超声波焊接在数字化分层实体制造中的应用研究

简要介绍了超声波金属焊接的原理和设备,通过试验讨论焊接参数及工艺对焊接强度的影响,分析了将超声波焊接应用于分层实体制造的可行性.     

大功率超声波焊接加工系统现状

介绍了国内外大功率超声波焊接加工系统的研究发展现状，分析了在该领域技术和各种方案的特点。提出我国实现超声波焊接系统和超声波焊接加工技术的设想方案。     

用超声波时间穿越法监测和评价钢板间电阻点焊接质量

提出了一种利用超声波在线监测和评价钢板间电阻点焊接质量的方法，该方法采用超声换能器内置于电极技术，在电极焊接过程中，超声波穿透焊接区域，接收的超声波特性受焊接区域温度变化以及局部区域固相到液相变化和凝固等因素影响，文中提取并分析了超声波时延、时延斜率和穿越峰峰值时间间隔等参数对焊接质量的影响。     

超声波金属与陶瓷焊接机

日本ULtex公司正在销售一种自动式超声波金属与陶瓷焊接机.这种焊接机通过发出平行于铝件或陶瓷件焊接表面的超声波振荡,并使振荡波传输到其它焊接表面上,然后在压力作用下将超声波能量转变为焊接能量,从而将铝件和陶瓷件焊接成一体.据介绍,该焊接机的工作压力为几公斤/厘米~2至150公斤/厘米~2,超声波波长为几米到50米,振荡频率为20千赫至40千赫.     

浅谈电站锅炉小径管对接焊缝的超声波探伤方法

在锅炉设备的安装、检修中，有效运用超声波探伤技术。可解决现场检验条件复杂、部分焊接位置狭窄等问题。而针对小径管超声波探伤的准确性和可靠性，如何确保工程的焊接质量，我们还需进一步探索。本文通过分析小径管超声波探伤过程中的常见技术问题，提出改进方案。     

焊接模式对长碳纤维复合材料超声波焊接头性能的影响

超声波焊接可以高效地实现长碳纤维复合材料的连接.超声波焊接常用的有3种焊接模式:时间模式、位移模式和能量模式,其控制机理不同.本文采用适应生产需求的小焊头,研究了3种常用焊接模式对长碳纤维复合材料超声波焊的接头性能的影响,为生产过程中的焊接模式选择提供依据,且材料表面不预设能量引导体(导能筋)以提高生产效率.本文探寻了每种焊接模式下的最优焊接参数,并将各模式下的最优参数结果进行了对比,通过监测焊接过程中的功率-位移曲线对焊接过程及机理进行了分析,采用拉伸实验和显微组织观察对分析结果进行了验证.结果表明,熔核面积是影响拉伸强度的主要因素,焊接过程的完整性对拉伸强度也有所影响,焊接缺陷普遍存在于3种焊接模式中,对焊接质量影响不大.不同的焊接模式下获得的最佳接头性能有较大差异,位移模式下得到的熔核面积最大,接头的最大承载力可达1 795.6 N;时间模式下焊点熔化后未经充分流动即冷却凝固,接头力学性能较差;能量模式下焊接时间短,熔核面积仅为位移模式下的40.5%,承载力也较差.位移模式是最适合长碳纤维复合材料超声波焊的焊接模式.     

用超声冲击法消除锚拉板区域的焊接应力

针对大跨径钢结构斜拉桥锚拉板区域焊缝较密、连接钢板较厚、焊接残余应力较高且分布不明确等问题^［1］,对重庆江津观音岩长江大桥索梁锚固区域部分进行足尺比例试件的焊接应力测试,并对其焊缝进行超声波冲击试验,研究超声波冲击法对锚拉板区域各焊缝应力的影响情况.测试和试验研究结果表明,锚拉板区域各焊缝存在着相当大的焊接残余应力,超声波冲击法能有效地减小和消除该区域的焊缝残余拉应力,改善其应力的状态,确保构件连接的受力.超声波冲击方法是一种解决钢结构桥梁中的局部区域焊接应力过大问题的有效方法.     

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.     

球节点钢网架焊缝超声波探伤探头的研制

通过采用一种新材料 ,制造出了用于焊接球节点钢网架焊缝超声波探伤的超声波横波斜探头 .该探头具有前沿尺寸小、折射角偏差小 ,能够很好地解决壁厚薄、焊缝宽度大的焊接球节点钢网架焊缝探伤的问题 ,并在实际应用中取得了良好的结果 .     

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.     

喷射超声空化水的温度变化与塑料的水下超声焊接

测定了喷射超声空化水的温度变化，试验了塑料的水下超声焊接，并讨论了这种焊接方法。     

太阳能集热铜片与铜管的超声波缝焊技术

研究了太阳能集热铜片和铜管的超声波缝焊机理，认为焊缝是由焊接界面金属原子之间的相互扩散，接触峰点之间的相互熔焊及焊缝界面金属之间的机械嵌合共同作用形成的，同时对焊接过程中材料硬度及焊接参数对拉伸强度的影响进行了试验研究。     

电弧超声激励共熔池双钨极氩弧焊接方法

提出了一种附加电弧超声激励共熔池的双钨极氩弧焊接新方法.使用附加超声电弧和主电弧完成焊接过程,附加超声电弧向焊接熔池注入超声波激励,主电弧作为主要的焊接热源,以实现改善焊缝金属性能及其焊接效率的功能.同时,以304钢为例,采用所提出的焊接方法进行试验.结果表明,所提出的焊接方法可以提高焊接过程的稳定性和焊接效率,有效细化焊缝金属组织并提高焊缝金属的拉伸性能.     

电弧超声的激发及其特性研究

为了探索电弧在焊接过程自动控制、改善焊接接头质量等方面应用的新途径,提出以电弧自身作为可控的“超声发射源”的工作原理。在常规弧焊回路中采用了连续波和脉冲敲击式等不同的激励方式获得电弧超声信号。记录了电弧超声的频率、幅度、相移特性,初步估算了电弧超声声速。发现了电弧超声的若干“谐振频段”并对电弧频率响应的选择性现象进行了初步分析。试验结果表明,在弧焊过程中作为“产热机构”的电弧同时也可以作为“超声发射机构”,从而为开拓有关应用提供了可能性。     

超声波焊机功率发生器单片机控制系统的研究

为了更好地提高超声波焊机的功率,改善焊机的性能,采用IGBT管(绝缘栅极双极晶体管)设计了超声波功率发生器的硬件系统,运用规则取样方式实现SPWM序列的算法,采用8098单片机编制软件实现SPWM序列算法的控制及频率自动跟踪.结果表明系统具有较高的可控性,自动跟踪频率精度高,研制的超声波功率发生器适用于超声波塑料焊机.     

7075-T6合金超声辅助搅拌摩擦焊接头搅拌区组织与力学性能

搅拌区的金属流动不充分容易导致轴肩影响区与搅拌针影响区之间的过渡区出现疏松缺陷并恶化接头的力学性能.在不同焊接参数条件下,对7075-T6铝合金分别进行常规搅拌摩擦焊接(FSW)和超声辅助搅拌摩擦焊接(UAFSW),研究了超声振动对接头搅拌区的金属流动行为、微观组织特征和力学性能的影响.结果表明:相同焊接参数下,UAFSW接头搅拌区的力学性能均优于FSW接头.焊接参数为1000r/min-110mm/min 的UAFSW接头搅拌区的抗拉强度和延伸率最高,分别达到515MPa和17.3%.在搅拌摩擦焊接过程中施加轴向超声振动可以显著降低搅拌区金属的屈服应力和流变应力,促进塑化金属沿板厚方向的流动.消除搅拌区中过渡区的疏松缺陷,并细化微观组织,是接头力学性能提高的主要原因.     

Metallographic structure,mechanical properties,and process parameter optimization of 5A06 joints formed by ultrasonic-assisted refill friction stir spot welding

Novel hybrid refill friction stir spot welding (RFSSW) assisted with ultrasonic oscillation was introduced to 5A06 aluminum alloy joints. The metallographic structure and mechanical properties of 5A06 aluminum alloy RFSSW joints formed without ultrasonic assistance and with lateral and longitudinal ultrasonic assistance were compared, and the ultrasonic-assisted RFSSW process parameters were optimized. The results show that compared with lateral ultrasonic oscillation, longitudinal ultrasonic oscillation strengthens the horizontal bonding ligament in the joint and has a stronger effect on the joint's shear strength. By contrast, lateral ultrasonic oscillation strengthens the vertical bonding ligament and is more effective in increasing the joint's tensile strength. The maximum shear strength of ultrasonic-assisted RFSSW 5A06 aluminum alloy joints is as high as 8761 N, and the maximum tensile strength is 3679 N when the joints are formed at a tool rotating speed of 2000 r/min, a welding time of 3.5 s, a penetration depth of 0.2 mm, and an axial pressure of 11 kN.     

厚板电子束焊缝的超声扇形扫描检测

针对传统超声斜角探伤法检测厚板焊缝宽度受限的问题,采用超声相控阵扇形扫描方法,对55 mm厚TC4电子束焊缝进行检测研究.对相控阵波束在TC4焊缝中的偏转聚焦特性及扇形扫描进行模拟分析,采用扇形扫描与D扫描、A扫描相结合的方法分析缺陷特征,给出缺陷的三维定位.结果表明：扇形扫描角度为30°～70°,采用双面检测的方法可以实现宽度有限的厚板焊缝的检测,扇形扫描图像能够更加直观地显示缺陷.在TC4电子束焊缝中检测出气孔、裂纹、未熔合和未焊透四种缺陷.通过合理设置坐标系,可以实现焊缝缺陷的三维定位,测得缺陷距离换能器楔块前沿的距离、埋藏深度和距离扫查起始位置的水平距离.     

超声焊塑机电源及其频率自适应控制系统

介绍超声焊塑机中开关电源及其频率自适应控制系统的原理和实现，通过调试使用证明控制系统使开关电源的频率与换能器频率能很好匹配，提高了焊接效果，所设计的微机控制系统是可行的。