally, Charpy tests were performed on copper plates for the first time. Also, the effect of the number of welding passes on the aforementioned properties has not been investigated in previous studies. The results indicated that better welds with superior properties are produced when less heat is transferred to the workpiece during the welding process. It was also found that although the properties of the stir zone improved with an increasing number of weld passes, the properties of its weakest zone, the heat-affected zone, deteriorated.     

Impulse Capacitor Discharge Welding of Hollow Structure Made of Nickel-Base Alloy

Future steam turbines will use hollow structures so that the turbine inlet temperature can be in- creased to improve the thermal efficiency. These hollow structures are made of the nickel-base alloy Nicro- fer 6025 HT and consist of a wire mesh between two cover sheets. The cover sheets can be joined to the wire mesh by capacitor discharge welding due to its extremely short welding duration. The goal of this re- search is to investigate suitable welding parameters so that the weld spots form in an optimum way to in- crease the tensile shear strength and reduce spattering. Tensile shear tests, three-point bending tests, and micrographs were used to judge the joint quality of structures made with various welding parameters. The results show that the best welds are obtained with a transmission ratio of 1:200, welding energy of 70% to 95%, and electrode force of 7 to 9 MPa.     

YAG激光与脉冲MIG复合焊

采用设计制造的复合焊接机头 ,研究了YAG激光 脉冲MIG电弧复合焊接铝合金时各种规范参数对焊缝成型的影响规律及激光与电弧的复合作用 .结果表明 ,在比较宽的参数范围内YAG激光 脉冲MIG复合焊接铝合金具有焊缝成型美观 ,无气孔等优点 ,熔深与激光单独焊相比增加 4倍 ,与脉冲MIG焊接相比增加 1倍以上 ,焊速显著提高 ,是一种理想的焊接工艺 .     

Al-12.7Si-0.7Mg合金交流TIG焊接头组织与性能

采用进口ER4043和ER4047作为填充焊丝对Al-12.7Si-0.7Mg合金热挤压板材实施交流TIG直缝对焊.利用金相观察、显微硬度测定及拉伸性能测试等方法研究了焊接接头的显微组织与力学性能.结果表明:在所选的焊接工艺参数条件下,交流TIG焊可以获得焊缝质量良好的焊接接头;焊缝区(WZ)是明显的熔融金属激冷形成的铸态组织,热影响区(HAZ)Si颗粒有聚集长大的趋势;接头显微硬度分布显示硬度在焊缝区达到最高,在熔合区急剧下降,在热影响区达到最低.两种焊丝焊接接头抗拉强度都达到基材的90%以上.     

长寿命连铸辊的堆焊材料和工艺开发

介绍了大型板坯连铸机连铸辊的工况特点、主要失效形式,阐述了连铸辊堆焊材料的研究现状和性能要求.在1Cr13NiMo堆焊材料的基础上,增加了功能合金元素,开发出新的堆焊焊带和匹配的烧结焊剂,新堆焊熔敷金属的组织、强度和冷热疲劳性能明显优于进口焊材;研究了不同堆焊层间温度和焊后热处理温度对堆焊材料性能的影响规律.结果表明,合理的堆焊层间温度和焊后热处理温度能够获得最理想的组织和机械性能;新型连铸辊的使用寿命优于国外同类产品.     

镀锌钢板点焊过程的有限元模拟

采用ANSYS软件对镀锌钢板点焊过程进行数值模拟．该模拟过程对镀锌层的存在，特别是对接触电阻的影响给予了重视，建立了轴对称2-D模型，采用热、电耦合计算方法，输入不同焊接条件，得到最终的温度场分布图，并算出熔核直径．将得到的有限元模拟结果与实验结果相对照，发现两者较为吻合．该有限元程序可以用于焊点质量预测以及电极磨损下的焊点质量初步预测，作为焊接参数设置及焊接质量判断的辅助依据，其结果可部分替代实际生产中的焊点破坏试验．