基于S7-1200控制的液压焊接夹具控制系统设计

液压焊接夹紧装置在焊接加工中应用广泛。本文设计了一种基于西门子S7-1200PLC为控制核心的液压夹紧装置控制系统。以液压缸、换向阀、储能器为硬件基础设计了夹紧装置,使用位置传感器、光栅尺位置测量反馈搭建了控制系统,在对焊接件稳定夹持的同时,与焊接机械手配合,实现异形件稳定焊接,减小焊接变形,提高生产效率。     

铝钢异种金属CMT焊接变形研究

针对目前使用冷金属过度焊（CMT）对铝钢异种金属薄板进行焊接时,存在焊接质量差,焊接热变形及使用性能低等缺点,对薄板件焊接过程采用SYSWELD软件进行模拟。通过不同的试验参数进行组合,得出金属薄板在X,Y以及整体方向上的焊接变形量,分析不同焊接参数对焊接热变形的影响规律。结果表明：在达到焊接要求的前提下,应尽量减少焊接时间和焊接电流;在一定焊接电压范围内,焊接电压越大,相同时间内焊接变形量就越大,Y方向焊接变形值约为X方向的1.5倍;为了避免焊接变形量过大,宜选用相对较大的焊接速度。     

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。     

铝/不锈钢电磁脉冲焊接界面组织性能分析

利用改进的70 k J高能量电磁脉冲设备,在最佳焊接工艺参数下(脉冲电流750k A,电压17 k V,频率18 k Hz),实现了高强度的铝/钢电磁脉冲焊接。进行扫描电镜对接头微观形貌观察和元素分布的EDS分析,结果表明:铝/钢焊接界面呈小波状形貌,界面波幅和波长比值是0.27,界面性能比较稳定;接头界面存在5~13μm的过渡区,点扫描元素含量并取其均值,铝为75.33%,铁为23.23%,推断生成Fe Al3金属间化合物;铝基体到结合界面硬度逐渐增大,钢基体到结合界面硬度逐渐减小;拉伸试样断裂位置在铝合金近搭接接头处,断口形貌呈现大小、深浅不一的韧窝塑性断裂,第二相粒子产生空洞形核后长大、聚集和断裂的特征,研究结果可为电磁脉冲焊接提供理论数据。     

钢和铝异种金属焊接变形研究

针对目前钢/铝异种金属薄板在焊接时,存在的焊接热变形、焊接质量差、使用性能低等缺点,采用有限元法对薄板件焊接过程进行模拟。通过不同参数组合,得出了x和y方向的焊接变形量;讨论了焊接工艺参数对焊接热变形的影响规律。结果表明：焊接电流对焊接变形影响最大,且v方向的变形量是x方向的2倍;同时,选用多层等厚焊件或者厚度较薄的板件在上层,可以大大减小变形量。因此,通过合理的焊接工艺参数来降低焊接变形量,对提高车身焊接质量具有重要的意义。     

不锈钢薄板焊接变形影响因素与控制方法

针对目前不锈钢薄板在焊接时,存在的焊接结构件变形、焊接质量差、使用性能低等缺点,为进一步改善薄板焊 接加工工艺,对焊接变形影响因素进行分析,重点从输入热源、焊缝尺寸、初始粗糙度、板厚和焊接装配等因素出发阐述 了对焊接变形的影响。提出在焊接时需要通过进一步畸化焊接温度场、增强焊接结构件刚度、设计施加辅助热源或冷 源、夹具约束或者旋转挤压等组合装置来达到控制薄板的挠曲变形的目的。最后提出有限元仿真技术在焊接中的应用 将会更加科学地分析和预测焊接变形。     

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。     

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。     

光学球罩真空吸附装夹结构设计

为了改善光学球罩表面加工过程中效率低、装夹繁琐等问题，课题组设计了一种针对光学球罩的真空吸附装夹结构。选用“2转动+1摆动+微量进给”的加工工艺对光学球罩的内外表面进行磨削和抛光，并设计了中空的转台结构；分析球罩装夹时所需要的真空负压并验证在此真空负压下球罩在加工过程中不会出现滑移；运用Workbench软件仿真球罩 装夹头模型在加工过程中的变形量。仿真结果表明：在相同参数下内装夹头模型的变形量大于外装夹头；作为装夹头材料，45钢抗变形效果优于铝合金；模型的变形量随磨削力的增大而增大；真空负压及砂轮尺寸对变形量影响较小。该研究有助于提高球罩表面加工的质量和效率。     

基于FLUENT的超薄板微束等离子弧焊熔池行为研究

焊接熔池的特征信息与焊缝的成形质量具有直接的对应关系，为了获得高质量的焊缝，课题组对超薄板微束等离子弧焊的熔池进行研究。通过FLUENT软件采用Solidification & Melting模型与SIMPLEC算法对直流和脉冲微束等离子弧焊熔池进行数值研究，并设计了焊接熔池视觉检测系统；通过实验采集熔池的几何特征对数值分析的结果进行了验证。结果表明：在平均电流相同的情况下，直流状态下熔池的温度和宽度大于脉冲电流时熔池的温度和宽度；但是直流时熔池中液态金属的流速与熔池的振幅都小于脉冲电流状时熔池中液态金属的流速和熔池的振幅。通过实验发现使用数值模拟的方法可以获得一定的熔池特征信息。     

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。     

钛合金电子束焊接接头疲劳试验数据统计分析

本文利用国际焊接学会推荐的统计方法，对BT20钛合金电子束焊接接头焊态和焊后电子束局部热处理两种试样的疲劳试验结果进行了统计处理与分析．结果表明：对于BT20钛合金母材和电子束对接接头可以按铝合金参考FAT80级S—N曲线进行疲劳设计．建议在对BT20薄板进行电子束焊接和电子束局部热处理时应采取必要措施，以保证将焊接变形控制到最小程度，从而提高其疲劳强度．     

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。     

高效率内旋式海参吸捕装置吸嘴结构设计及参数优化

为了提升海参吸捕装置吸嘴性能以提高系统的效率，课题组在传统直管状吸嘴的基础上，提出了内涡旋式吸嘴和外涡旋式吸嘴2种新式结构。通过对直管状吸嘴、锥形罩吸嘴、内涡旋式吸嘴和外涡旋式吸嘴进行FLUENT仿真分析，筛选出管口轴线高度和吸拾能力均最强的吸嘴；通过正交试验法得到最优的吸嘴结构；最后通过搭建实验平台进行吸嘴实验验证。仿真与实验结果表明：内涡旋式吸嘴管口轴线高度和吸拾能力均最强，且内流道涡旋式引导板宽度20 mm、内流道涡旋式引导板的高度30 mm和内涡旋式引导板的螺距130 mm时效率最高。该研究有利于提高海参吸嘴在实际应用中的吸捕效率。     

钢 铝搅拌摩擦焊接头的孔洞参数化建模和仿真

为探究钢 铝搅拌摩擦焊（friction stir welding，FSW）接头中不同特征的孔洞缺陷对应力分布的具体影响，课题组利用CATIA二次开发程序对孔洞缺陷开展仿真研究。首先，根据钢 铝焊接接头的特点对孔洞和基体进行简化，为量化分析提供基础；然后，编写CATIA二次开发程序对孔洞进行参数化建模，同时建立基体模型，并对孔洞和基体模型进行布尔操作生成接头模型；最后，利用ABAQUS软件对接头模型进行仿真分析，得到孔洞不同特征变量对钢 铝FSW接头的影响。结果表明：孔洞的参数化建模可以很好地提高建模效率；空间角度α和β对应力分布的影响较大，而空间角度γ对应力分布的影响较小；在空间角度相同时，表面孔洞的应力集中系数大于内部孔洞的应力集中系数，表面孔洞的危险程度更大；且应力集中程度最高的位置位于钢 铝交接处。参数化建模和仿真方法为孔洞危险程度的评估提供了一定参考。     

基于ANSYS的激光焊接温度场数值模拟与实验研究

为了探究钢铝2种金属材料的焊接性能,以B1500HS高强钢和6016铝合金为对象,基于ANSYS平台建立钢／铝激光平板搭接焊的三维有限元模型,进行焊接过程温度场数值模拟,采用热电偶同步测温方法测得焊接热循环曲线。将实测结果与数值模拟结果对比分析,表明吻合度较好。验证了模拟计算的准确性。     

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。     

非晶态铜基钎料钎焊紫铜的工艺研究

本文研究了非晶态铜基箔带钎料钎焊紫铜时加热温度、保温时间及间隙对钎焊接头显微组织和力学性能的影响．研究表明：非晶态铜基钎料对紫铜有优良的润湿性．在不同的加热温度下焊接时搭接间隙及加热时间均存在一个最佳值，在适当的工艺条件下，钎焊接头可以获得较理想的显微组织并具有较高的强度和良好的韧性．     

京津冀协同发展背景下的安全生产问题研究

以跨径比（计算跨度与曲线半径的比值）为参数，对２片钢－混凝土曲线组合梁进行了悬臂加载下的试验研究，得到了曲线组合梁在负弯矩与扭矩共同作用下的荷载－变形曲线、应变分布和钢梁与混凝土板间的相对滑移规律。试验结果表明：在负弯矩与扭矩共同作用下，曲线组合梁的抗弯刚度和抗扭刚度均随跨径比的增大而降低；切向应变沿截面竖向基本符合平截面假定；有横隔板处切向应变在曲线内侧小，外侧大，无横隔板处则相反；钢梁与混凝土板结合面上的切向和径向滑移均随跨径比的增大而增大，在支座间或支座与加载端之间达到最大。     

基于MIDAS GTS NX对深基坑开挖变形的规律研究

以合肥市某地铁深基坑工程项目为背景，选用MIDAS GTS NX有限元分析软件建立三维基坑模型，对基坑开挖过程中围护结构的水平位移、基坑坑底隆起以及基坑地表沉降的变形情况进行数值模拟分析。结果表明：随着基坑开挖深度的增加，围护结构邻近建筑物的一侧变形会更明显，最大位移位于围护结构埋深的0.45～0.55倍处；靠近基坑中部的隆起量要大于基坑边缘，变化趋势呈开口向下的抛物线形，最大隆起量为17.29 mm;地表沉降变化趋势类似为“凹槽形”,最大值为12.25 mm,离基坑边缘中点的位置为0.58倍基坑开挖深度。同时将现场监测值与模拟数值对比分析，两者变形规律相似且误差较小。