船用钢结构的激光焊接以及激光-MAG复合焊接

讨论了激光焊接和激光-MAG激光复合焊接技术及其在造船业中的最新进展,简要对比了带筋壁板结构的激光焊接特点和激光-MAG复合焊接的特点,并介绍了TWI在造船业采用激光焊接技术的研究进展.研究显示,使用光纤传输的Nd:YAG激光在造船业筋板结构焊接中有较大潜力.相对于激光焊接而言,激光-MAG复合焊接制造带筋铜结构有几个方面的优点:焊缝成形好,焊接生产率高,装配间隙的容许偏差较大.在焊接过程中,监测传感器有助于探测诱发焊接缺陷产生的各种因素.     

箱形容器圆形法兰-板壳结构的焊接变形及控制

箱形容器圆形法兰-板壳结构作为典型的具有封闭焊缝的焊接结构,对其焊接变形特征、机理和控制措施进行研究. 结果表明,焊后法兰圆周各区域产生不同程度的内凹塌陷变形. 环形角焊缝角变形趋势下的壁板近缝环形区域的倾斜变形是塌陷变形的直接原因,而环形角焊缝焊后的周向收缩促使壁板环形区域进一步倾斜下榻导致其上法兰的下榻及失稳内凹变形. 在环焊缝下方的低刚度壁板内侧设置紧密接触的、足够尺寸的环形临时补强板的变形控制措施,可使圆形法兰-板壳结构焊后法兰下榻位移和圆度较原始值下降60%,焊接变形得到有效控制.     

机身壁板结构双光束双侧激光焊工艺及设备研究进展

激光焊作为一种高质量、高精度、低变形和高速度的焊接方法,在航空制造业中的应用越来越广泛.机身壁板由铆接改为焊接,可以提高生产效率,极大地减轻构件的重量,同时具有更良好的气密性.采用双光束双侧激光焊接工艺生产的客机机身壁板蒙皮长桁连接结构整体壁板,已被空客多种成熟机型大量采用.文中主要介绍双光束激光焊接工艺以及相应的大型激光焊接平台的系统结构、特点和功能,从而对国内建设类似的大型激光焊接平台进行探讨性分析与建议.     

核电站大型储罐焊接变形分析及控制

首先介绍核电站大型储罐监测水箱的结构组成,针对易发生变形的3个部位储罐底板、壁板和顶板进行详细地原因分析,通过使用刚性固定装置控制罐壁变形,采取对称施焊、分段跳焊相结合的焊接方式,严格控制焊接工艺参数,有效控制了此类储罐在焊接过程中的变形问题,对降低此类大型储罐的焊接变形具有指导意义。     

船用钢结构的激光焊接及激光-MAG复合焊接

讨论了激光技术和激光焊接及激光-MAG复合焊接技术及其在造船业中的最新进展,简要对比了筋板结构的激光焊接和激光-MAG复合焊接的特点,并介绍了英国焊接研究所(TWI)在造船业采用激光焊接技术的研究进展.所有的工作经验表明,使用光纤传输的Nd:YAG激光在造船业筋板结构焊接中有巨大的应用前景.相对于自熔激光焊接而言,激光-MAG复合焊接制造带筋钢结构有几个方面的优点:焊缝成形好,焊接生产率高,装配间隙的容许误差较大.在焊接过程中,监测传感器有助于检测诱发焊接缺陷产生的各种因素.     

钛合金整体壁板T型接头双作用激光焊接系统设计

为了提高飞机壁板结构的蒙皮和加强筋之间的焊接质量,减少蒙皮的焊接变形,设计了钛合金整体壁板T型接头双作用激光焊接系统。系统采用标准工业激光焊接机器人,双光束激光焊接方法并辅以外部纵向水平驱动轴机构的方案,结构简单,成本较低,可有效的提高焊接质量和速度。通过对工艺参数分析并进行实验,得到了良好的焊接样品,满足了飞机蒙皮焊接的质量要求,有效提高了飞机的隐身和降噪性能,完善了国内双激光焊接平台焊接长桁蒙皮结构机身壁板的技术。     

整体壁板压弯成形中性层及回弹解析

针对压弯成形制造带筋尤其高筋,整体壁板工艺仍然依赖工人的实际经验、缺乏科学理论指导的现状,开展对铝合金带筋整体壁板压弯成形过程变形机理深入的力学分析。对筋条在内弧的对称、非对称形状截面的结构特征,利用解析法得到了压弯过程中弯曲中性层的平移量和转动量,并通过有限元模拟进行验证;建立了回弹的计算模型,得出上模下压量与回弹量的关系表达式,并与有限元模拟和实验进行了对比验证。     

壁板结构对时效成形回弹影响的研究

时效成形因具有诸多优点在航空领域中应用越来越广泛,尤其适合于飞机网格状整体壁板的加工制造.本文的主要目的是采用正交试验综合研究整体壁板结构因素及模具曲率半径对时效成形回弹的影响.并以筋条高度、凸台高度、凹槽深度、预弯半径为回归变量,以成形效率为响应,建立回归模型.由于考虑到壁板结构因素的影响,该模型可提高回弹预测精度.     

拘束条件对薄板T形接头双光束激光焊接变形的影响

采用单元温度对单元进行生死控制的有限元计算方法研究了拘束条件对2.5 mm厚铝锂合金5A90薄壁T形接头双光束激光焊接变形的影响,拘束条件包括对筋板施加和对底板施加两类,约束在焊接过程中施加,焊后冷却到室温去除.筋板拘束条件施加在筋板顶部和侧面,对比了施加与不施加约束两种情况,该两种情况连续焊接之前都采用点固焊对筋板进行固定.底板拘束条件通过在T形接头两侧设置压块对底板施压来实现,研究了压块与焊缝不同距离对焊接变形的影响.最后进行了试验验证.焊接过程中对筋板施加约束有利于减小焊接过程中及焊后筋板变形.底板纵向约束影响T形接头焊件挠曲变形的大小和方向,对角变形影响不大.焊接过程中对底板施加y向约束,有利于减小角变形.对底板加纵向约束与不加纵向约束两种情况进行了试验验证,变形方向及变形量最大值的计算结果与试验结果符合.     

刚性约束时间对焊接残余角变形的影响

通过对低碳钢对接接头残余角变形量进行数据采集,得到了残余焊接角变形量与不同刚性约束时间的关系曲线,并进行了分析。认为:在焊接过程中,刚性约束对减小残余角变形量效果明显;随着刚性约束时间的增加,焊接残余角变形量明显减小;当焊接电弧熄灭后,继续增加刚性约束时间对减小残余角变形量没有明显效果。     

多点技术在飞机板类部件制造中的应用

多点技术是一种机电一体化的柔性制造技术,其核心是高度由计算机控制的基本体单元。多个基本体单元紧密排列在一起,构成型面可变的多点模具,用于板类零件成形。由于多点模具型面可由计算机任意调整,可代替传统模具用于不同形状的飞机板类部件的对压成形、蒙皮拉形等。基本体单元按照一定距离排列在一起,构成多点柔性工装,不仅可用于飞机大型板类零件成形后的测量、切割等操作的支撑与定位,还可用于飞机部件的柔性装配过程。应用多点技术,可以实现飞机板类部件生产过程的数字化。     

数值模拟技术在激光焊接过程中的应用及发展

激光焊接以其高效率、高精度成为材料高质量连接的先进方法. 激光焊接过程涉及材料对激光能量的吸收与反射、熔化与蒸发、熔池的流动、匙孔的波动等多个物理场问题,建立反映激光焊接热过程特点的数值模型,进而定量描述并澄清影响材料激光焊接质量的关键因素及演变过程,为材料高品质激光焊接制造提供理论支撑和科学思路. 文中从影响激光焊缝成形质量及服役性能的焊接缺陷、组织演变、残余应力几个方面入手,阐述数值模拟技术在激光焊接基础问题方面的应用及发展.     

大面积拼焊平台结构的焊接变形预测

为了对大面积厚板拼焊平台结构进行焊接变形预测,首先进行了缩比件焊接试验,并测试了焊接过程中的角变形,然后进行了实际焊道数量及焊道集中分组后缩比件的焊接数值模拟,验证了焊接有限元模型输入的准确性及焊道集中分组方案的合理性;最后根据建立的焊道集中规则建立了平台结构的焊接有限元模型,进行了焊接变形的预测.结果表明,实际焊道数量及焊道集中分组后缩比件焊接角变形的数值模拟结果与测试结果一致,角变形约为1.6°,验证了将实际焊接工艺中15层27道简化为5层5道的焊道集中方案的准确性;平台结构的焊接变形表现为局部下塌或上凸的面外变形,是由上下坡口不对称产生的焊接角变形及底部钢架支撑作用共同产生的,面外变形范围为−5.2 ~ 4.4 mm.     

航空发动机转子组件电子束焊变形预测

航空商用发动机组件尺寸精度要求较高,且组件焊接后盘心位置不能进行机械加工,因此采用数值模拟的方法对转子组件进行焊接变形预测. 试验将基于热弹塑性理论计算提取固有应变数值;通过理论计算得到GH4169合金电子束焊缝的固有应变值,分析焊接工艺参数对焊缝固有应变的影响规律;建立结构件模型,分析焊接工艺、焊接顺序及工装条件下组件焊接变形. 结果表明,相比于第一,第二和第三级盘,第四级盘心轴向变形最大,且通过增大扫描速度和改变约束方式的方法可以有效减小焊接变形,从而完成对转子组件焊接变形进行预测和控制.     

基于BP神经网络遗传算法的薄板CMT点焊变形

焊接是汽车车身制造的一个关键环节,焊接质量的好坏严重影响汽车车身质量,所以焊接参数的选择至关重要. 针对薄板焊接质量控制问题,论文利用BP神经网络解决非线性问题的优势,建立焊接变形量与工艺参数之间映射关系模型;结合遗传算法构建基于遗传神经网络焊接的工艺参数优化系统;同时设计正交试验,将该方法与正交试验法相对比. 结果表明,该方法可以有效地实现CMT(cold metal transfer)点焊焊接变形预测与工艺参数优化. 通过预测模型给出合理参数,指导钢薄板和铝合金薄板的CMT点焊变形试验,提高焊接的效率.     

常压/真空环境激光焊接焊缝成形特性及残余应力与变形对比

在高功率激光焊接中,采用增大激光功率的方法以获得更大熔深时,面临焊接过程稳定性差、焊接缺陷频发等问题,目前国内外普遍认为真空激光焊接是解决以上问题的有效手段. 文中采用工艺试验和数值模拟的方法,研究了常压和真空环境下中厚度全熔透激光焊接在焊缝成形及残余应力与变形分布的差异. 结果表明,降低环境压力可显著增加激光焊接熔透深度,真空环境可以将常压环境10 mm全熔透激光焊接所需激光功率从10 kW降低到6 kW,并获得更好的焊接质量. 常压环境和真空环境下,全熔透激光焊接工件展现出类似的横向残余应力、纵向残余应力和变形分布规律,但由于真空环境下热输入较低,焊缝深宽比大,焊后残余应力的峰值和变形程度均显著小于常压环境.     

军机薄壁结构损伤超声跨态处理新工艺

提出超声跨态处理（UPPW）控制激光焊接军机薄壁结构残余应力和变形的新方法.在激光焊接过程中,通过辅加超声振动场,影响激光熔池的形成、流动和凝固等几个关键跨态转变阶段及焊缝的高温超塑性固态相变阶段,达到改善焊缝凝固组织,控制焊接变形,缓释残余应力,提高接头力学性能以及减少裂纹等缺陷的目的.结果表明,UPPW工艺可以显著降低飞机薄壁焊件的残余应力和变形,在合适的工艺参数下,能够使1.5 mm厚TC4航空钛合金薄板焊接件的残余变形降至常规焊接变形量的50%左右,显微组织晶粒度提高约1个级别,且组织形态更加均匀.     

Cross section scan trace planning based on arc additive manufacturing

In the context of additive manufacturing processes, the influence of specimen deformation from different welding paths is conducted by using CMT-AM. A least-squares method was used to quantitatively measure specimen deformation. The values of S (i.e., the sum of the distance from each feature point in a plane to the ideal plane)from different welding paths had significant influence on deformation of deposited layer.With the value of S increasing, the deformation of deposited layer gradually increased. With this result, a suitable welding trace plan was ascertained, which was successfully used to acquire well-formed and densely organized specimens during the arc-welding additive manufacturing process. Our results provide a foundation for experiments based on deposited layer scanning trace planning.     

大型重载复杂轮廓真空室领圈焊接变形控制

窗口领圈是聚变堆真空室的关键部件,在与真空室窗口颈管焊接成一体后不能整体加工矫形,所以对窗口领圈制造精度和质量要求很高. 为获得较高的制造精度,采用相对于其它熔焊变形量较小、精度较高的电子束焊接对CFETR窗口领圈进行拼焊,根据固有应变理论计算出焊接的固有应变量导入软件,模拟窗口领圈在不使用夹具约束时四种拼焊方案的焊接变形情况,确定最优的焊接顺序和夹具约束方案,再对使用夹具约束时窗口领圈的焊接变形进行计算模拟. 结果表明,窗口领圈采用不同的焊接顺序,变形量也各不相同,夹具约束能有效减小焊接变形. 其结果为窗口领圈的实际拼焊过程提供了参考.     

厚板Invar合金多层多道焊反变形数值模拟

文中针对19.05 mm厚Invar合金模具材料多层多道MIG焊接，采用有限元仿真分析和试验验证相结合的方法，分别对无反变形角的模型和施加不同反变形角的模型进行数值模拟，用模拟时所设计的反变形角进行Invar合金多层多道MIG焊试验，分析焊后试样的变形情况，与模拟结果对比分析.结果表明，当施加的反变形角为2°时可以有效控制100 mm × 100 mm × 19.05 mm的Invar合金四层十道MIG焊的焊后角变形，焊后残余翘曲高度为?0.11 mm，焊后残余角变形为?0.12°，与模拟结果的误差在8%之内. 结果表明，有限元模拟技术对于试验探究具有预测和引导作用.