连续驱动摩擦焊能量参数的计算机一体化实时检测技术

摩擦焊能量参数检测是摩擦焊接技术领域研究的关键问题．根据能量转换和守恒定律,通过对连续驱动摩擦焊主电机定子电流、电压信号实时的计算机检测,结合摩擦焊过程能量传输的特点,利用可靠的参数计算模型,采用独特的浮动求差法,首次实现了对连续驱动摩擦焊输出功率、摩擦加热功率以及摩擦扭矩等能量参数的计算机一体化实时检测,并对摩擦焊诸能量参数的变化规律进行了研究．     

摩擦扭矩VCFE法检测与数理模型研究

摩擦扭矩是保证获得高质量摩擦焊接头的关键参数 .通过对连续驱动摩擦焊主电机定子电压和定子电流信号的计算机同步、实时测量 ,根据摩擦焊能量传输的特点 ,采用浮动求差的方法 ,实现了面向工程的摩擦扭矩方便、准确的检测 (即voltage currentfloatingevaluation法检测技术 ) ,并首次建立了面向工程的摩擦扭矩过渡与稳定摩擦阶段可靠的、指数形式的数理模型 .该检测技术与数理模型为监控连续驱动摩擦焊接质量提供了新的方法和依据 .     

管体摩擦焊顶锻变形阶段污物清除的估算

根据连续驱动摩擦焊顶锻变形的特点，提出了估算顶锻变形过程界面污物清除率模型，建立了污物清除率为一次焊接参数和二次参数的函数关系。以此为基础，分析了管结构摩擦焊变形过程中界面及近界面塑性区金属质点的运动规律，并结合石油钻杆摩擦焊的实际施焊情况，测定了顶锻终了接头的塑性变形区宽度，估算了顶锻变形过程界面污物清除率。     

连续油管注入器液压系统

连续油管作业可节省大量的上卸扣时间,并能减少能量消耗,因此应用范围不断扩大．连续油管作业设备的核心是注入器,根据注入器的主要功能,提出一种新的注入器液压系统,并对其组成、工作原理和性能特点进行了详细的分析．该液压系统的主驱动回路与辅助驱动回路分开,主驱动回路主要满足负载特性的要求,辅助驱动回路主要保证灵活的操作性能,这样便于系统的调试和维护．在主驱动回路中采用闭式容积调速和节流调速相结合的控制方式,分别满足载荷扭矩为正和为负的负载特性要求．这种控制方式特别适用于大功率系统．分析表明：新的液压系统既满足负载和操作要求,又节能可靠,是一种理想的连续油管注入器液压系统．     

新型抗偏载变摩擦阻尼器力学特性研究

为提高传统摩擦阻尼器的耗能能力及耗能稳定性,提出并设计一种新型变摩擦阻尼器.通过采用反向不连续斜坡结构设计与蝶形弹簧组合,新型变摩擦阻尼器能够实现变阻尼力输出特性且有一定的抗偏载能力,在结构中增加副摩擦板,可有效提高阻尼器耗能能力.首先,通过建立理论模型分析阻尼器在不同工作阶段的力学特性,并对各个设计参数对阻尼器的阻尼输出特性影响进行分析.在此基础上,设计加工原理样机并进行力学特性试验研究.最后,通过有限元方法对隔振器的抗偏载能力进行验证.结果表明:新型变摩擦阻尼器试验结果与理论分析吻合;滞回曲线呈"狗骨形",即,可实现变阻尼力输出特性;摩擦耗能能力与普通平板摩擦阻尼器相比可大幅度提高耗能能力;通过调整扭矩值可实现不同的阻尼特性输出,以实现不同的隔振需求.分析结果表明,新型变摩擦阻尼器有一定的抗偏载能力.     

FSW中搅拌针作用力及其影响的研究

针对LY12硬铝合金,研究了搅拌摩擦焊焊接中搅拌针与被焊金属间力的作用对整个焊接过程的影响.搅拌针与被焊金属之间的力通过影响产热机制和金属流动来影响焊接质量.通过测量焊机上驱动水平工作台运动的电机的相关数据间接测量焊接过程中搅拌针与被焊金属之间的作用力,得到搅拌针与被焊金属之间的作用力与焊接工艺之间的影响关系是:搅拌针与被焊金属之间的作用力在焊速一定的情况下随着摩擦头转速的提高而减小,在摩擦头转速一定的情况下随着焊速的增大而增大.同时结合有关影响搅拌摩擦焊焊接质量的因素,确定了3 mmLY12铝合金的最佳焊接工艺.     

异种材料导电摩擦焊工艺试验研究

采用导电摩擦焊工艺对小直径异种材料进行了对焊工艺试验．试验表明：由于在摩擦焊过程中引入了电流，利用电阻热来补偿小直径工件在摩擦焊时摩擦热量的不足，因此使小直径异种材料的焊接成为可能．除研究了小直径异种材料导电摩擦焊的基本规律外，还对其接头微观组织与性能的关系以及接头中脱碳层和次生摩擦面的形成与防止进行了分析．     

反激变换器不同工作模式时的稳态分析与设计

分析了反激变换器在电感电流连续模式（CCM），临界连续模式，断续模式（DCM）时的稳态原理，得出DCM和CCM模式反激变换器分别具有类似于电流源和电压源外特性的结论。比较了CCM和DCM模式反激变换器的工作情况，指出根据负载选择工作模式的方法。详细地介绍了反激变换器中储能式变压器的设计方法，进行了反激变换器原理样机的设计与试验，试验结果与理论分析一致。     

新型Pall-BRB摩擦阻尼支撑体系设计方法

考虑几何非线性采用ANSYS有限元软件对一种新型Pall-BRB摩擦阻尼支撑体系（采用防屈曲支撑（BRB）代替Pall型摩擦阻尼器（PFD）的普通支撑）的滞回特性进行分析.首先进行了Pall型普通支撑体系和Pall-BRB摩擦阻尼支撑体系的滞回性能对比分析,结果表明,防屈曲支撑在拉压循环荷载作用下均能达到屈服,拉压承载力基本一致,耗能能力优于普通支撑.然后分析了防屈曲支撑刚度、Pall型阻尼器起滑摩擦力、阻尼器的大小以及防屈曲支撑与水平方向的倾角等因素对体系滞回特性以及支撑内力的影响.结果表明,Pall-BRB支撑体系比Pall型普通支撑体系有更好的耗能性能,支撑内力变化不大且在阻尼器起滑后保持为常数,有利于抗震设计;防屈曲支撑最大内力与起滑摩擦力关系密切,起滑摩擦力越大,体系耗能能力越强,支撑越能充分发挥作用.最后提出了这种新型Pall-BRB摩擦阻尼支撑体系的设计方法.     

基于飞轮储能技术的柴油机钻机机械调峰系统研究

采用了一种新型的储能技术—飞轮储能,它可以在柴油机处于低负载运行状态时,将多余的能量通过飞轮储能装置存储起来,此时飞轮处于加速储能的过程;当检测到系统中有较大的冲击负载时,将存储的能量释放出来,通过调峰电机与柴油机并机驱动负载,达到平抑发动机的加载率,保证发动机在负载变化时能够平稳运行的目的,该状态飞轮处于减速放电的工作模式.本文对飞轮储能的原理以及基于飞轮储能的柴油机钻机的机械调峰技术进行深入研究,给出了调峰电机处于电动和发电状态的条件,设计了一种柴油机钻机的机械调峰系统.     

铝合金水冷电机外壳的搅拌摩擦焊工艺流程

电机在提供动力的同时会产生大量的热量;一般采用铝合金水冷电机外壳为电机降温来保证其使用寿命。铝合金水冷电机外壳采用焊接的方式来保证其水道的密封性。与传统的熔化焊相比,搅拌摩擦焊方法以及合理的焊接工艺能够有效地减少焊接缺陷、降低热输入、提高产品的一次合格率。搅拌摩擦焊工艺过程可在此类铝合金产品中推广应用,为此类产品在后续新能源领域的发展提供坚实的基础。     

导电摩擦焊过程中电流行为的研究

研究了一种新颖的焊接方法－－导电摩擦焊＾［１］，即在摩擦焊过程中向工件通入一定数值的电流，形成复合热源加热。由于电流的引入，增大了摩擦焊规范参数调节范围，对摩擦焊过程中焊接温度场起到很好的调节作用，从而可有效地减少焊接时间，降低主轴功率与扭矩峰值，减少变形量以及改善接头性能等，并对摩擦焊工艺和设备的改进将起一定的作用。     

摩擦焊直接能量控制法的研究

摩擦焊直接能量控制法是一种以摩擦能量为控制对象的闭环控制方法。采用先进的单片机测控及高精度的检测方法，直接检测驱动电机的实时输入功率以获得实时摩擦能量；并以此为闭环控制对象，对焊接过程进行控制，同以往开环控制法相比，克服了工艺参数的波动对接头质量的影响，从而大大减少了焊前工作量；同时也减少也人为因素对接头质量的影响，使焊接质量达到一个新水平。     

超高强度抽油杆用非调质贝氏体钢摩擦焊接头的力学性能

以材料型超高强度抽油杆用钢 FG- 2 0为对象 ,研究了抽油杆接头力学性能与摩擦焊工艺参数之间的关系 .研究结果表明 :( 1 ) FG- 2 0钢摩擦焊焊接接头的抗拉强度稳定 ,且略高于母材 .但焊接接头的冲击韧性比母材下降 5 0 %或以上 .( 2 )通过提高顶锻压力 ,增加顶锻变形量 ,减小工进过度和轴向温度梯度 ,可明显提高 FG- 2 0钢摩擦焊焊接接头的力学性能指标及其稳定性 .( 3)在试验温度范围内 ,随回火温度的提高 ,抗拉强度下降 ;断面收缩率、延伸率和冷弯角提高 .( 4 )采用表 4中序号 9焊接工艺的接头的力学性能可满足 SY/T62 72 - 1 997标准对超高强度材料型抽油杆力学性能的要求     

铜—不锈钢摩擦焊过程的物理现象和接头形成机理探讨

本文采用中断试验方法,记录和观察了铜与不锈钢在摩擦焊接头形成过程中的物理现象.结果表明铜与不锈钢棒料的对接摩擦焊过程大致可分为初始摩擦的粘着;铜内摩擦、塑性环扩展;铜、不锈钢界面摩擦及不锈钢体内摩擦3个主要阶段.在接头形成过程中经历了两次摩擦面的转移.其内容对促进异种材料摩擦焊的接头形成机理研究有积极的作用.     

搅拌摩擦焊机控制器的研制

搅拌摩擦焊机控制器的研制是研究FSW技术的关键之一.针对不同材料、不同规格工件时,必须使用不同的规范进行焊接,并且能在一定范围内调节摩擦功率,这也是该焊机所必须具备的性能.论述了以电流限值作为力矩自适应调节的方法,以变频调速技术为基础的主轴转速调节手段,从而保证了摩擦头在较大转速范围内改变且运行稳定,满足了不同板厚时的热量需求.同时利用MCGS软件实现了对焊接参数的控制、读取和显示.实际运行表明,该焊机控制器完全满足了设计要求.     

空间机构摩擦副表面冷焊特性数值分析

以新发展的变分法和非线性优化方法求解能量泛函,分析微凸体峰元相互接触下的冷焊发展历程,研究空间机构摩擦副摩擦力下的冷焊问题,并对计算结果进行了讨论.结果表明:随着摩擦副相对静止时间的增加,基体最大应力也迅速增加,摩擦副的冷焊特性对空间机构的工作有重大影响.     

紫铜的搅拌摩擦焊工艺与接头性能分析

搅拌摩擦焊是一种新型固相塑性连接方法,它的出现为铜的焊接提供了一种新的工艺.对紫铜的搅拌摩擦焊工艺进行了研究,通过工艺试验,对其焊缝成形、接头组织形态及其力学性能进行了分析.研究结果表明,搅拌摩擦焊接紫铜时应选用搅拌头旋转速度在400~700 r/min,焊接速度为35~60 mm/min;从显微组织角度,由于接头主要发生了动态再结晶,焊接接头没有热力影响区,而是三个区,即焊核区、热影响区、母材区.研究还发现用搅拌摩擦焊得到的铜接头出现了明显的软化现象,接头的机械性能比母材低,但比熔化焊得到的接头性能要高,其平均抗拉强度可达到母材的80%.     

爆炸粉末烧结颗粒沉能和温度分布规律分析

借助于ls-dyna有限元分析程序对爆炸粉末烧结过程中颗粒间的变形和沉能过程进行了数值模拟,将爆炸烧结过程中颗粒间的结合和沉能机制区分为微爆炸焊接、微摩擦焊接、微孔隙闭合等,在考虑摩擦效应和传热的基础上计算了由上述沉能方式引起的热力耦合的颗粒温度分布,给出了爆炸烧结过程中不同沉能机制形成的局部高温区域,计算结果同爆炸烧结实验现象吻合良好。结果表明:温度由颗粒表面向颗粒中心呈较大的梯度分布,在适当的冲击压力下,颗粒表面温度将达到材料熔点。