【正文】 在焊接應用中依然存在著一些問題,脈沖焊接工藝復雜,控制方式也比較復雜,如何有效地控制各類電信號,得到一個合適的脈沖波形是目前來說研究的一個問題之一。本文采用DSP控制技術設計了鋁合金PMIG全數字控制系統(tǒng),獲得了一致性好的脈沖電流波形和穩(wěn)定的焊接過程。不同的基值電流、峰值電流、峰值時間等參數還可以手動調節(jié),對于脈沖電流波形控制,實現了對脈沖上升斜率和下降斜率的獨立調節(jié)。焊接電弧的特性對焊縫的力學性能、微觀組織、幾何形態(tài)以及組織都有著重要影響。對于脈沖焊接來說工藝參數很多,工藝參數之間相互影響,對電弧的影響又不一樣,而且鋁合金對工參數的變化比起鋼來說更為敏感,所以對工藝參數的合理選擇至關重要。在眾多脈沖參數中,峰值電流、基值電流和峰值時間是鋁合金PMIG焊接過程中極其重要的參數。針對這一問題,本文通過對鋁鎂合金進行PMIG焊接,調節(jié)不同的脈沖參數,主要研究了在相同平均電流、平均電壓工作條件下,不同峰值電流、基值電流、峰值時間對電弧形態(tài)的影響規(guī)律。通過高速攝影采集系統(tǒng)進行采集,可以比較完整地拍攝到清晰電弧形態(tài)和電弧變化過程。結果表明,電弧長度、電弧寬度和電弧光亮區(qū)面積隨著峰值電流增加而增加,基值電流是維持電弧燃燒的參數,峰值時間對電弧弧長沒有影響,卻顯著影響電弧面積。隨著電源輸出波形控制技術日益成熟,本研究通過調節(jié)脈沖上升和下降斜率,改變電流的輸出波形,從而研究了脈沖波形的變化對電弧形態(tài)和電弧挺度的影響。脈沖斜率變化導內蒙古工業(yè)大學科研訓練報告致脈沖時間過程中脈沖能量的變化,脈沖能量的變化影響著電弧形態(tài)的變化。同時通過調節(jié)脈沖上升和下降斜率,實現脈沖焊接電弧挺度硬軟規(guī)范的調節(jié)。采用軟規(guī)范焊接時電弧燃燒面積大,熔深熔寬較大,而硬規(guī)范焊接電弧比較集中,但是熔深熔寬較小高速列車鋁合金材料焊接熱裂紋傾向研究鋁合金制品具有質輕、美觀和耐蝕性好等特點,已成為高速列車車體的首選材料。國產鋁合金高速動車焊接結構在焊接制造加工中,熱裂傾向大,尤其是在熔化焊工藝中,熱輸入量大,熱裂問題非常突出。本文通過一系列試驗和數值模擬計算,研制了專用試驗裝置,對高速列車A6N01S鋁合金材料的焊接熱裂紋傾向性形成和機理進行了深入研究。通過對熱裂紋斷口橫截面掃描電鏡觀察、縱向載面能譜分析、高溫熱模擬試驗下的斷口觀察,證實A6N01S鋁合金焊接熱裂紋形成的微觀機制是:在焊縫中心冷卻后期的液態(tài)薄膜和焊接升溫過程中熱影響區(qū)內第二相Mg2Si組分液化形成的液態(tài)薄膜,在較小的外加應力作用較快的加載速度下,發(fā)生晶界分離導致開裂。在相同外界的應力拘束條件下,不同材料的熱裂紋敏感性決定因素是其高溫的塑性儲備。根據焊接熱裂紋的產生的冶金機理和力學條件,設計了專用快速測試材料熱裂紋傾向性的裝置,通過試驗測試,證明研制的焊接熱裂紋傾向測試裝置具有簡便、快速、高精度、定量等一系列優(yōu)點,可以定量檢測出母材、焊絲與母材匹配的熱裂傾向,具有很好的通用性和實用性。通過數值模擬中溫度場分析與試驗溫度場的測量進行比較,驗證了兩者的一致性,并確定了試驗裝置在試驗中的相關參數。在已知熱裂傾向的材料試驗中,驗證了裝置測試的準確性。利用研制的熱裂紋傾向試驗裝置,對日本產Jk、國產KNM3四種A6N01S鋁合金材料焊接熱裂紋傾向性進行了檢測和評定,結果表明日本材料Jk的裂紋總長度及最大裂紋長度在四種材料中處于較低水平,且裂紋總長度隨變形速率變化不明顯,是四種材料中熱裂紋傾向最低的材料。利用自行研制的專用裝置進行了系列裂紋傾向檢測試驗,在不同試驗速度區(qū)間內,形成了選材的標準。鋁合金焊接應力變形數值模擬研究及應用本文以863課題航天筒體結構的焊接數值模擬研究為背景,采用數值模擬與實驗相結合的研究路線,開展了焊接數值模擬精確建模研究以及高效計算研究,并對實際生產中應用的航天筒體結構焊接變形進行了實驗測量與數值模擬。在數值模擬基礎上進行了航天筒體結構焊接工藝優(yōu)化,提出了減小航天筒體結構焊后沿母線下凹變形的工藝措施,并得到了實驗結果的正確驗證。焊接數值模擬精確建模研究包括精確材料模型的建立,以及夾具拘束作用模型的建立。通過熱力學模擬實驗,系統(tǒng)研究了焊接熱循環(huán)溫度歷史對兩種有代表性的鋁合金材料屈服強度的影響,建立了材料性能依賴于溫內蒙古工業(yè)大學科研訓練報告度及溫度歷史的材料模型,提高了焊接數值模擬的計算精度。在夾具拘束作用模型中,將夾具和墊板作為彈塑性體包含在焊接數值模擬幾何模型中,并將其與被焊試樣之間的相互作用定義為接觸對,分析了夾具及墊板與被焊試樣之間相互作用的不同處理方式對被焊試樣焊接應力與變形的影響。利用移動溫度函數法以及解析法與有限元法相結合的方法,分別開展了焊接數值模擬高效計算研究。利用移動溫度函數法,將大型筒體結構焊接數值模擬的計算時間縮短至有限元順序耦合法的1/3,而且能夠保證焊接數值模擬的計算準確性。將解析法與有限元法相結合,在ABAQUS軟件中同步完成了焊接溫度場與焊接應力應變場計算,與有限元順序耦合法相比,在保證計算準確性的前提下,將焊接數值模擬總計算時間和總CPU時間均節(jié)約40%以上。采用數值模擬與實驗相結合的研究方法,進行了航天筒體結構焊接變形研究。開展了不同尺寸與結構形式航天筒體結構的焊后殘余變形預測,焊接驗證實驗證明了數值模擬預測結果的準確性。采用數值模擬與實驗研究相結合的分析方法,發(fā)現航天筒體結構焊后沿母線的下凹撓曲變形主要由焊縫的橫向收縮引起。針對焊縫橫向收縮的特點,開展了基于數值模擬的航天筒體結構焊接工藝優(yōu)化,提出了減小筒體結構焊后沿母線下凹變形的工藝方案,并得到了實驗結果的正確驗證。鋁銅系合金焊接接頭應力腐蝕與焊接工藝相關性的研究鋁合金結構在焊接時,由于焊接熱循環(huán)的作用,不可避免地帶來了因過時效而導致接頭熱影響區(qū)的軟化(即固溶相分解析出)現象,不僅使得接頭的強度性能降低,同時由于組織的不均勻性和貧銅區(qū)的形成,易產生電化學腐蝕破壞,也使接頭的應力腐蝕開裂(SCC)敏感性顯著增大,這是固溶強化型鋁合金長期以來一直未獲解決的工程實際問題。因此,研究鋁合金焊接接頭的腐蝕失效特性,分析導致腐蝕失效的影響因素,對于提高航天鋁合金焊接結構的長期性能具有十分重要的工程實際意義。本文通過進行宏觀力學試驗、慢應變速率試驗及采用斷口掃描電鏡、金相觀測輔助技術,研究了2012219鋁銅系合金及其在不同焊接條件下(變極性TIG焊、高頻TIG復合焊、大功率激光TIG復合焊、激光TIG復合焊,激光高頻TIG復合焊)的焊接接頭力學性能與應力腐蝕開裂敏感性對比,提出焊接接頭的應力腐蝕開裂敏感性與焊接方法相關性的證據,并得到一種能保證接頭高強度和抗應力腐蝕性能的較理想的焊接工藝。試驗結果顯示,小功率激光和高頻脈沖能量可有效減少甚至消除接頭焊縫熔合區(qū)氣孔缺陷,并且由于高頻脈沖的強烈攪拌作用,可打碎生長中的枝晶,促使接頭熔合區(qū)形成細晶帶。與變極性TIG焊相比,激光TIG復合焊、高頻TIG復合焊、激光高頻TIG復合焊可以顯著提高焊接速度,減少熱輸入,細化焊縫組織,減少晶界共晶組織寬度,從而顯著改善和提高接頭的力學性能與抗應力腐蝕性能。2219鋁合金五種焊接接頭內蒙古工業(yè)大學科研訓練報告抗應力腐蝕性能差異較大,其中大功率激光TIG復合焊接頭延伸率最低,開裂敏感性最高。激光高頻TIG復合焊接頭平均斷裂時間明顯大于變極性TIG焊接頭,且已達到2219母材的94%左右,抗應力腐蝕性能最好。然而對于2014鋁合金接頭,五種焊接接頭該項指標至多達到2014母材的60%。在相同的焊接條件下采用高頻或者激光復合的效果并不理想,雖然焊縫組織有所細化,但晶界附近貧銅區(qū)分布不及2219接頭組織均勻,開裂敏感性增加。因此,需要有針對的進一步研發(fā)適用于2014鋁合金的復合焊工藝。2024與7075異種高強鋁合金激光填絲焊接技術研究2024和7075鋁合金是兩種可熱處理高強鋁合金,目前廣泛應用在對材料比強度要求較高的機身蒙皮、翼梁,汽車及軌道交通的制造等領域。兩種鋁合金的廣泛應用不可避免的出現二者之間連接的問題,鉚接等機械連接方式增加了結構重量,而2024使用傳統(tǒng)電弧焊可焊性不高,7075則不被推薦采用電弧焊。激光焊接能量密度高、加熱冷卻速度快等特點成為鋁合金焊接較優(yōu)的選則。但是,在高功率密度作用下產生的小孔并不能穩(wěn)定存在,尤其對于含Mg、Zn較多的7075鋁合金,小孔非常不穩(wěn)定。為解決兩種鋁合金焊接過程不穩(wěn)定性問題,本文將使用填充焊絲的方法對兩種鋁合金進行對接實驗研究,并測試分析焊縫組織及性能。本文研究了焊接工藝對過程不穩(wěn)定性的影響,并探討了產生影響的機理。通過高速攝像對熔滴過渡過程進行研究,認為激光直接加熱及熱傳導是焊絲熔化的主要加熱機制。這種加熱機制導致不同光絲間距下熔滴過渡方式的改變,當光絲間距為0時熔滴過渡穩(wěn)定。通過分析高速攝像得到的不同送絲速度熔滴過渡及等離子體面積的變化,認為熔滴對熔池具有調節(jié)能量分配維持小孔前壁穩(wěn)定的作用,提高送絲速度會提高熔滴過渡頻率,穩(wěn)定焊接過程。針對不同類型氣孔研究了焊前清理方法對氫氣孔的影響以及工藝對工藝氣孔的影響。物理清理比化學清理方法降低氫氣孔的作用更加明顯。激光偏轉及在熔透焊條件下提高送絲速度都會降低氣孔率。通過金相分析技術、SEM/EDS技術、拉伸試驗及顯微硬度測試等手段分析了2319及4043焊絲焊接的焊縫微觀組織、微區(qū)元素,斷口形貌、拉伸強度以及顯微硬度。討論了熱影響區(qū)過燒現象、熔合線附近柱狀晶區(qū)、V字形粗晶區(qū)、粗大樹枝狀晶粒組織出現的原因。比較了使用兩種填充焊絲時焊縫力學性能,比采用4043焊絲的焊縫較高,但塑韌性較差。此外,研究焊縫斷裂位置及斷口形貌,發(fā)現各區(qū)域組織對焊縫斷裂產生了一定規(guī)律的影響。LY12鋁合金激光電弧復合焊接工藝研究內蒙古工業(yè)大學科研訓練報告鋁合金由于密度小、比強度高、導熱率高、機械加工性能好，被廣泛應用于航空航天領域。但是，鋁合金，尤其是高強鋁合金焊接存在一定難度。激光MIG電弧復合焊接技術擁有的焊接熔深大、焊接速度快、工藝穩(wěn)定性好等優(yōu)點，對于解決鋁合金焊接難題具有一定優(yōu)勢。因此，鋁合金激光MIG電弧復合焊接研究對鋁工業(yè)發(fā)展具有重要意義。本文針對航空航天中廣泛應用的LY12高強鋁合金，開展了激光MIG電弧復合焊接的研究，主要結論如下：。研究結果表明，鋁合金復合焊縫熔深和熔寬均隨激光功率和電弧能量的增大而增加，且隨焊接速度的增大而減小。，高焊接速度會增加焊縫裂紋傾向。此外，試驗得到了能夠獲得良好焊縫成形的保護氣體具體參數：同軸保護氣體為He，流量為15 L/min；旁軸保護氣為80%Ar+20%He，流量為25 L/min。研究結果表明，裂紋是LY12高強鋁合金復合焊焊縫的主要缺陷。裂紋主要分為焊縫中心結晶裂紋、熔合線裂紋、氧化膜氣孔裂紋和顯微裂紋，其中，焊縫中心結晶裂紋出現的最為普遍。實驗證明，降低電弧電壓和焊接速度可以抑制結晶裂紋；采用ER4043焊絲能夠通過增大液態(tài)熔池流動性實現抑制結晶裂紋的目的，此外，填充鈦合金粉末也有利于抑制結晶裂紋。在LY12高強鋁合金復合焊接接頭顯微組織及力學性能的研究中得到，焊縫區(qū)顯微硬度明顯低于母材，由母材到焊縫中心的顯微組織依次為柱狀枝晶、等軸枝晶和樹枝晶。對焊縫進行熱處理后，焊縫區(qū)枝晶熔解，晶粒有一定程度長大，晶內有沉淀強化相析出，其顯微硬度接近母材。，%和80%。車制造廠焊接車間置換通風氣流組織優(yōu)化數值研究近年來,汽車制造工業(yè)飛速發(fā)展,并已成為我國國民經濟的支柱產業(yè)之一。鋁合金在汽車制造中被廣泛應用,其焊接技術是現代汽車制造工藝中最關鍵的環(huán)節(jié)之一。MIG焊是實現鋁合金加工的一種重要方法,但其焊接過程伴隨著大量鋁合金焊接煙塵的產生,其主要成分為Al2O3,會對人體的健康產生嚴重危害。因此需要在鋁合金焊接車間設置通風空調系統(tǒng),對車間內煙塵的濃度加以控制,以改善焊工的勞動作業(yè)環(huán)境,提高生產效率?，F代汽車制造廠鋁合金焊接車間跨度大、高度高,車間內焊點處熱與污染同時發(fā)生,這些特點使得焊接車間很適合采用置換通風方式進行通風,這樣一來,車間內下部活動區(qū)空氣清新,上部非活動區(qū)空氣污染較嚴重,存在著熱力分層。但是,置換通風空調房間的氣流組織方案會對其通風效果產生很大的影響。在相同的設計參內蒙古工業(yè)大學科研訓練報告數下,不同的方案將會在室內形成不同的溫度、速度、相對濕度及污染物濃度分布,而影響到通風空調系統(tǒng)的運行效果。合理的氣流組織方案是有效控制鋁合金焊接車間內焊接煙塵濃度、保證車間內部達到焊接生產工藝所要求的溫度、濕度、氣流速度的先決條件。因此,本文針對某汽車制造廠鋁合金焊接車間,結合車間內焊點的空間布局,確定了A、B兩種置換通風氣流組織方案。方案A為在焊接車間跨的一側和跨中部的安全通道處各設置一排送風口,方案B則僅在焊接車間跨的一側設置一排送風口,兩種方案的回風口均設置在車間頂部。采用FLUENT軟件對A、B兩種方案在夏季工況下車間內的污染物濃度、氣流速度、溫度、壓力場進行了數值模擬。結果分析表明,采用方案A車間內的通風氣流組織效果優(yōu)于方案B。接著,針對方案A,在送、回風口尺寸不變、送風溫度及濕度參數不變的情況下,對不同通風換氣次數下的通風效果進行了數值模擬,通過結果的比較分析,提出了方案A的最佳通風換氣次數為2次／h。A7N01鋁合金焊接接頭的組織及力學性能A7N01鋁合金具有優(yōu)良的力學性能和焊接成形性能,在高速軌道列車的底架設計中得到廣泛應用。本文針對國產A7N01鋁合金焊接接頭展開研究,主要研究A7N01鋁合金焊接接頭的組織及力學性能。試驗所用焊接接頭的坡口形式有對接V形、對接單邊V形和對接K形三種,從以下幾個方面對其進行試驗研究：首先對三種焊接接頭進行金相試件的制作,之后對其進行組織的宏觀分析、微觀分析和硬度分析。其次對三種焊接接頭及母材進行靜力學拉伸試驗和沖擊試驗。最后對三種焊接接頭進行疲勞試驗及數據分析,對疲勞強度較低的焊接接頭進行優(yōu)化設計。通過對以上幾個方面的試驗數據分析,獲得每種坡口形式焊接接頭的各項力學性能及其影響因素。在有限元分析的基礎上,對疲勞強度較低的試驗件進行不同方法的優(yōu)化設計,分析對比優(yōu)化設計前后的試驗結果,從而得出不同的優(yōu)化設計方法對試驗件疲勞強度提高的幅度。內蒙古工業(yè)大學科研訓練報告 研究內容與預期研究成果 研究目標 主要研究內容 預期研究成果主要參考文獻