超薄镍基合金P MPAW焊缝成形特征及微观组织演变

为了获得成形良好的超薄镍基合金焊接接头及其细化的微观组织,课题组基于恒定的平均电流,设计不同脉冲电流参数,采用脉冲微束等离子弧焊（P MPAW）对100 μm厚的镍基高温合金板材进行焊接实验。然后借助超景深显微镜对焊缝的宏观形貌及微观组织进行观察,分析脉冲参数下焊缝成形特征,并采用直线截点法计算焊缝中心的平均晶粒尺寸。结果表明：不同脉冲参数匹配下形成5种焊缝形貌,随着基值电流和脉冲频率的增加,焊缝熔池趋于连续均匀变化趋势。当基值电流为0.8 A、占空比为30%以及脉冲频率为100 Hz时,焊缝中心的平均晶粒尺寸最小。因此,脉冲微束等离子弧焊下,较小的占空比和基值电流以及较大频率的脉冲参数匹配,可获得成形良好且晶粒细化的焊缝。     

超薄板焊接熔池流场数值模拟

为了研究超薄板焊接质量差的问题,根据流体力学和传热学原理,建立超薄板焊接熔池的二维数值分析模型。 电弧热源模型采用高斯热源分布模型,模型考虑了超薄板固态金属的热传导、熔池与外部环境的对流辐射、熔池内部液 态金属质点的热传递、材料的热物理性能参数部分随温度变化等因素。采用FLUENT对超薄板微束等离子焊接熔池模 型进行求解,得出了熔池温度场、流场分布,并讨论了几种作用力对超薄板熔池流场的影响。研究结果表明表面张力是 超薄板熔池内部液态金属流动的主要驱动力     

窄间隙摆动电弧数值模拟

为了探究窄间隙摆动电弧焊接过程中窄间隙坡口对电弧形态的影响，课题组以实际焊接工艺为依据，利用磁流体动力学理论建立了窄间隙焊接电弧燃烧侧壁的三维对称数学模型。通过对FLUENT自定义函数（UDF）二次开发，实现了对窄间隙焊接电弧的数值计算，且计算的电弧形态与试验结果吻合良好;获得了窄间隙焊接电弧的流场及温度场分布规律。计算结果表明：远离侧壁处电弧的磁感应强度大于靠近侧壁处电弧的磁感应强度；引起了等离子流场、压力场及温度场向侧壁偏转；由于窄间隙焊缝形貌影响，电弧底部等离子体沿熔池切线向焊缝凹面底部运动，并影响熔池上方电流密度及温度场的分布。     

摆动电弧窄间隙厚板焊接工艺与熔池演变数值研究

针对窄间隙摆动电弧焊接在不同工艺下熔池演变差异较大的问题，课题组以实际摆动电弧窄间隙焊接工艺为依据，综合考虑窄间隙焊缝的几何形貌对热源加载的影响，建立了70 mm厚板多层单道焊接数值模型；利用ABAQUS模拟了不同工艺条件下熔池的形成过程及熔池横断面熔合线走向规律。实验结果表明：电弧摆动频率为0.7 Hz时，使用17 V电压及180 A电流焊接，单层焊缝会出现重熔现象，电弧运动状态对熔池形态影响较大；使用30 V电压及340 A电流焊接，熔池形态变化较小，熔合线走向平缓，电弧运动状态对熔池形态影响较小。     

超薄N6镍板焊接焊缝成形质量研究

当镍及镍基合金板材厚度小于l mm时,在焊接过程中容易出现烧穿、气孔和裂纹等缺陷,严重影响了焊接成形 质量。针对超薄镍及镍基合金的特殊性以及在焊接过程中易出现的问题,采用脉冲微束等离子弧方法焊接0.1 mm厚薄 镍板。文中分析了在一定占空比下,不同脉冲频率和不同基脉比对超薄N6镍板的焊缝成形质量的影响,得到合适的焊 接工艺参数。研究结果表明当基脉比为0.4,脉冲频率为500 Hz时,超薄N6板焊缝成形质量最好。通过该研究成功实 现了0.1 mm厚超薄N6的脉冲微束等离子弧焊接。     

表面张力对激光深熔焊熔池小孔的影响

为了探究表面张力对于激光焊接熔池的影响，课题组使用移动旋转高斯体热源来简化焊接的热过程，建立数学模型，获得了奥氏体不锈钢深熔焊接过程中动态熔池的温度场以及流场分布；同时以奥氏体不锈钢为基板进行激光焊接试验，试验得到的焊缝横截面尺寸同模型计算结果得到的熔池尺寸相吻合，验证了模型的可靠性；以此为基础对2种不同表面张力系数下激光焊接熔池过程进行仿真。研究结果表明：激光深熔的过程中，表面张力系数较小时，焊接小孔深度较深，有利于热量向钢板厚度方向传递，增大了熔池深度，但是降低了焊接小孔的稳定性。因此，可以通过改变表面张力系数来调整熔池的流动行为，提高焊接质量。     

丝网焊接工艺研究现状

针对丝网焊前存在下料要求高、焊前清洗难、装配繁杂,以及丝网结构的特殊性造成接头金属熔化时润湿难、跳 弧、结球等问题,研究了国内外丝网焊接工艺在焊接方法、焊接接头和装配方式等方面的发展动态。探讨了钨极氩弧焊、 电阻焊、微束等离子弧焊等方法焊接丝网时的优缺点,研究了不同接头形式下的装配方式及其最优装配量的范围,得出 了在各种使用情况下不同的焊接方法所适合的接头形式。最后提出在丝网焊接过程中加入视觉传感技术等以提高焊接 精度和生产效率是进一步研究的方向。     

焊缝宽度对碳钢对接接头残余应力分布的影响

针对当前大量焊接结构采用对接接头形式，存在焊缝宽度影响结构表面残余应力分布的问题，课题组结合有限元仿真软件ABAQUS建立了一种利用双椭球摆动热源进行窄间隙焊接的平板对接模型，并使用焊缝非线性的热弹塑性有限元法，计算出Q235A钢在4种不同焊缝宽度下对接焊接接头的残余应力分布。计算结果表明：小尺寸焊缝宽度的对接接头在焊缝中心和热影响区存在超过屈服强度级别的残余拉应力；大尺寸焊缝宽度则会导致不利的横向残余拉应力。因此，在进行焊接结构设计时，选取中等焊缝宽度可以提高焊接结构的力学性能。     

YG20/45钢激光熔钎焊焊缝界面显微组织与元素扩散研究

针对YG20/45钢异种金属焊接时，存在焊缝接头脆性高及焊缝连接性能差等缺点，课题组提出以Cu/Invar/Ni复合层为中间层进行激光熔钎焊焊接，研究焊缝区域微观组织、化学成分及元素扩散规律。试验结果表明：母材硬质合金中的WC晶粒棱角在焊接试验中会溶解，部分晶粒聚集但不长大，从而降低了焊接接头的脆性；在焊缝过渡区Invar合金和硬质合金中的元素发生扩散反应，其中Invar合金中的Fe和Ni元素补充硬质合金流失的Co元素，形成粘结相，提高了焊接母材的连接性；硬质合金和45钢之间加Cu/ Invar/Ni复合层，激光钎焊接头宏观形貌都较好，在母材厚为4 mm时，试验采用激光功率为1 700 W，激光扫描速度为0.1 m/s，离焦量-3 mm时可以获得冶金性良好的焊接接头。     

机器人CO2焊接视觉跟踪实时控制研究

本文在对采用ＣＣＤ摄象机正面拍摄焊接区图象并用微机进行图象处理，以及对视觉跟踪采用实时控制的必要性分析的基础上，通过实验建立了一个实用的机器人ＣＯ_２保护焊自适应控制系统。试验表明该系统能成功地避开焊接时短路过渡的干扰，获得满意的焊接区图象，满足机器人弧焊实时控制的要求．     

脉冲微束等离子弧焊参数对丝网焊点组织与性能的影响

为了获得具有良好性能的不锈钢丝网焊点,课题组采用脉冲微束等离子弧焊(P MPAW)的方法,对丝径为0.35 mm,孔隙为1.25 mm的方孔状丝网进行脉冲电流对接焊。利用超景深显微镜、显微硬度计和微拉伸机研究不同脉冲频率、占空比和基值电流对丝网焊点显微组织和力学性能的影响,以获得最佳的工艺参数组合。结果表明：在脉冲频率为100 Hz、占空比为50%、基值电流为1.2 A时,焊点处形成的晶粒最为细致且具有802 MPa的最高抗拉强度;当基值电流和占空比不变时,焊点晶粒随脉冲频率的增大而逐渐细化;当频率超过100 Hz时,焊点由细小等轴晶向粗大骨骼状晶转变。当脉冲频率和基值电流不变时,焊点晶粒随占空比的增大先细化后粗大,焊点力学性能先升高后下降;当脉冲频率和占空比不变时,焊点晶粒随基值电流的增大逐渐粗化,力学性能逐渐下降。     

焊缝跟踪装置冷却系统设计

摘要：为了提高焊接质量和焊接效率，需设计相关的焊缝辨识与跟踪装置，从而实现自动化焊接。而焊接时产生的高温环境对该类装置的正 常工作构成威胁，因而其附属冷却系统的设计尤为重要。通过建立该类焊缝跟踪装置的三维全尺寸仿真模型，设置相关的边界条件，采用标准的k e模型进 行仿真，获得其内部完整的流场和温度场，并分析和完善其冷却效果。结果表明，经气体强迫对流换热后，该类装置的温度明显下降且分布较为均匀，冷却系统 符合相关需求。     

40 mm厚铁素体不锈钢与16Mn钢异种电子束焊接接头显微组织结构研究

为了探究异种钢焊接接头的强度和使用性能，课题组对焊接接头不同位置处的显微组织结构进行研究。首先，电子束焊接将06Cr13Al铁素体不锈钢（FSS）对接连接到16Mn低合金钢厚板上；通过工艺优化，在电子束偏移向16Mn钢1.5 mm时获得成型良好的焊接接头；采用光学显微镜、X射线衍射仪和扫描电子显微镜研究异种焊接接头不同位置处的显微组织，并测试异种接头硬度。结果表明：焊缝主要由粗大的柱状晶和中心轴向晶粒组成，显微组织由板条马氏体组成；16Mn钢的热影响区（HAZ）显微组织为羽毛状的上贝氏体和针状铁素体，铁素体不锈钢热影响区主要以粗大的铁素体和马氏体组成；焊缝区的显微硬度明显高于母材，焊缝不同厚度处的显微硬度没有明显的差异。焊接接头成型良好，未观察到缺陷。     

夹持条件对铝钢薄板CMT点焊变形的影响

夹持条件对焊接变形存在着突出影响，为了获得变形较小的焊接件，改善焊接质量，课题组利用CMT技术对异种金属铝钢薄板搭接进行点焊试验，测出焊后板件变形；然后，在相同工艺下对铝钢薄板试样的点焊进行有限元仿真，得到样件的变形规律，并与试验测量数据进行对比，验证了焊接仿真的可靠性；最后，采用响应面法建立夹持点位置、搭接宽度与焊接变形的数学模型。研究结果表明：随着搭接宽度或者夹持点位置的改变，焊接变形均呈现出由小到大的变化规律；不同搭接宽度下均存在最佳的夹持点位置使得焊接变形最小；当夹持点位置处于40~63 mm、搭接宽度在30~53 mm范围时，焊接件的变形量较小。     

梯形布药法寻求最佳爆炸焊接药量参数的实验研究

两种力学性能相差较大的金属进行爆炸焊接实验时．其工艺参数的选择比较困难．本文以镍板与铜板的爆炸焊接实验为例．采用梯形布药法寻求爆炸焊接的最佳药量参数，获得良好的实验结果，另外研究了爆炸焊接中药量参数对结合区形状的影响．实验结果表明：本方案可简便快捷地获得最佳焊接药量参数．具有较高的实际应用价值．     

基于AdvantEdge的7075 T651铝合金铣削参数有限元仿真优化

为了在7075 T651铝合金铣削过程中控制铣削力和铣削温度，减小加工变形，笔者对不同铣削参数进行研究和优化。采用专业切削仿真软件AdvantEdge建立二维铣削仿真模型，对铣削力和铣削温度进行仿真分析，对所得到的铣削力和铣削温度的结果进行铣削实验验证；设计正交试验表获得优化的铣削参数组合，采用单因素试验法获得单一因素对铣削力和铣削温度的影响规律。结果表明：有限元仿真和实验数据误差在可接受范围内，说明了有限元模型的正确性；通过正交试验选出了控制铣削力和控制铣削温度的2组最优铣削参数组合；单因素试验的结果说明每齿进给量、铣削宽度和铣削深度的大小与铣削力的大小成正相关，而铣削力几乎不受主轴转速的影响；主轴转速、每齿进给量和铣削宽度的大小与铣削温度的高低成正相关，而铣削温度几乎不受铣削深度影响。     

搅拌摩擦焊双轴肩搅拌针产热模型与温度场研究

为了探究双轴肩搅拌摩擦焊接工艺参数对焊接过程中产热的影响,实现工艺优化,在实际焊接过程中,课题组将焊接工艺中的焊接速度和搅拌针旋转速度引入模型,并综合考虑上、下轴肩和搅拌针在焊接稳定阶段与工件不同的接触模型,分析搅拌针的受力状况,建立了搅拌针受力模型;基于受力模型建立了轴肩和搅拌针的产热模型,对该模型进行数值模拟;通过数值模拟的数据与实测数据对比分析,修改工艺参数中的搅拌针旋转速度,分析工艺参数与产热的关系。结果表明：建立的双轴肩搅拌摩擦焊产热模型可以准确预测实际焊接过程中产生的温度;此外,在一定范围内增加搅拌针旋转速度,焊接产生的温度也随之增加并且在焊缝中心温度呈哑铃状分布。     

流体诱发换热器管束弹性不稳定性的数值模拟

针对常规换热器频发的振动破坏现象，课题组基于动网格技术和双向流固耦合方法，建立了流体诱发管束振动的三维数值模型。采用数值模拟对实验难以 获得的管束振动轨迹进行了补充；研究了管束发生流体弹性不稳定性时主振方向的变化；分析了管子位置的分布对振动的影响；探究了管束的排列方式和节径比 对流体弹性不稳定性的影响。结果显示：流体弹性不稳定性先发生在曳力方向，后发生在升力方向；位于边缘的管子的振幅大于中间管子的振幅；在4种排列方 式的管束中，发生流体弹性不稳定性从难到易依次为正方形、正三角形、转置正方形、转置正三角形；在一定的范围内，节径比越小，越易于发生流体弹性不稳 定性。课题组对换热器管束在模拟方面的研究可对工程应用起到一定的指导作用。     

基于有限体积应变能密度法的钎焊接头疲劳寿命研究

为了评估钎焊接头的疲劳寿命，课题组构建了不锈钢钎焊接头的疲劳寿命模型。首先通过拉伸实验和低周疲劳实验获得不锈钢钎焊接头的基本性能和疲劳数据，再运用基于缺口应力强度因子（notch stress intensity factor，NSIF）的有限体积应变能密度法，结合有限元和理论计算结果，并综合考虑钎焊后的残余应力来评估钎焊接头的疲劳寿命。有限元计算结果表明NSIF能够准确描述焊缝附近的残余应力，并且应变能密度对网格精度敏感性较低。最后将疲劳实验结果与计算得到的应变能密度相结合，搭建出总应变能密度和疲劳寿命关系模型，为不锈钢钎焊接头寿命评估提供了一种简单高效的方法。     

2A14铝合金双轴肩搅拌摩擦焊工艺研究

为了获得性能良好的焊接接头,对厚为5 mm 的2A14 T6铝合金进行双轴肩搅拌摩擦焊（bobbin tool friction stir welding, BT FSW)工艺研究。采用一种特殊设计的搅拌头,通过正交试验方法,对2A14铝合金进行BT FSW焊接试验;利用光学显微镜和电子万能试验机分析不同焊接参数 下焊缝的组织形态和力学性能,得出优化后的工艺试验窗口。研究表明：BT FSW焊缝组织特征与常规FSW明显不同,呈“哑铃型”,随着焊速的增加,抗拉强度 与延伸率先增加后降低,最大的抗拉强度在焊速为250 mm/min时获得,其抗拉强度约为239 MPa,达到了母材强度的54%,延伸率仅为3.2%,接头断在有细微裂纹 的地方。这项研究表明此工艺试验方案是切实可行的。