焊缝成形

摘要： 中国科学院金属研究所(简称金属所)搅拌摩擦焊接研究团队深耕搅拌摩擦焊接研究近20年,揭示了制约焊缝成形和力学性能的关键因素,突破了多项关键技术瓶颈,推动了我国搅拌摩擦焊接基础研究的发展,并达到国际先进水平。搅拌摩擦焊接研究团队隶属于金属所师昌绪先进材料创新中心,自成立以来,一直秉承金属所基础与应用并重的优良传统,学术水平和研发能力始终保持在国际前列,为我国重大装备的发展和性能大幅提升做出了重大贡献。

摘要： 通过对管道全位置熔池机理控制策略及稳态熔池受力分析研究,归纳总结出区间划分技术的原则及各区间焊接参数设定的依据。并通过全位置脉冲TIG管自动焊工艺对比试验,研究了不同区间划分、不同管径、不同起始弧位置等因素对焊缝成型及焊缝性能的影响。试验表明,在全位置焊接中,每道焊缝的厚度在圆周不同位置都存在差异,只有通过合理的区间划分、起始弧位置及焊接工艺参数控制,才能保证每道焊缝厚度的均匀性,从而实现焊缝外观尺寸和力学性能的均匀一致性。

摘要： 三丝间接电弧焊是一种新型高效焊接方法,为研究焊丝伸出长度对三丝间接电弧焊的影响,使用焊接分析仪及高速成像设备对焊接过程中的电弧、熔滴和电流电压情况进行采集.结果表明,当主丝与边丝伸出长度不相等时,难以获得稳定的焊接过程.当主丝与边丝伸出长度相等时,随着焊丝伸出长度的增加,电弧的集中性变差,电流、电压波动程度增大,同时熔滴尺寸增大,主丝与边丝熔滴之间的夹角增大.当主丝与边丝伸出长度均为10 mm时焊接过程最稳定、焊缝成形最好.

摘要： 油气管道在全位置焊接时通常按照固定角度机械化地进行分段,此过程中,熔池容易发生失稳流淌而导致焊缝成形不良。文中对管道全位置焊接过程中的熔池受力进行了分析,建立了一种基于熔池径向力变化的新型分段工艺,以解决全位置焊接时管道内、外壁成形不良的问题。通过对220 mm×10 mm×400 mm的X70管线钢采用STT打底焊试验发现,该分段工艺抑制全位置焊接时的熔池失稳流淌问题有良好效果,且内壁成形更加平滑美观,对于管道自动焊接过程中的分段问题具有一定的参考价值。

摘要： 高速钨极惰性气体焊(Tungsten Inert Gas,TIG)作为一种热加工技术,由于其焊接速度快、效率高,因此在制造业中被广泛应用。但在实际操作中,高速TIG焊接电弧容易出现后倾现象,且焊缝成形较差,焊缝表面易形成咬边、驼峰焊道等焊接缺陷。本研究将直流纵向磁场作用于1.2 mm厚的409不锈钢高速TIG焊接,可以解决上述问题,提高焊接质量,实验选用焊接电流为165 A,焊接电压为10 V,焊接速度为2 m/min,气体流量为10 L/min。外加直流纵向磁场强度分别为0 mT、5.6mT、9.7 mT、14.7 mT、21.7 mT。通过调节不同外加磁场强度,同时借助于高速摄影仪,观察不同外加磁场强度对高速TIG焊接电弧形态以及焊缝表面成形的影响。实验结果表明:当无外加磁场作用于高速TIG焊时,焊接电弧呈自然状态的锥形,电弧后倾。焊缝表面呈现不规则、不均匀的纹路,并存在咬边、驼峰焊道、不连续等缺陷;当有外加磁场作用于高速TIG焊时,随着磁感应强度的增加,电弧逐渐向外扩张,半径增大,电弧形态由锥形变成下部扩张、上部收缩的钟罩形,电弧挺度增加,后倾现象消除。在外加磁场强度为21.7 mT时,焊缝均匀、美观,无咬边、驼峰焊道、不连续等焊接缺陷消除。

摘要： 采用激光熔钎焊技术对AZ31B镁合金与Q235钢进行异种金属搭接实验。添加Ni中间层协调镁合金与钢的冶金连接,通过外加纵向交变磁场调控接头成形及组织,以期提高接头的力学性能。结果表明:添加Ni中间层后接头类熔焊区IMC层为树枝状或连续纳米级层状AlNi相,实现冶金连接。外加交变磁场后Fe-Ni固溶体厚度减小且延伸进镁侧焊缝中,沟壑状的Fe-Ni固溶体增加了界面的结合面积。通过测量发现接头实际界面连接长度与拉剪线载荷有很大的联系。外加交变磁场后激光熔钎接头实际界面连接长度与拉剪线载荷随着磁场强度的增加呈现先增大后减小的趋势。当激光功率P=1250 W,焊接速度v=20 mm·s^(-1),磁场强度B=10 mT,磁场频率f=35 Hz时,添加Ni中间层协调镁合金与钢的冶金连接,外加纵向交变磁场优化接头焊缝成形,接头拉剪线载荷最高,达到163 N/mm。

摘要： 文章介绍了熔化极气保焊仿真模拟软件ArcWeld,利用ArcWeld进行焊接仿真时,根据用户定义的焊接条件,求解器确定计算域,并划分网格进行有限元分析,从初始条件和边界约束出发,在三维网格上迭代求解,最终得到收敛解,并将仿真结果显示在图形界面中。针对铝合金材料的气保焊过程基于不同的焊接条件进行了仿真计算,获得温度场分布和焊缝成形的预测结果,并依据仿真结果进行了分析。

摘要： 针对焊缝尺寸测量和表面成形质量评估问题,研究一种基于线结构光的焊缝视觉成形检测系统。在详细论述结构光视觉传感器的组成结构以及标定过程的基础上,优化图像预处理流程,提出了基于边界限定的灰度重心法来提取激光条纹中心线。以单像素的激光条纹为信息源表征焊缝轮廓,融合多特征点提取算法实现激光条纹轮廓特征点的检测并基于特征点建立角焊缝的尺寸计算模型,最终实现焊缝尺寸测量。结果表明:该焊缝成形视觉检测系统能满足焊缝检测性能的要求。

摘要： 磁控等离子-药芯焊丝电弧复合焊(plasma-flux cored arc welding,Plasma-FCAW)作为一种新型水下高效焊接方法被提出,通过特殊焊炬结构设计实现了两种独立焊接工艺的优势互补.针对复合焊接工艺中由于电源极性不同引起的电弧排斥问题,设计了外部磁场用于调控两个电弧间的耦合程度,并研究了主要工艺参数对Q355B钢水下焊缝成形及其截面几何特征的影响.结果表明,施加的外部磁场能够有效改善复合焊接过程及焊缝成形的稳定性;药芯焊丝电弧焊(flux cored arc welding,FCAW)电压对水下复合焊接过程稳定性具有显著影响;等离子电流和FCAW电弧电压对焊缝熔深影响较大且等离子电流与熔深间呈近似线性关系;相比于水下FCAW工艺,复合焊工艺焊接熔深提升超过40%,具有更高的焊接效率和焊接稳定性.

摘要： 通过板上堆焊研究了极性比对高速方波交流TIG-MIG复合焊焊接过程稳定性和焊缝成形的影响。结果表明,TIG电弧极性比为0(直流TIG)时,由于TIG和MIG两个电弧之间相互排斥作用时间长,小电流(不高于50 A)TIG电弧电流易因过度拉长而熄灭,TIG-MIG复合焊接过程稳定性差,焊缝成形不良。TIG电弧极性比控制在10~40时,两个电弧之间周期性地排斥和吸引,小电流TIG电弧不会过度拉长,可在50 A的TIG电弧电流下获得稳定的TIG-MIG复合焊过程,可抑制直流TIG-MIG复合焊易于产生的驼峰缺陷,极性比为10时焊缝成形最佳。极性比过大时,焊缝表面光滑程度有所下降,焊趾部位呈现明显的波动,且存在较多的大颗粒飞溅。

摘要： 超窄间隙焊接技术用于奥氏体不锈钢焊接可明显降低焊缝内部的显微偏析、抑制晶界处铬的碳化物析出,因而可显著提高奥氏体不锈钢焊接接头抵抗晶间腐蚀的能力.文中将超细颗粒焊剂约束电弧超窄间隙焊接用于1Cr18N i9Ti奥氏体不锈钢,并通过改变焊速、电弧电压、电弧电流对焊缝成形进行了研究.结果表明,在热输入为1.75kJ/mm和深宽比为1.34的条件下,也不易形成“梨形”焊道裂纹,并且单道焊接时熔化焊丝在超窄间隙内的填充高度可达11.5mm.在其它焊接参数确定的情况下,随着电弧电压的增加,1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢超窄间隙焊缝依次呈“凸焊缝”、“凹焊缝”及“电弧攀升”的成形规律.适合于超细颗粒焊剂约束电弧超窄间隙焊接1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢的电弧电压与电流匹配范围分别约为26V～32V和200A～320A.

摘要： 采用热丝脉冲TIG焊在X65钢板表面堆焊Inconel625镍基合金,研究焊接参数对焊缝成形和稀释率的影响,为相应的复合管制造提供理论依据.研究表明:焊接电流对各个成形参量均有显著的影响,它的增大会导致熔宽、下淌角和稀释率的增加,而引起余高的减小;热丝电流的增加会明显增大稀释率,略微增大下淌角度和余高,对熔宽的影响不大;焊接速度的增加会引起余高、熔宽和下淌角的减小,而对稀释率的影响作用很小;送丝速度的增加会显著地使余高增加,而降低稀释率、减小下淌角,对熔宽的影响不显著.

摘要： 针对海洋钻井平台桩腿齿条用厚板Q690E高强钢,开展一系列不同焊接工艺参数下的机器人MAG摆动立焊工艺试验,研究不同焊接工艺参数对焊缝成形(余高和侧壁熔深)的影响规律.构建基于支持向量机(SVM)和粒子群算法(PSO)的焊缝形状预测模型,实现摆动立焊过程的工艺优化.结果表明,当摆动幅度为1.52mm,摆动频率为1.3Hz,停留时间为0.54s时,能够获得最佳焊缝成形,即在保证尽量小的表面余高的同时,侧壁平均熔深较大,从而为厚板多层多道焊接焊道排布及获得良好成形的焊接接头提供指导依据.

摘要： 针对核电、海洋资源开发以及维权装备、舰船等重大装备在复杂水下工况中的优质焊接与修复需求,开发了基于局部干法的水下机器人焊接系统,并在此平台上对水下局部干法焊接工艺进行了探索.分析了水下机器人焊接电源、潜水送丝装置、微型排水装置以及数字化通信协议等关键核心技术;研究了微型排水装置中采用不同保护气体和排水气体条件下的焊缝成形;根据电信号传感器和数据采集卡采集的焊接电信号,探讨了水下焊接过程电弧行为与焊接过程的稳定性;分析了水下局部干法焊接得到的宏观图像及金相组织.结果表明,研制的局部干法水下机器人焊接系统焊接过程稳定,焊缝成形良好.

摘要： 针对改进后的耦合电弧AA-TIG焊枪,以SUS304不锈钢板材作为试验材料进行了焊接试验,对比了耦合电弧AA-TIG焊与TIG焊电弧和焊缝成形的不同,研究了主要工艺参数对耦合电弧AA-TIG焊焊缝的影响,并分析了耦合电弧AA-TIG焊对接接头性能.结果表明:氧气引入量、钨极间距、电弧长度对耦合电弧AA-TIG焊熔深有重要影响.与普通TIG焊相比,在相同的总电流下,耦合电弧AA-TIG焊焊缝变窄,熔深增加,且接头性能良好.在12mm厚的SUS304不锈钢板试验不开坡口单道焊,焊缝熔深可超过11mm,焊接熔深比普通TIG焊增加3倍,显著提高了生产效率.

摘要： 为探索更加高效MAG的焊接方法和工艺,本研究对普通MAG焊机进行改造,使送丝速度达到50m/min,焊接电流提升至600A.在此基础上,通过增大焊接电流来进一步提高焊接效率,但是当电流超过第二临界电流后,熔滴不稳定过渡形成,飞溅大、成形差,然后通过外加交变磁场来改善电弧形态和熔滴过渡稳定性.通过焊接试验,测试了焊接电流和焊丝干伸长对焊丝熔化速率的影响,研究了大电流MAG焊接的熔滴过渡、焊接电流对焊接飞溅率和金属蒸发速率的影响规律,以及交变磁场对熔滴过渡行为和焊缝成形的影响.结果表明,外加交变磁场可以有效提高大电流下电弧挺度和稳定性,减小液锥偏斜程度,进而改善焊缝成形,大幅度提高焊接效率.

摘要： 使用双钨极TIG焊接方法,在Q345R基材表面进行不锈钢堆焊试验,得出高速送丝下的最佳工艺参数,使焊缝成形良好的前提下,最高稳定送丝速度达7000mm/min.以12Cr2Mo1VR钢为基材,采用7000mm/min送丝速度在基材表面进行不锈钢堆焊试验,按照产品技术条件对试件进行无损检验和破坏性试验,结果表明,采用双钨TIG堆焊技术获得的不锈钢堆焊层满足反应器技术条件的要求.

摘要： 建立了基于旁路耦合微束等离子弧焊快速成形系统,包括微束等离子弧焊接电源、送丝系统、变阻器、电流电压采集系统和计算机控制三维运动平台.通过控制旁路电流的大小对ER304L不锈钢材料和inconel625镍基高温合金材料进行椭圆筒形零件快速成形实验.结果表明,在旁路耦合微束等离子弧焊快速成形系统下可获得成形良好的椭圆筒形零件.在相同的焊接参数下,可通过改变旁路电流来保证焊缝成形及堆垛层尺寸的稳定从而完成不同材料堆垛成形,尤其是堆垛成形inconel625镍基高温合金材料.

摘要： 基于铝合金双脉冲MIG焊正交试验研究,优选出双脉冲MIG焊最佳参数组合,开展了铝合金在相同焊接工艺参数条件下的单脉冲、双脉冲、纯Ar保护气、Ar+He混合保护气等不同条件下焊接工艺试验,通过理化测试对比分析了单脉冲、双脉冲、纯Ar保护气、Ar+He混合保护气等不同条件下对焊缝成形、接头残余应力、显微组织、抗拉强度、内部气孔缺陷的影响.

摘要： 针对三明治板激光焊接中芯板与面板T型接头熔合不良的问题,提出一种利用焊剂片约束电弧塞焊制造高强钢三明治板的新工艺.利用高速摄像技术研究了电弧燃烧形态和熔池变化过程.结果表明,焊剂片可压缩和稳定电弧,提高焊接热效率,促进熔滴过渡.焊接电流一定,随电弧电压增大,接头依次出现“未焊透”、“成形良好”、电弧再次攀升“未焊透”和“焊漏”的变化规律.约束电弧塞焊工艺范围:电弧电压20-24V,焊接电流160-300A,焊速5mm/s.

摘要： 本发明公开了一种基于双优化的BP神经网络激光焊接焊缝成形预测方法，采用主成分分析和遗传算法双优化的BP神经网络方法预测焊缝成形；相比于传统BP神经网络方法预测焊缝成形具有以下几点优势：同时采用熔池特征量和焊接工艺参数作为模型输入，模型对焊缝形貌预测精度更高；采用主成分分析降低模型输入层信息的重复性，消除了特征之间的信息重叠，降低神经网络的输入维数，提高模型运算速度，以适应实时监测的需要；采用遗传算法通过改善模型初始权重和阈值，改善BP神经网络的固有缺陷，避免了模型收敛于局部最优值，防止预测结果出现较大误差。

摘要： 本发明公开了一种改善薄板钢材高速搭接焊焊缝成形与性能的GMAW焊接工艺，适用于高速焊接技术领域。该工艺针对薄板钢材高速焊接过程难以获得稳定的熔滴过渡模式，焊缝成形不良，出现驼峰焊道、咬边等缺欠，在不改变焊接方法，保证低成本、高适用性的前提下，通过调整待焊工件的实际焊接位置，搭配合理的焊枪行走角度与工作角度，获得足够填充金属量的同时改善了焊缝形貌，实现了1.5mm‑2mm厚度薄板钢材在高速(大于20mm/s)焊接条件下的搭接焊接过程，焊缝连续性与均匀性良好，焊趾处过渡平缓，无明显焊接缺陷。该工艺能够显著提高薄板钢材搭接焊的焊接速度，改善焊缝成形质量，提高焊缝性能。本发明对于促进GMAW高速焊接工艺在薄板搭接焊领域的应用与发展具有重要意义。

摘要： 本发明公开了一种基于互补双通道卷积神经网络的焊缝成形预测方法，与BP神经网络相比，卷积神经网络最大的特点在于不需要进行熔池特征的提取，而是通过构建的多层卷积核自动进行熔池特征量的提取；卷积神经网络以整张熔池图像作为模型的输入，省却了熔池特征量提取所耗费的时间，同时避免了熔池图像信息的丢失；相比于普通的双通道卷积神经网络的激光焊接焊缝成形预测方法，本方法采用两个卷积模块对熔池图像浅层特征进行提取，用于提取熔池的边缘线条，采用双通道策略，得到的熔池图像特征更加充分；采用全连接模块引入了激光焊接工艺参数，共同预测T型接头焊缝形貌，可以进一步提升模型预测性能。

摘要： 本发明提出了一种基于数值模拟和深度学习的搅拌摩擦焊缝成形预测的工艺参数、焊具结构优化方法，属于搅拌摩擦焊技术领域。所述方法包括：步骤一、设定三次模拟试验作为数据测试集；步骤二、计算焊接过程中材料流动场和温度场分布情况；步骤三、计算不同参数下搅拌摩擦焊具断裂失效情况，并计算不同参数下焊缝成形质量及缺陷分布情况；步骤四、利用生成对抗网络深度学习模型遍历所有工艺参数和焊具结构的焊缝成形结果，获得在保证焊具可靠工作前提下焊缝成形最优化结果。本发明所述方法目的在于为生产中最优化搅拌摩擦焊工艺提供有效的普适性预测方法，具有降低时间消耗、材料成本以及预测精确度高等优点。

摘要： 本发明提出了一种GTAW焊缝成形的自适应控制与自动视觉检测方法，包括步骤1、建立关系模型、获取典型焊缝表面缺陷的图像；步骤2、利用传感器实时获取当前坡口的错边量和坡口间隙，焊道的特征尺寸以及当前焊道表面的图像和当前焊道的尺寸；步骤3、对焊接工艺参数进行动态调节，实现GTAW焊缝成形的自适应控制；并动态重建出焊道整体的表面缺陷分布图和尺寸分布图。本发明解决了焊接生产中由于工件加工精度、装配误差、焊接热变形等引起的焊缝成形质量问题，并实现焊缝宏观尺寸、焊缝不连续性以及焊缝表面缺陷的检测，提高焊接缺陷的可追溯性和可探测性。

摘要： 一种用于高速焊接焊缝成形过程的电磁整形调控方法与装置，采用电磁加热装置和整形装置同时对焊缝成形过程进行调控，所述电磁加热装置产生交变磁场加热或保温焊接试板中的熔池区域及溅出熔池两侧的金属液体，同时，所述整形装置对加热或保温后的熔池区域的熔融金属及溅出熔池两侧的金属液体在焊缝中心线上进行汇聚导流，然后将汇聚导流后的熔融金属在熔池区域内进行挤压平整，提高高速焊接过程的稳定性，使熔池区域凝固后形成质量优异的焊缝；本发明构思新颖独特、操作便捷、制造加工难度小，能够提高高速焊接过程的稳定性与焊接接头质量，适用于激光、电弧等多种焊接方式的高速焊接。

摘要： 本发明属于焊接方法的技术领域，公开了一种铝钢异质金属电弧焊接焊缝成形的控制方法，采用搭接方式将待焊接的两个工件固定在焊接工作台上，然后在搭接接头表面涂覆一层中熵合金粉末，再采用CMT循环液滴方法对两个工件进行焊接，形成平整的鱼鳞纹状焊缝。采用改进后的CMT循环液滴焊接，可以实现熔滴过渡的周期性控制、焊点的大小控制，具有更低且可控的热输入，极高的焊接质量重复率和美观的鱼鳞纹焊缝，同时在搭接接头位置涂覆中熵合金粉末，减少脆性中间相的产生，并提高钎料的润湿铺展性能，有望显著提高异质材料的焊接性。

摘要： 本发明提供一种直缝连续焊管内焊缝成形监测装置，包括管状保护壳体、开设在所述壳体上的焊接熔池飞溅掉落通孔和内焊缝成形取像孔，所述内焊缝成形取像孔下方、壳体内设有检测机构，所述检测机构包括固定设置在所述壳体底部上的摄像头固定座、设置在所述摄像头固定座上的摄像头、设置在所述摄像头四角位置处的照明灯、设置在所述摄像头上的保护镜片；由此，本发明通过摄像头对焊缝的实时监控，可以对直缝连续焊管的内焊缝成形情况进行实时反馈，进而实时调节焊接参数，防止管材焊接过程中焊缝出现未焊透、焊缝过宽等情况，提高焊接质量，节约生产成本，为直缝连续焊管的生产提供方便。

摘要： 本发明公开一种改善厚板激光焊接表面焊缝成形的方法，其步骤包括：步骤1、提供第一母材和第二母材；步骤2、提供激光焊接系统；步骤3、提供焊接保护气体吹送装置；步骤4、启动激光焊接系统，打开激光发生器，聚焦激光束垂直辐照第一母材和第二母材对接接头表面，吹气喷嘴吹送焊接保护气体，激光焊接头按既定焊接路径运动，焊接保护气体吹送装置与激光焊接头同步运动，实施激光焊接；步骤5、达到焊接路径末端点，完成激光焊接。本发明还公开一种改善厚板激光焊接表面焊缝成形系统。相对于现有技术，本发明在激光焊接区上方形成回旋气流，影响厚板横焊方位激光焊接表面熔池流动，改善厚板横焊方位激光焊缝成形。

摘要： 本发明公开了一种基于互补双通道卷积神经网络的焊缝成形预测方法，与BP神经网络相比，卷积神经网络最大的特点在于不需要进行熔池特征的提取，而是通过构建的多层卷积核自动进行熔池特征量的提取；卷积神经网络以整张熔池图像作为模型的输入，省却了熔池特征量提取所耗费的时间，同时避免了熔池图像信息的丢失；相比于普通的双通道卷积神经网络的激光焊接焊缝成形预测方法，本方法采用两个卷积模块对熔池图像浅层特征进行提取，用于提取熔池的边缘线条，采用双通道策略，得到的熔池图像特征更加充分；采用全连接模块引入了激光焊接工艺参数，共同预测T型接头焊缝形貌，可以进一步提升模型预测性能。