一、电弧钎焊条件下的熔滴铺展的数值模拟与分析(论文文献综述)
毕研华[1](2021)在《镀锌钢板的低功率激光诱导MIG电弧钎焊工艺及机理研究》文中认为在镀锌钢板电弧钎焊过程中,表层低熔点的锌金属因受热过度形成锌蒸汽而大量烧损,从而对电弧稳定性、焊缝成形、工件耐腐蚀性等方面造成较大的影响,为了改进存在的问题,本文开发了镀锌钢板的低功率激光诱导MIG电弧钎焊工艺。针对汽车工业中常用的镀锌钢板搭接接头的连接,系统地研究了各工艺参数对焊缝成形、界面特征的影响规律以及低功率激光对电弧行为的影响,在此基础上,利用仿真软件计算、分析了搭接接头温度分布特点,模拟了镀锌钢板背面锌层烧损情况,具有重要的理论与实践意义。利用低功率激光诱导MIG电弧多功能可调组合焊枪,系统地研究了镀锌钢板的低功率激光诱导MIG电弧钎焊的工艺特点。试验结果表明,当激光功率大于100 W、离焦量介于0~1 mm、光丝间距介于1.5~2.5 mm、焊接速度介于650~750 mm/min、焊接电流介于90~110 A时,与单独的MIG电弧钎焊相比,激光诱导MIG电弧钎焊焊缝表面光滑致密,飞溅少,铺展宽度增加,焊缝润湿角减小;对不同加热条件下的接头界面进行了SEM分析,发现存在不同形态的过渡层,证明母材和焊缝之间形成了良好的冶金结合。利用电信号采集卡和高速摄像机采集了低功率激光诱导MIG电弧焊接过程中的电弧形态、电流信号、电压信号,系统地研究了低功率激光对电弧形态、焊接过程稳定性、电信号、熔滴过渡的影响,发现:低功率激光的加入,对MIG电弧具有明显的吸引及局部压缩作用,使电弧整体空间增大;低功率激光的加入,能够缩小电流电压波动幅度,降低MIG电弧电压约2~3 V,提高了焊接过程的稳定性,使熔滴过渡更加规律。在电弧形态以及电信号分析的基础上,利用光谱仪采集低功率激光诱导MIG电弧等离子体的光谱信息,根据玻尔兹曼分布图法、斯塔克展宽效应分别估算电子温度、电子密度,发现:低功率激光的加入,使激光作用点附近的电弧收缩区的电子温度、电子密度升高,两者均在激光作用点正上方约1 mm处达到最大值9642.40095 K、1.8×1017cm-3;在距离工件表面约0.5 mm水平位置,与单独的MIG电弧相比,远离激光作用点的电弧中心区域,低功率激光诱导MIG电弧在相同位置的电子温度有所降低。利用仿真模拟的手段,对镀锌钢板的低功率激光诱导MIG电弧焊接温度场进行了研究,通过对比焊接热循环曲线、熔池形状,验证了计算模型的可靠性与准确性。
何锡鑫[2](2021)在《Ti/Al异种合金MIG电弧熔钎焊参数优化及连接机理研究》文中认为Ti/Al异种材料连接具有广泛的应用前景,但受限于二者热物理性能方面存在较大差异,采用传统焊接方式难以实现可靠连接。基于MIG电弧熔钎焊的工艺通过数值模拟和试验分析,探究工艺参数、填充材料对焊缝成形和接头性能的影响。本文基于焊接过程的有限元理论,对焊接全过程的瞬态温度、应力变化进行仿真分析。研究表明Ti/Al异种金属熔钎焊过程是不均匀的加热冷却过程,温度场在横向和板厚方向上的呈现不均匀性分布。通过调整焊接过程中的热输入、电弧偏移位置可以有效调控焊接过程的温度场分布:当焊接电流为110A、焊接电压15V、焊接速度10mm/s,电弧向铝合金一侧偏移0.3mm时,焊缝温度保持在钛合金熔化温度以下的较高温度,钛合金钎焊界面温度梯度较小,是有效的焊接参数。焊后残余应力的产生与冷却过程中较高的降温速率有关。铝合金一侧近焊缝区横向残余应力表现为“两端受压,中间受拉”的现象,纵向残余应力为较大的拉应力。钛合金一侧近焊缝区横向残余应力表现为较高的拉应力,纵向为残余压应力。利用优化的焊接参数,对2.5mm厚的TC4钛合金和2A12铝合金进行熔钎焊工艺试验。结果表明,采用不同合金元素的焊丝获得的熔钎焊接头电弧直接加热区域的钛合金均发生了轻微熔化,形成一定厚度的呈现多层结构的熔合区,中下部为锯齿状的钎焊界面。钎焊界面周围的焊缝中均存在一定棒状、块状的析出相。Al-Si焊丝获得的接头钛合金一侧上部熔合区较窄而钎焊界面较宽整体厚度均匀。对Al-Si焊丝获得的熔钎焊接头钛铝过渡区域进行元素分布和相组成分析,其中接头上部形成的多层结构的熔合区从铝合金一侧至钛合金一侧由Ti(Al,Si)3层、Ti(Al,Si)和Ti-Si混合层、Ti3Al层组成,接头中下部钎焊区由Ti(Al,Si)3层、Ti(Al,Si)3和Ti-Si混合层、α-Ti层组成。采用焊丝填充的熔钎焊接头截面显微硬度均呈现明显的区域分布。其中采用Al-Cu焊丝接头硬度最高达到了450HV0.1。拉伸测试发现填充Al-Si焊丝获得的接头抗拉强度最高,达到227MPa。
刘玉龙[3](2021)在《添加纳米粉末AC辅助Al/Cu等离子弧熔钎焊及界面扩散动力学分析》文中研究说明Al/Cu复合结构的制造中,由于其异种材料间熔化特性、热物理性能等差异使得实现其有效、可靠的连接是目前急需解决的关键问题。同时接头处界面行为对性能具有重要影响,所以对其界面行为进行多角度多方面深入分析具有重要意义。本文在传统电弧焊低成本、可操作性强的基础上,从工艺方法改进和界面调控方面提出了添加SiO2纳米粉末AC辅助Al/Cu等离子弧熔钎焊实现了成形及力学性能良好的Al/Cu异种金属接头。同时通过试验分析、结合微纳米尺度下分子动力学模拟对界面处微观组织形成的内在机理进行分析,探究其微观尺度下原子扩散动力学行为与外部因素的内在联系。对进一步提高焊接工艺,实现良好接头和界面分析提供新的思路、技术和理论支撑。通过所建立系统进行试验过程。AC辅助电弧的引入明显影响电弧的行为,增大焊丝的熔化效率。随着交流电流值的增大,焊缝宽度增加,高度逐渐降低,堆焊过程润湿角也由初始的70°逐渐减小为27°,润湿铺展性能呈现出与电流值正相关的效应。随着AC辅助电流值增加,Al/Cu搭接接头有效连接长度由12.25mm增大至15.2mm;在上述试验的基础上,深入分析了不同参数添加SiO2纳米粉末AC辅助Al/Cu等离子弧熔钎焊接头组织及性能差异的内在联系。接头组织区域主要为Al2Cu和Al4Cu9的金属间化合物层区域、Al-Cu共晶区域以及网状焊缝区域。金属间化合物层厚度呈现随AC辅助电流值的增加而增大的正相关关系;AC辅助电流值45A下,加入SiO2纳米粉末界面金属间化合物层厚度降低,界面区域分布有微量Si元素,AC辅助电流值大小对接头物相组成成分无影响。SiO2纳米颗粒吸附于界面IMC以及C u表面由于其相对较高的表面张力和比表面积,起到了扩散阻挡的作用,阻碍了Al和Cu原子的反应和相互扩散,从而有效降低了焊接过程中界面IMC的厚度。添加SiO2粉末不同AC辅助电流值作用下焊缝区域内组织的硬度随着热输入的增加而略微增大,呈现铝、铜母材区域、焊缝区以及界面金属间化合物区域硬度逐渐增大的分布规律。受有效连接长度和界面金属间化合物层厚度共同影响,添加SiO2且AC辅助电流值为45A的接头断裂承受最大载荷为0.85k N,断裂位置位于铝侧热影响区,力学性能较好,断口形貌为分布有韧窝的韧性断裂形式。基于分子动力学模拟建立所述Al/Cu界面模型,进行了界面原子扩散动力学分析,探究其微观尺度下原子扩散行为与外部因素的内在联系。较低温度下Al/Cu界面中Al原子及Cu原子扩散系数均随着温度增加而增大,且Cu原子扩散系数较Al原子相比对温度更为敏感;Cu、Al原子在界面扩散过程中激活能分别为52.24 k J/mol和80.23 k J/mol,对比验证了模型准确性。界面完全冷却至室温后主要成分为θ-Al2Cu,Cu原子越过初始界面扩散数量要明显大于Al原子数量,温度越高现象越明显,对扩散层生长的贡献主要由液态Al中Cu原子的扩散提供,与试验结果界面元素分布和类型基本吻合。800~950K温度下Al、Cu固-液界面原子互扩散行为与600~800K下类似。由于Cu原子与Al原子间结构及稀释热性质等差异,界面扩散模型中存在柯肯达尔效应,扩散过程中界面逐渐向铜侧迁移。同时分析认为,扩散激活能在高温下并非恒定,而是阶段性的,激活能数值与所研究物质的状态和扩散方向有关;扩散层的厚度与温度之间存在关系:D=k·T,k=0.548?/K,与试验中随着热输入增加化合物层厚度增大的现象一致。由于扩散过程诱导的应力变化,使得Al侧应力值明显大于Cu侧区域,温度对界面处原子剪切应力影响较为明显。随着扩散持续时间的增加,扩散深度与时间之间存在抛物线关系D=k t1/2。压力的引入使得原子间间距减小,阻碍了原子扩散过程,使得扩散层厚度和Al和Cu原子扩散系数呈现随压力增大而减小的负相关趋势。
程志[4](2021)在《钛-钢异种金属MIG/TIG双面双弧焊接受焊行为及机制研究》文中指出针对钛-钢异种金属焊接Ti-Fe硬脆金属间化合物造成的接头脆化问题,本文采用MIG/TIG双面双弧焊接方法对钛-钢异种金属进行连接,并对接头受焊行为及机制进行研究。研究了以硅青铜焊丝为填充金属,MIG/TIG双面双弧焊接钛-钢异种金属连接模式,重点分析了不同模式下典型接头显微组织结构及形成机制;研究了焊接参数对接头力学性能的影响,揭示了焊接参数—组织结构(连接模式)—力学性能之间的关系;采用遗传算法优化反向传播神经网络(GA-BPNN)分别建立了界面连接机制和接头抗拉强度预测模型,基于界面连接机制预测模型对钛-钢异种金属连接模式工艺窗口进行了预测,并基于接头抗拉强度预测模型,进一步采用GA算法对工艺参数进行了优化。主要研究成果如下:采用MIG/TIG双面双弧焊接方法,以硅青铜焊丝为填充金属,在无坡口、衬垫等焊接辅助措施的条件下,获得了具有优异性能的钛-钢异种金属接头;通过焊接工艺调控获得了钛-钢异种金属的钎焊、熔钎焊、熔焊等全部三类连接模式。典型钎焊模式接头钛侧钎焊界面主要由Ti-Cu(Ti2Cu,TiCu)金属间化合物层及其上分散分布的Ti5Si3相组成,厚度约为60μm;钢侧钎焊界面主要由脆性TiFeSi和λ(Ti(FexSi1-x)2)相组成的平直扩散反应层构成,厚度约为0.5μm。熔钎焊模式根据钛侧、钢侧界面连接机制,可以分为熔(钛)-钎(钢)和熔(钢)-钎(钛)焊两种形式。典型熔(钛)-钎(钢)焊模式接头钛侧熔焊界面主要由Ti-Cu(Ti2Cu、TiCu、TiCu2)金属间化合物层及其上分散分布的Ti(CuxSi1-x)2和Ti5Si3相组成,厚度约为165μm;钢侧钎焊界面主要由脆性TiFeSi相组成的平直扩散反应层构成,厚度约为3μm。典型熔(钢)-钎(钛)焊模式接头钛侧钎焊界面主要由Ti-Cu(Ti2Cu、TiCu、Ti3Cu4、Ti2Cu3、TiCu4)金属间化合物层和其上分散分布的Ti5Si3相构成,厚度约为100μm,且在钢侧大量熔化状态下会在界面生成λ相;钢侧熔焊界面主要由TiFe2Si脆性相、Fe(s,s)和Cu(s,s)相组成的半岛状组织构成。典型熔焊模式接头钛侧熔焊界面主要由Ti-Cu(Ti2Cu、TiCu、TiCu2、Ti2Cu3、TiCu4)金属间化合物层及其上分散分布的Ti5Si3和λ相组成,厚度约为180μm;钢侧熔焊界面在复杂熔池流动作用下,形成了主要由λ脆性相和在其晶间分布的Fe(s,s)和Cu(s,s)相组成的岛状组织。以正交试验所确定的最优工艺为参照,研究了各主控因素对接头连接模式和性能的影响。在其它焊接参数一定条件下,MIG焊接电压的变化并不引起接头连接模式的改变,始终为熔(钢)-钎(钛)焊模式;TIG焊接电流增加或焊接速度降低,接头由熔(钢)-钎(钛)焊模式转变为熔焊模式,TIG焊接电流降低或焊接速度增加,接头由熔(钢)-钎(钛)焊模式转变为钎焊模式;TIG焊枪进一步向钢侧偏置,接头由熔(钢)-钎(钛)焊模式转变为钎焊模式,TIG焊枪向钛侧偏置,接头由熔(钢)-钎(钛)焊模式转变为钎焊模式。钛-钢异种金属MIG/TIG双面双弧焊接头抗拉强度取决于钛侧和钢侧界面金属间化合物特征。钎焊、熔(钛)-钎(钢)焊模式接头受钢侧钎焊界面脆性的平直金属间化合物层影响,抗拉强度较低;熔焊模式接头受限于钛侧熔焊界面较厚的金属间化合物层,抗拉强度也较低;熔(钢)-钎(钛)焊模式接头钛侧钎焊界面较薄的金属间化合物层和钢侧熔焊界面半岛状/岛状组织能够显着降低界面脆性,接头具有优异的抗拉强度。基于GA-BP神经网络建立了界面连接机制和接头抗拉强度的预测模型,模型具有优异的拟合和泛化能力,能够准确地预测不同焊接参数下钛-钢异种金属界面连接机制和接头抗拉强度。在对界面连接机制精确预测的基础上,实现了钛-钢异种金属MIG/TIG双面双弧焊连接模式工艺窗口的预测:MIG焊枪居中,TIG焊枪钢侧偏置或钛侧适度偏置,低焊接热输入下易于实现钎焊模式;TIG焊枪钛侧大幅偏置,大热输入下易于实现熔(钛)-钎(钢)焊模式;TIG焊枪钢侧偏置或钛侧适度偏置,适中焊接热输入下易于实现熔(钢)-钎(钛)焊模式;TIG焊枪适度钛侧偏置或钢侧偏置,大热输入下易于实现熔焊模式。基于接头抗拉强度预测模型,采用GA优化算法对工艺参数进行了优化,优化后的工艺参数为:MIG焊接电压12.605V、TIG焊接电流78.543A、焊接速度 11.791mm/s、MIG-TIG 纵向相对位置 0.663mm 和 TIG 横向位置-1.742mm。预测该参数下接头为熔(钢)-钎(钛)焊连接模式,其名义强度为359.9MPa,根据优化工艺参数试验所得实际熔(钢)-钎(钛)焊接头名义强度达到348.4MPa。
王宁[5](2020)在《镍基合金TIG-CMT复合堆焊温度场与流场的数值模拟研究》文中研究表明镍基合金具有良好的耐高温和耐腐蚀性,在能源化工及海洋开发等领域的腐蚀防护中具有广泛的应用,利用堆焊技术将镍基合金熔敷在设备基体上是一种经济有效的防护手段。在堆焊过程中,较低稀释率的熔敷层有助于获得更好的耐腐蚀性能。CMT堆焊技术可以实现高熔敷效率和低稀释率的堆焊,但在堆焊镍基合金时,也会由于流动性较差导致堆焊成形不良等问题。利用TIG-CMT复合热源进行堆焊则可以在保持CMT堆焊特点的同时改善堆焊成形。本文开展了TIG-CMT复合热源堆焊Inconel 625合金过程的数值模拟研究,提出了CMT熔滴过渡过程数值模拟的简化方式,研究了TIG-CMT复合热源堆焊参数对Inconel 625合金堆焊润湿性和稀释率的影响规律。首先,利用VOF方法建立了TIG-CMT复合热源堆焊的数值分析模型,该模型考虑了熔滴过渡过程、电磁力、电弧压力以及表面张力等因素的影响,实现了熔池自由表面的追踪、熔滴的加载以及热源与力源等边界条件的施加,为复合热源堆焊过程的数值模拟与分析奠定了基础。其次,通过数值模拟研究,对比分析了CMT堆焊以及TIG-CMT复合热源堆焊温度场与流场的变化特点。结果表明,CMT堆焊时,热输入的变化主要影响焊缝中心附近3mm内的区域,增大送丝速度使液态金属向熔池后方的流动趋势增强,而对基材上熔池面积的影响较小,焊接润湿性较差。在TIG-CMT复合热源堆焊中,当TIG电流达到160A后,距离焊缝中心3mm外的区域温度可以提升150K以上,熔池边缘温度升高,基材的温度梯度降低;同时,熔池的面积增大,液态金属向熔池后方的流动趋势减弱。TIG热源的预热有利于镍基合金的润湿铺展,可以改善堆焊成形。最后,研究了堆焊参数对TIG-CMT复合热源堆焊成形的影响规律。随着TIG电流的提高,熔池边缘及基材温度升高,流场扩大,镍基合金铺展范围增加,润湿性逐渐改善;随着CMT电流的提高,熔池中温度升高,熔池前方流速增大,基材上的熔化区域增加,稀释率有所上升;随着焊接速度的增加,基材的冷却速率及温度梯度增大,熔池面积及流速逐渐减小,焊缝宽度和基材的熔化区域均减小。TIG电流为160A,焊接速度为10mm·s-1时,不同CMT电流下稀释率约为3%-5%;当CMT电流大于205A时,堆焊层的接触角小于90°。
黄俊[6](2020)在《旋摆TIG-MIG复合热源电弧物理特性和焊缝成形的研究》文中研究说明结合TIG焊高质量和MIG焊高效率的优点,形成一种TIG-MIG复合焊接工艺,能得到综合性能优良的焊缝接头。根据相关的文献可知TIG-MIG复合焊接的焊接熔池具有长条状的特征,即焊接方向的熔池大于熔宽方向的宽度,易出现咬边、指状熔深等焊接缺陷。为了解决这个问题及考虑焊缝质量的优质性,进一步优化和拓展复合热源分布及应用领域,在TIG-MIG复合焊接基础上提出旋摆TIG-MIG复合热源焊接工艺。利用TIG电弧的旋摆效果来增加复合电弧的横向空间和促进熔池铺展,改善熔宽过小、咬边和指状等焊接问题,也更进一步为窄间隙焊接技术领域的研究奠定基础。为了更好研究新工艺的特点,在自行设计旋摆TIG-MIG复合热源焊枪的基础上,建立了焊接实验系统,包括复合热源焊接系统、辅助系统高速摄像机采集系统和电流电压采集系统。利用辅助系统采集复合电弧姿态和熔滴形态,得到旋摆TIG下复合电弧电流和电压的影响关系,为推进研究提供实验数据。研究了不同焊接参数对旋摆TIG-MIG复合热源复合电弧物理特性影响。MIG电流、TIG电流的增加都利于电弧空间的增大;间距增加使两电弧尾弧变长,电弧稳定性改变;旋摆幅度的增加扩展了电弧范围。MIG电流随着TIG电流而增加,MIG电压在34V左右变化;MIG电流随着旋摆幅度的增加在小范围呈下降趋势,而电压变化小;间距的增加,MIG电流值趋于单MIG时的电流值,MIG电压表现为稍增加。分析了旋摆TIG电流参数下MIG的U-I变化图和U-I随机分散图,增加的TIG电流可降低电参数的波动性,在随机分散图中的点趋于集中,说明旋摆TIG电弧有利于提高复合电弧的稳定性。探究工艺参数对旋摆TIG-MIG复合热源熔滴过渡的影响。TIG电弧的旋摆会改变复合热源中的熔滴过渡方式。间距的改变使熔滴过渡模式从射流过渡到滴状;TIG电流增大,熔滴在周期内过渡方式由射流过渡、滴状过渡和少量短路过渡的混合过渡模式向单一的射流过渡改变;旋摆速度的增加会加快熔滴过渡之间的转变;旋摆幅度的增加扩大了滴状过渡的范围。比较在同参数下TIG旋摆下的脉冲MIG-TIG和直流MIG-TIG的熔滴过渡和焊缝成形。MIG脉冲模式下的旋摆TIG-MIG复合热源的熔滴过渡方式表示为脉冲射流过渡,TIG电流的增加促进了过渡频率,焊接过程中的熔滴过渡的稳定性和焊缝质量优于直流MIGTIG复合热源。脉冲模式下的堆焊焊缝成形表现为:TIG电流和MIG电流的增加均增加熔宽和熔深,MIG电流的增加使得余高增加,而TIG电流的增加使得余高减小;旋摆速度在小范围内变化(0160°/s)时,熔宽增加,而对余高和熔深影响不大;间距(57mm)使得熔宽增加,超过7mm时变化不大,余高和熔深随着间距的增加而稍减少;焊接速度增加得到焊缝齿条状明显,焊缝质量逐渐变差。将旋摆TIG-MIG复合热源焊应用于窄间隙中进行焊接,验证新工艺焊接窄间隙的可行性,得到焊缝表现为无明显孔洞和熔池与两侧壁无明显间隙。
徐冬豪[7](2020)在《巴氏合金埋弧钎焊熔渣的性能及对焊接过程的影响》文中研究表明巴氏合金作为一种性能良好的耐磨材料,广泛应用于船舶,核能设施及重型机械的零部件制备当中。埋弧钎焊在巴氏合金堆焊层制备方面具有不可替代的优势。本课题对巴氏合金埋弧钎焊熔渣微观结构及性能进行了分析与研究,并对熔渣在焊接质量和电弧行为上产生的影响进行了分析,对探究埋弧钎焊过程有关机理,推动巴氏合金埋弧钎焊工艺的工程应用具有积极作用。同时,对焊接熔渣相关理论体系起到了推进与丰富的作用。从巴氏合金埋弧钎焊的有关要求出发,设计了B2O3-Si O2-Al2O3-Ca O渣系巴氏合金埋弧钎剂。基于熔渣离子-分子共存理论,结合热力学数据,建立了B2O3-Si O2-Al2O3-Ca O熔渣的热力学计算模型。利用Matlab软件通过该模型进行分析,分析了碱度对熔渣组元活度的影响。通过X射线光电子能谱(XPS)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)等手段对埋弧钎剂和埋弧钎焊熔渣进行微观结构表征与分析。发现在熔渣当中桥氧结构数量相对于钎剂中上升,同时[BO3]结构相对增多。在埋弧钎焊过程中,一部分[BO4]与硅氧网络结构的结合,并形成Si-O-B桥氧结构,另一部分转变为[BO3]结构。通过金相显微镜,超景深显微镜,扫描电子显微镜(SEM)以及X射线衍射仪(XRD)等设备对埋弧钎焊巴氏合金的微观组织和成分进行分析。在埋弧钎焊过程中,在界面冶金反应的作用下,基体和巴氏合金表面的氧化膜被去除,巴氏合金的润湿和铺展因此而得到促进。在巴氏合金钎焊界面上,树枝状和草芽状的金属间化合物(IMC)向巴氏合金侧生长。由于埋弧钎焊熔渣的存在,界面中的IMC的塑形更强,其断裂机制为韧-脆混合型断裂,巴氏合金与基体间结合强度相对更高。当熔渣的脱渣性不佳时,埋弧钎焊巴氏合金表面会出现粘渣,对熔渣的脱渣性进行分析,并通过SEM和激光共聚焦显微镜(LSCM)对熔渣的微观形貌进行分析,发现当熔渣表面颗粒状结晶增多,表面性能出现不均匀,同时表面凹坑数量增多,使得熔渣容易出现局部脱落而在巴氏合金表面形成粘渣。通过对巴氏合金埋弧钎焊过程电弧参数的分析,结合温度场的测试,探究熔渣对电弧行为产生的影响,并使用超景深显微镜对巴氏合金钎焊界面成形进行分析。在埋弧钎焊的过程中,电弧在熔渣形成的空腔内稳定燃烧并在电弧空腔的作用下发生扩散,电弧能量分散。
郭顺[8](2019)在《钛/铜电子束焊接头组织性能及错位复熔调控机理研究》文中提出异种金属的钛/铜连接可以兼顾高强韧钛合金和高导热导电铜合金的优异性能,在航空航天、船舶及化工等领域具有着良好的应用潜力。然而,钛/铜异种金属显着的理化性能差异,主要包括热导率、热膨胀系数、熔点和冶金不相容性等,使得钛/铜接头的焊接存在着很大的困难,其中以钛/铜金属间化合物(Titanium/Copper Intermetallic Compounds,Ti/Cu-IMCs)层为焊接的主要问题。本论文针对该问题,提出了一种异种结合界面Ti/Cu-IMCs层的错位复熔调控焊接方法。研究利用钛合金高熔点、低导热特征,设计了钛/铜熔钎焊后复合钛侧错位焊接调控的工艺方案,通过构建钛侧受控温度场,实现对Ti/Cu-IMCs层的再热复熔,进而达到该层的组织形态重构、凝固结晶控制、应力松弛等微观效应,最终提升钛/铜接头冶金结合强度。本论文通过有限元方法(FEM)模拟,OM(Optical Microscope,光学显微镜)、SEM(Scanning Electron Microscope,扫描电镜)、EDS(Energy Dispersive Spectrometer,能谱仪)、XRD(X-Ray Diffraction,X 射线衍射)、TEM(Transmission Electron Microscope,透射电镜)等微观组织和成分分析、以及拉伸强度、显微硬度等力学性能评价,系统地研究了钛/铜异种金属的焊接特性及其错位复熔调控的微观机理,该研究成果对其它异种合金焊接也具有普遍的借鉴意义。错位复熔调控方法包括两个焊接过程:第一个过程为电子束铜侧熔钎焊形成冶金接头;第二个过程为复合钛侧错位焊接,实现Ti/Cu-IMCs层微观调控。FEM建立了复合钛侧错位焊接的热力模型并表明,异种结合界面可达到980℃至1400℃温度范围,即超过Ti/Cu-IMCs熔点温度,该位置处的IMCs层将发生再热复熔行为。同时,该处的应力状态得到改善,峰值应力由异种结合界面向钛侧焊缝偏移。微观组织及成分研究表明,钛/铜原子间反应将在焊缝中生成多种Ti/Cu-IMCs,其中依附在钛侧异种结合界面生长的IMCs层决定了接头的力学性能,IMCs层内共晶产物TiCu和Ti2Cu相是引起接头破坏的主要致脆因素。减小IMCs层宽度、弥散分布IMCs对于提升接头结合强度具有显着意义。复合钛侧错位焊接时,Ti/Cu-IMCs层位于钛侧熔池热影响区粗晶区内,IMCs层受热熔化,其层状特征消失并形成碎片状形貌,同时该层宽度减小,Cu原子向该层扩散趋势增强。力学性能表明,IMCs层再热复熔调控后,接头拉伸强度提高至210 Mpa,相当于铜基材强度的89%。基于Ti/Cu-IMCs层物相的准确鉴定、热力学自由能计算和扩散动力学分析,揭示了 Ti/Cu-IMCs层的形成机制以及复熔调控增强机理。熔池凝固时,IMCs依据高Ti成分的Ti/Cu共晶反应向高Cu成分的包晶反应的凝固序列生长,各IMCs以层状方式依次生长进而形成了连续的IMCs层形貌。Ti/Cu-IMCs层再热复熔后,在再结晶过程中,凝固序列将演变为高Cu成分的Ti/Cu包晶反应向高Ti成分的共晶反应进行。该凝固模型的改变促进了连续层状形貌碎片化,同时抑制了 Ti/Cu共晶产物的析出,IMCs层宽度减小,Cu元素扩散增强,进而接头性能提高。异种金属的钛/铝、钛/钢连接具有着和钛/铜接头相似的焊接问题,研究根据钛/铜异种金属的错位复熔调控机理,开展了钛/铝、以铜为中间层的钛/钢异种金属的错位复熔调控机理应用研究,并进一步提高了钛/铝及钛/钢异种金属的冶金结合性能。该焊接方法的提出进一步补充了异种金属焊接质量的控制方法体系。
陈振华[9](2019)在《铝-钢滑动轴承电弧增材制造组织及性能研究》文中研究表明随着现代发动机向高速、重载方向的发展,铝-钢复合滑动轴承因强度高、导热性好、价格便宜的优点越来越多的替代锡基和铜基合金轴瓦被广泛应用于乘用车上。为了进一步提高铝基合金层与钢背之间的结合强度,以及拓展铝基合金层在厚壁钢背上覆合的新工艺。本文以CMT电弧沉积的工艺方法,分别以Al-Si系、Al-Zn系焊丝为电弧沉积材料,进行了铝基合金-钢背双金属层的电弧沉积实验,系统研究了Al-Si系、Al-Zn系铝基合金焊丝在Q235钢板上单层单道电弧沉积特性,观察并测量了电弧沉积所得焊缝的外观、气孔率、接触角α以及熔宽的变化。在此基础上,研究了上述两种铝基合金焊丝在Q235钢板上的单层多道电弧沉积特性,以及焊缝的显微组织和力学性能进行研究。此外,本文还对Al-Sn合金在Q235钢板上的单层多道电弧沉积特性也进行了初步探索。实验结果显示,对于Al-12Si/钢异种金属间电弧沉积而言,焊接速度60 cm/min,干伸长4.0 mm,焊接电压Avp为90%Ux,焊接电流50 A为进行单层单道焊的优选电弧沉积参数。用这组参数电弧沉积所得到的焊缝宽度均匀,外表光亮,与钢板的结合良好,剪切强度高,但焊缝内部仍存在较多的气孔,且焊缝与钢板间的润湿性较差,“接触角α”小于90°。如果进行单层多道焊接,摆焊幅度3.0 mm,摆焊频率2.5 Hz,焊接速度30cm/min,干伸长4.0 mm,焊接电压Avp为90%Ux,焊接电流65 A则是优选的焊接参数。此时所得到的焊缝不仅外表光亮,焊缝铺展性能良好,焊缝与钢板间的“接触角α”大于90°,与钢板无明显开裂现象,结合强度高。由于“摆焊”工艺的加入,气孔率得到明显下降。进行Al-12Si/钢单层多道电弧沉积时,当焊接电流为50-55 A时,由于焊接热输入较小,第二道焊缝与前一道焊缝重合部分仅存在着微区熔化,此时进行单层多道焊的最佳平移距离为0.8-1.0倍焊缝宽度。当焊接电流在55-70 A之间时,由于焊接电流较大,既没有引起焊缝与钢板间产生明显的开裂现象,同时又能使后一道焊缝与前一道焊缝间产生较大区域的熔化与重合,因而最佳平移距离可以控制在0.6-1.0倍焊缝宽度范围内。对于Al-4Zn/钢异种金属间电弧沉积而言,焊接速度60 cm/min,干伸长4.0 mm,焊接电压Avp为90%Ux,焊接电流50 A为进行单层单道焊的优选焊接参数。所得到的焊缝宽度均匀,外表光亮,无明显的气孔,与钢板的结合良好,剪切强度高。在采用摆焊工艺时,优选的工艺参数则是:摆焊幅度3.0 mm,摆焊频率2.5 Hz,焊接速度30 cm/min,干伸长4.0 mm,焊接电压Avp为90%Ux,焊接电流65 A。在优选的工艺下所获得的焊缝宽度均匀,外表光亮,与钢板无明显开裂现象,结合良好。然而对于Al-4Zn/钢异种金属间电弧沉积,Al-4Zn焊丝中Zn元素的存在对其电弧沉积特性具有不利的影响,无法通过摆焊工艺参数实现单层多道焊。Al-12Si在钢板进行表面电弧沉积所得焊缝处IMC层厚度不均匀,靠近钢一侧IMC层呈平直状,靠近铝侧呈锯齿状,说明其生长方向是从界面向铝侧生长。Al-4Zn在钢板进行表面电弧沉积的焊缝界面上,IMC层在靠近铝侧区域呈现平直微区形貌,而靠近钢侧则呈锯齿状生长。在铝锡合金的电弧沉积实验中,用先铺锡粉的工艺所获得的铝-锡合金区较薄,且锡粉板结现象严重,电弧沉积层中Al与Sn不能完全混合。相比之下,用先电弧沉积锡层的工艺所得电弧沉积层中Al和Sn混合均匀,铝-锡合金区厚度达到毫米尺度。不过从总体上,本文对于An-Sn合金的电弧沉积工艺仅仅是初步的探索,具有实用化前景的工艺方法尚未形成,还有待于更深入细致的研究。
王伟[10](2019)在《钛-铝异种合金接头激光-MIG复合熔钎焊工艺及界面调控》文中研究表明Ti/Al复合构件由于具有成本低、重量轻等特点在航天航空及汽车工业中具有良好的应用前景。由于铝合金与钛合金的热物理性能差别较大,且冶金相容性较差,采用传统的熔化焊容易在界面处产生大量脆性化合物,难以获得有效连接。本文采用激光-MIG复合热源进行了3 mm厚的6061-T6铝合金与Ti-6Al-4V钛合金的熔钎焊试验。通过热源空间位置调整及工艺适配控制化合物层的均匀性及焊缝成形,获得了力学性能良好的Ti/Al异种合金熔钎焊接头。使用Abaqus数值模拟软件进行了焊接过程温度场及应力场的计算,获取了不同激光-电弧偏移量及激光束偏转角度下界面的温度分布。结果表明,通过将热源向铝侧偏移可降低界面处的峰值温度,但沿界面仍存在较大温度梯度。在偏移量为1.2 mm的条件下,偏转激光束可提高对接面下部温度,获得等温线近似平行于对接面的均匀温度场分布。采用单因素法研究了激光-MIG复合焊的主要工艺参数对Ti/Al熔钎焊接头焊缝成形的影响规律。结果表明,当热源偏移量过大或热输入过小时,由于钛合金背部受热不良而导致液态金属铺展较差。激光功率及偏移量一定的条件下,送丝速度与焊接速度比值为3.94.5时可获得正面及背面均成形良好的焊接接头。采用扫描电镜及能谱仪对界面化合物层的形貌及成分进行了表征,结果表明,在钛合金仅发生溶解的条件下,生成单层TiAl3层。钛合金微熔条件下界面处则出现Ti3Al,TiAl,TiAl3三层结构,化合物层中夹杂着微裂纹及孔洞。通过热源空间位置调整及工艺适配获得了厚度接近1μm且无明显缺陷的均匀TiAl3化合物层,并分析了化合物层的形成及生长机理。对熔钎焊接头进行了拉伸试验,结果表明,带余高接头的抗拉强度略高于去余高接头强度。化合物层厚度过大或过小均不利于获得强度较高的接头。在激光-电弧偏移量为1.2 mm,激光偏转角度为5°时,去余高接头抗拉强度最高为230 MPa,达到铝合金母材强度的80%。接头断裂位置包括断裂于钛-铝界面、焊缝、铝侧热影响区,并对其断裂机制进行了分析。
二、电弧钎焊条件下的熔滴铺展的数值模拟与分析(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、电弧钎焊条件下的熔滴铺展的数值模拟与分析(论文提纲范文)
(1)镀锌钢板的低功率激光诱导MIG电弧钎焊工艺及机理研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 课题的研究背景及意义 |
1.2 激光-电弧复合焊接技术的研究现状 |
1.2.1 激光-电弧复合焊的提出及复合方式 |
1.2.2 激光-电弧复合焊工艺的研究现状 |
1.2.3 激光-电弧复合焊机理的研究现状 |
1.3 镀锌钢板焊接技术的研究现状 |
1.4 本课题的主要研究内容 |
第2章 试验材料、设备与方法 |
2.1 试验材料 |
2.2 试验设备 |
2.2.1 焊接设备 |
2.2.2 多功能可调组合焊枪 |
2.2.3 信息采集设备 |
2.3 试验方法 |
2.3.1 激光诱导MIG电弧焊接 |
2.3.2 焊接接头显微组织分析 |
2.3.3 焊接接头力学性能试验 |
2.4 本章小结 |
第3章 镀锌钢板的低功率激光诱导MIG电弧钎焊工艺研究 |
3.1 引言 |
3.2 激光诱导MIG和单独MIG电弧焊接镀锌钢板工艺试验 |
3.2.1 镀锌钢板搭接焊焊缝成形特点 |
3.2.2 低功率激光诱导MIG电弧焊接参数对焊缝成形的影响 |
3.2.3 镀锌钢板低功率激光诱导MIG电弧焊接工艺优化 |
3.2.4 最优工艺参数组合试验验证结果 |
3.3 镀锌钢板搭接接头力学性能分析 |
3.3.1 焊接接头强度 |
3.3.2 焊接接头硬度 |
3.4 镀锌钢板搭接接头微观组织及界面分析 |
3.4.1 接头微观组织 |
3.4.2 接头界面特征 |
3.4.3 接头界面活性元素分布 |
3.4.4 界面金属间化合物的形成 |
3.5 本章小结 |
第4章 低功率激光与MIG电弧相互作用机理研究 |
4.1 引言 |
4.2 低功率激光对MIG电弧形态的影响 |
4.2.1 焊接电弧形态特点 |
4.2.2 光丝间距对电弧形态的影响 |
4.2.3 激光功率对电弧形态的影响 |
4.3 低功率激光吸引、压缩电弧 |
4.4 低功率激光对电弧稳定性的影响 |
4.5 低功率激光对焊接电流、电压的影响 |
4.6 低功率激光对焊接过程熔滴过渡的影响 |
4.7 低功率激光诱导MIG电弧局部电子温度、密度分布 |
4.7.1 光谱分析的基本理论 |
4.7.2 焊接镀锌钢板电弧光谱特点 |
4.7.3 电弧等离子体电子温度估算方法 |
4.7.4 电弧等离子体电子密度估算方法 |
4.7.5 电弧等离子体电子温度分布特点 |
4.7.6 电弧等离子体电子密度分布特点 |
4.7.7 电弧等离子体电子温度、密度升高的原因 |
4.8 本章小结 |
第5章 低功率激光诱导MIG电弧焊接镀锌钢板的数值模拟 |
5.1 引言 |
5.2 镀锌钢板搭接接头焊接过程的有限元分析 |
5.2.1 焊接热源模型的选择与校核 |
5.2.2 控制方程和边界条件 |
5.2.3 有限元模型的建立与网格划分 |
5.2.4 材料热物理性能参数 |
5.2.5 载荷的施加及求解 |
5.3 低功率激光诱导MIG电弧焊接温度场的获得 |
5.3.1 温度场求解过程 |
5.3.2 焊接温度场分析 |
5.3.3 镀锌钢板背面热影响镀锌层的模拟 |
5.4 镀锌钢板搭接接头焊接温度场的结果校正 |
5.5 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读硕士期间发表的学术论文 |
致谢 |
(2)Ti/Al异种合金MIG电弧熔钎焊参数优化及连接机理研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
1 绪论 |
1.1 研究背景 |
1.2 钛/铝异质合金的焊接性分析 |
1.3 钛/铝异种金属焊接研究现状 |
1.3.1 激光焊 |
1.3.2 摩擦焊 |
1.3.3 扩散焊 |
1.3.4 钎焊 |
1.4 钛/铝异种金属熔钎焊 |
1.4.1 激光熔钎焊 |
1.4.2 电弧熔钎焊 |
1.5 课题主要研究内容 |
2 试验方法、材料和设备 |
2.1 焊接母材 |
2.2 填充焊丝材料 |
2.3 焊接设备及方法 |
2.3.1 焊接设备 |
2.3.2 试验方法 |
2.4 分析测试方法 |
2.4.1 微观组织分析 |
2.4.2 力学性能测试 |
3 Ti/Al MIG熔钎焊温度场与应力场数值计算 |
3.1 基本思想 |
3.2 温度场分析理论 |
3.2.1 温度场控制方程 |
3.2.2 初始和边界条件 |
3.2.3 热源模型 |
3.2.4 温度场有限元分析 |
3.3 焊接应力分析 |
3.3.1 焊接热弹塑性理论 |
3.3.2 焊接变形问题求解 |
3.4 有限元模型建立 |
3.4.1 有限元模型简化 |
3.4.2 模型建立与网格划分 |
3.4.3 材料性能参数 |
3.5 有限元模拟结果分析 |
3.5.1 热源校核 |
3.5.2 温度场分布特征 |
3.5.3 焊接热循环曲线 |
3.5.4 应力与变形 |
3.6 本章小节 |
4 熔钎焊工艺参数优化 |
4.1 焊接电流对焊接过程的影响 |
4.1.1 焊接温度场分析 |
4.1.2 焊接应力场分析 |
4.2 焊接速度对焊接过程的影响 |
4.2.1 焊接温度场分析 |
4.2.2 焊接应力场分析 |
4.3 加热位置对焊接过程的影响 |
4.3.1 焊接温度场分析 |
4.3.2 焊接应力场分析 |
4.4 焊接温度场演变分析 |
4.5 残余应力分析 |
4.5.1 应力演变过程 |
4.5.2 残余应力分布 |
4.6 本章小结 |
5 熔钎焊接头组织与性能分析 |
5.1 熔钎焊接头宏观形貌 |
5.2 铝合金侧焊缝显微组织特征 |
5.2.1 Al-Cu焊丝填充的熔焊接头 |
5.2.2 Al-Si焊丝填充的熔焊接头 |
5.2.3 Al-Mg焊丝填充的熔焊接头 |
5.3 钛合金侧显微组织特征 |
5.3.1 钎焊附近焊缝显微组织 |
5.3.2 不同填充焊丝对钎焊界面的影响 |
5.4 钛/铝钎焊界面元素分布及结合机理 |
5.5 接头力学性能 |
5.6 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
致谢 |
攻读硕士学位期间发表论文 |
(3)添加纳米粉末AC辅助Al/Cu等离子弧熔钎焊及界面扩散动力学分析(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 课题研究背景及意义 |
1.2 Al/Cu异种金属连接国内外研究现状 |
1.2.1 铝/铜钎焊方法研究 |
1.2.2 铝/铜固相焊方法研究 |
1.2.3 铝/铜熔钎焊方法研究 |
1.2.4 其他焊接方法 |
1.2.5 基于对传统电弧熔钎焊方法改进的研究 |
1.3 Al/Cu界面行为模拟相关研究现状 |
1.3.1 介观尺度界面行为模拟研究 |
1.3.2 微观尺度界面行为分析 |
1.3.3 基于分子动力学界面扩散行为分析研究 |
1.4 课题研究目标及内容 |
1.4.1 课题研究目标 |
1.4.2 课题研究内容 |
1.4.3 拟解决的关键性问题 |
1.5 拟采取的研究方法和技术路线 |
1.6 本文主要创新点 |
第2章 添加SiO_2纳米粉末AC辅助Al/Cu等离子弧焊试验系统及方法 |
2.1 试验系统及方法介绍 |
2.2 材料及工艺参数 |
2.3 组织及性能表征方法 |
2.3.1 试样制备 |
2.3.2 界面微观组织及物相成分分析 |
2.3.3 接头力学性能分析 |
2.4 AC辅助等离子弧Al/Cu堆焊过程分析 |
2.4.1 焊接过程电弧熔滴行为分析 |
2.4.2 成形形貌分析 |
2.5 本章小结 |
第3章 添加SiO_2纳米粉末AC辅助Al/Cu等离子弧熔钎焊分析 |
3.1 搭接试验过程示意图 |
3.2 接头宏观成形分析 |
3.3 接头微观组织及物相组成成分分析 |
3.3.1 微观组织及成分分析 |
3.3.2 接头物相分析 |
3.4 接头力学性能分析 |
3.4.1 接头硬度值测试 |
3.4.2 接头拉伸性能分析 |
3.5 接头断口形貌分析 |
3.6 界面形成机理分析 |
3.7 本章小结 |
第4章 Al/Cu低温固-固界面分子动力学建模及界面相成分分析 |
4.1 分子动力学模拟简介 |
4.1.1 分子动力学形成、发展及理论基础 |
4.1.2 分子动力学理论基本原理及步骤 |
4.2 Al/Cu界面分子动力学建模 |
4.3 较低温度下界面原子行为分析与模型验证 |
4.4 界面成分分析 |
4.5 本章小结 |
第5章 Al/Cu固-液界面分子动力学扩散行为分析 |
5.1 温度对Al/Cu互扩散行为影响分析 |
5.2 界面扩散应力分析 |
5.3 扩散时间对Al/Cu界面互扩散行为影响分析 |
5.4 不同压力下界面互扩散行为分析 |
5.5 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
致谢 |
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录 |
附录B 专利 |
(4)钛-钢异种金属MIG/TIG双面双弧焊接受焊行为及机制研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
Abstract |
1 引言 |
2 绪论 |
2.1 钛-钢异种金属焊接性 |
2.2 钛-钢异种金属连接研究现状 |
2.2.1 钎焊 |
2.2.2 压力焊 |
2.2.3 熔化焊 |
2.3 双面双弧焊接研究现状 |
2.3.1 双面双弧焊接技术 |
2.3.2 同种金属双面双弧焊接研究现状 |
2.3.3 异种金属双面双弧焊接研究现状 |
2.4 研究内容 |
2.5 创新点 |
3 试验材料与方法 |
3.1 试验材料 |
3.1.1 母材 |
3.1.2 填充材料 |
3.2 焊接系统 |
3.3 焊接方法 |
3.4 温度场数值模拟 |
3.5 测试与表征 |
3.5.1 显微组织分析 |
3.5.2 力学性能测试 |
4 钛-钢异种金属MIG/TIG双面双弧焊接连接模式 |
4.1 概述 |
4.2 MIG/TIG双面双弧焊接热特性 |
4.3 钛-钢异种金属MIG/TIG双面双弧焊接连接模式 |
4.4 本章小结 |
5 钛-钢异种金属MIG/TIG双面双弧焊接接头组织结构及形成机制 |
5.1 概述 |
5.2 钎焊模式典型接头组织结构 |
5.3 熔钎焊模式典型接头组织结构 |
5.3.1 熔(钛)-钎(钢)焊模式接头组织结构 |
5.3.2 熔(钢)-钎(钛)焊模式接头组织结构 |
5.3.3 钢侧界面熔焊偏析组织形成机制 |
5.4 熔焊模式典型接头组织结构 |
5.5 本章小结 |
6 钛-钢异种金属MIG/TIG双面双弧焊接接头力学性能 |
6.1 概述 |
6.2 接头力学性能主控因素 |
6.3 主控因素对接头拉伸性能的影响 |
6.3.1 MIG焊接电压对接头性能的影响 |
6.3.2 TIG焊接电流对接头性能的影响 |
6.3.3 TIG横向位置对接头性能的影响 |
6.3.4 焊接速度对接头性能的影响 |
6.4 接头断裂行为及机制 |
6.4.1 接头断裂模式 |
6.4.2 接头断裂行为 |
6.5 本章小结 |
7 基于GA-BP神经网络的钛-钢异种金属连接模式预测及工艺优化 |
7.1 概述 |
7.2 GA-BP神经网络的建立 |
7.2.1 GA-BP神经网络算法流程 |
7.2.2 BP神经网络结构确定 |
7.2.3 GA遗传算法权值和阈值优化 |
7.2.4 GA工艺参数优化 |
7.2.5 GA-BP神经网络试验设计 |
7.3 GA-BP神经网络的训练及验证 |
7.3.1 GA-BP神经网络参数设置 |
7.3.2 GA-BP神经网络训练 |
7.3.3 GA-BP神经网络验证 |
7.4 基于GA-BP神经网络的钛-钢异种金属连接模式工艺窗口预测 |
7.4.1 钛-钢异种金属连接模式工艺窗口的预测 |
7.4.2 焊接参数对钛-钢异种金属连接模式工艺窗口的影响 |
7.5 基于GA-BP神经网络的接头性能预测与工艺优化 |
7.5.1 参数交互作用对接头抗拉强度的影响 |
7.5.2 最优工艺参数 |
7.6 本章小结 |
8 结论 |
参考文献 |
作者简历及在学研究成果 |
学位论文数据集 |
(5)镍基合金TIG-CMT复合堆焊温度场与流场的数值模拟研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第1章 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 镍基合金堆焊研究现状 |
1.3 CMT焊接技术的研究现状 |
1.4 复合焊接技术的研究现状 |
1.5 本课题主要研究目的及内容 |
第2章 TIG-CMT复合热源堆焊数值分析模型 |
2.1 焊接数值分析理论 |
2.1.1 焊接温度场理论基础 |
2.1.2 流体动力学理论基础 |
2.2 复合热源堆焊工艺实验 |
2.3 复合热源堆焊数学模型 |
2.3.1 基本假设 |
2.3.2 控制方程 |
2.3.3 自由表面追踪 |
2.3.4 计算域及边界条件 |
2.3.5 材料热物理属性设置 |
2.4 热源模型的选择 |
2.5 熔滴过渡模型的简化与实现 |
2.6 实验验证 |
2.7 本章小结 |
第3章 TIG-CMT复合热源堆焊过程数值分析 |
3.1 CMT熔滴过渡过程的数值模拟分析 |
3.2 送丝速度对CMT堆焊过程的影响 |
3.2.1 送丝速度对CMT堆焊温度场的影响 |
3.2.2 送丝速度对CMT堆焊熔池流动的影响 |
3.2.3 送丝速度对CMT堆焊焊缝成形的影响 |
3.3 TIG热源对CMT堆焊过程的影响 |
3.3.1 TIG热源的作用 |
3.3.2 TIG热源对CMT堆焊温度场的影响 |
3.3.3 TIG热源对CMT堆焊熔池动态行为的影响 |
3.3.4 TIG热源对CMT堆焊焊缝成形的影响 |
3.4 本章小结 |
第4章 TIG-CMT复合热源堆焊温度场及流场分析 |
4.1 复合热源堆焊参数的选择 |
4.2 TIG电流对复合热源堆焊的影响 |
4.2.1 TIG电流对复合热源堆焊温度场的影响 |
4.2.2 TIG电流对复合热源堆焊流场的影响 |
4.2.3 TIG电流对复合热源堆焊焊缝成形的影响 |
4.3 CMT电流对复合热源堆焊的影响 |
4.3.1 CMT电流对复合热源堆焊温度场的影响 |
4.3.2 CMT电流对复合热源堆焊流场的影响 |
4.3.3 CMT电流对复合热源堆焊焊缝成形的影响 |
4.4 焊接速度对复合热源堆焊的影响 |
4.4.1 焊接速度对复合热源堆焊温度场的影响 |
4.4.2 焊接速度对复合热源堆焊流场的影响 |
4.4.3 焊接速度对复合热源堆焊焊缝成形的影响 |
4.5 实验验证 |
4.6 本章小结 |
第5章 结论 |
参考文献 |
发表论文和参加科研情况说明 |
致谢 |
(6)旋摆TIG-MIG复合热源电弧物理特性和焊缝成形的研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 选题背景及研究意义 |
1.2 TIG-MIG复合焊研究现状 |
1.2.1 TIG-MIG复合焊接 |
1.2.2 TIG-MIG间接电弧焊接 |
1.2.3 TIG-MIG双面双弧焊接 |
1.3 其它复合热源研究现状 |
1.3.1 激光-电弧复合焊 |
1.3.2 等离子-MIG复合焊 |
1.3.3 超声波-电弧复合焊 |
1.4 本文研究内容 |
第二章 旋摆TIG-MIG复合热源焊接方法及实验设备 |
2.1 旋摆TIG-MIG复合热源焊接方法和基本原理 |
2.1.1 旋摆TIG-MIG复合热源焊接方法提出 |
2.1.2 旋摆TIG-MIG复合热源焊接基本原理 |
2.2 旋摆TIG-MIG复合热源焊实验设备 |
2.2.1 TIG焊炬的设计 |
2.2.2 旋摆TIG-MIG复合热源焊接系统的搭建 |
2.2.3 高速摄像采集系统 |
2.2.4 电流电压采集系统 |
2.3 焊接材料及分析方法 |
2.4 本章小结 |
第三章 旋摆TIG-MIG复合热源电弧物理特性 |
3.1 旋摆TIG-MIG复合热源电弧形态 |
3.2 焊接参数对旋摆TIG-MIG复合热源电弧的影响 |
3.2.1 MIG电压对旋摆TIG-MIG复合热源电弧的影响 |
3.2.2 TIG电流对旋摆TIG-MIG复合热源电弧的影响 |
3.2.3 间距对旋摆TIG-MIG复合热源电弧的影响 |
3.2.4 旋摆幅度对旋摆TIG-MIG复合热源电弧的影响 |
3.3 旋摆TIG-MIG复合热源电参数分析 |
3.4 旋摆TIG-MIG复合热源电弧稳定性分析 |
3.5 本章小结 |
第四章 旋摆TIG-MIG复合热源熔滴过渡和焊缝成形规律 |
4.1 旋摆TIG-MIG复合热源电弧起弧 |
4.2 旋摆TIG-MIG复合热源熔滴过渡规律 |
4.2.1 间距对旋摆TIG-MIG复合热源熔滴过渡的影响 |
4.2.2 TIG电流对旋摆TIG-MIG复合热源熔滴过渡的影响 |
4.2.3 旋摆速度对旋摆TIG-MIG复合热源熔滴过渡的影响 |
4.2.4 旋摆幅度对旋摆TIG-MIG复合热源熔滴过渡的影响 |
4.3 TIG旋摆下的直流MIG-TIG和脉冲MIG-TIG的对比 |
4.4 旋摆TIG-MIG复合热源焊缝成形规律 |
4.4.1 MIG电流对旋摆TIG-MIG复合热源焊缝成形的影响 |
4.4.2 TIG电流对旋摆TIG-MIG复合热源焊缝成形的影响 |
4.4.3 旋摆速度对旋摆TIG-MIG复合热源焊缝成形的影响 |
4.4.4 间距对旋摆TIG-MIG复合热源焊缝成形的影响 |
4.4.5 焊接速度对旋摆TIG-MIG复合热源焊缝成形的影响 |
4.5 旋摆TIG-MIG复合热源在窄间隙中的应用 |
4.5.1 窄间隙中旋摆TIG电弧的影响 |
4.5.2 旋摆TIG-MIG复合热源窄间隙焊焊缝成形 |
4.5.3 讨论与展望 |
4.6 本章小结 |
第五章 结论 |
参考文献 |
致谢 |
攻读学位期间的研究成果 |
(7)巴氏合金埋弧钎焊熔渣的性能及对焊接过程的影响(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 课题的研究背景及意义 |
1.2 电弧堆焊技术的现状及发展趋势 |
1.3 巴氏合金制造工艺的现状及发展趋势 |
1.4 熔渣微观结构及性能的研究现状及发展趋势 |
1.5 熔渣对焊接过程影响的研究现状及发展趋势 |
1.6 本文的研究工作 |
第2章 埋弧钎剂渣系成分设计及熔渣热力学计算模型分析 |
2.1 引言 |
2.2 渣系成分设计 |
2.2.1 设计要求 |
2.2.2 去膜剂的选择 |
2.2.3 造渣剂的选择 |
2.2.4 埋弧钎剂制作方法 |
2.2.5 渣系的初步确定 |
2.3 熔渣热力学计算模型建立及分析 |
2.3.1 熔渣结构单元的确定 |
2.3.2 熔渣热力学计算模型的建立 |
2.3.3 碱度对熔渣组元活度的影响 |
2.4 本章小结 |
第3章 埋弧钎焊熔渣微观结构与性能研究 |
3.1 引言 |
3.2 埋弧钎剂微观结构在焊接过程中的转变 |
3.2.1 实验方案 |
3.2.2 钎剂和熔渣的微观形貌分析 |
3.2.3 钎剂和熔渣微观结构的XPS分析 |
3.2.4 钎剂和熔渣微观结构的FTIR分析 |
3.2.5 微观结构转变机理分析 |
3.3 渣系成分对埋弧钎焊熔渣的微观结构及性能的影响 |
3.3.1 实验方案 |
3.3.2 (Ba_2O_3/SiO_2)对熔渣的微观结构及性能的影响 |
3.3.3 NaF对熔渣的微观结构及性能的影响 |
3.4 本章小结 |
第4章 埋弧钎焊熔渣对焊接过程冶金行为及焊接质量的影响 |
4.1 引言 |
4.2 实验方法、材料与设备 |
4.3 熔渣对巴氏合金润湿铺展的影响 |
4.3.1 埋弧钎焊巴氏合金的润湿铺展模式 |
4.3.2 渣-金界面反应对铺展面积的影响 |
4.3.3 熔渣成分对润湿铺展过程的影响 |
4.4 熔渣对巴氏合金成形及组织的影响 |
4.4.1 熔渣对巴氏合金成形的影响 |
4.4.2 熔渣对巴氏合金组织的影响 |
4.5 熔渣对巴氏合金结合强度的影响 |
4.5.1 结合强度检测结果与分析 |
4.5.2 巴氏合金钎焊界面层的微观结构 |
4.5.3 巴氏合金钎焊界面层的物相分析 |
4.5.4 断口形貌分析 |
4.6 熔渣的脱渣性分析 |
4.6.1 埋弧钎焊中的粘渣现象 |
4.6.2 熔渣内部形貌分析 |
4.6.3 熔渣表面形貌分析 |
4.7 本章小结 |
第5章 埋弧钎焊熔渣对电弧行为的影响 |
5.1 引言 |
5.2 实验方法、材料与设备 |
5.3 熔渣对电弧电压的影响 |
5.4 熔渣对温度场的影响 |
5.4.1 温度场的模拟计算分析 |
5.4.2 温度场的实验测量结果与分析 |
5.5 熔渣对界面成形的影响 |
5.6 熔渣的电弧空腔行为 |
5.7 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读硕士期间发表的学术成果 |
致谢 |
(8)钛/铜电子束焊接头组织性能及错位复熔调控机理研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1. 绪论 |
1.1 课题背景及意义 |
1.2 电子束焊接及异种金属焊接特点 |
1.2.1 电子束焊接技术 |
1.2.2 异种金属焊接特点 |
1.2.3 钛/铜的焊接性 |
1.2.4 钛/铝的焊接性 |
1.3 钛/铜异种金属焊接研究现状 |
1.3.1 (液相)熔化焊 |
1.3.2 (固相)压力焊 |
1.3.3 (固相兼液相)钎焊 |
1.4 钛/铝异种金属焊接研究现状 |
1.4.1 (液相)熔化焊 |
1.4.2 (固相)压力焊 |
1.4.3 (固相兼液相)钎焊 |
1.5 异种金属界面反应控制和断裂行为研究 |
1.6 主要研究内容及研究方案 |
1.6.1 方案设计思路 |
1.6.2 主要研究内容及研究方案 |
2. 试验材料及方法 |
2.1 试验材料及设备 |
2.1.1 试验材料 |
2.1.2 试验设备 |
2.2 试验测试方法 |
2.2.1 微观组织观察 |
2.2.2 力学性能测试 |
2.2.3 润湿性试验 |
2.3 电子束焊接试验 |
2.4 焊接过程有限元模拟方法 |
2.4.1 热传导及热流平衡方程 |
2.4.2 热源模型的选择 |
2.4.3 模拟单元网格划分 |
2.4.4 材料的热物理属性 |
3. 钛/铜电子束焊过程模拟与焊缝成形 |
3.1 前言 |
3.2 温度场分布云图 |
3.3 焊接热循环特征 |
3.4 变形及残余应力分布特征 |
3.5 电子束焊接宏观成形及模拟验证 |
3.6 本章小结 |
4. 钛/铜电子束焊接及错位复熔调控接头组织性能特征 |
4.1 前言 |
4.2 钛/铜接头典型组织特征 |
4.2.1 焊接工艺参数 |
4.2.2 热影响区微观组织 |
4.2.3 焊缝区枝晶形态及分布 |
4.3 异种结合界面微观组织特征 |
4.3.1 熔焊界面 |
4.3.2 熔钎焊界面 |
4.4 Ti/Cu-IMCs错位复熔调控接头典型组织特征 |
4.4.1 焊接工艺参数 |
4.4.2 热影响区微观组织 |
4.4.3 焊缝区枝晶形态及分布 |
4.4.4 Ti/Cu-IMCs层形貌及性能特征 |
4.5 焊接行为与接头性能规律 |
4.5.1 拉伸强度规律 |
4.5.2 致脆因素 |
4.5.3 显微硬度分布 |
4.6 本章小结 |
5. 钛/铜电子束焊接及错位复熔调控机理及断裂机制 |
5.1 前言 |
5.2 Ti/Cu-IMCs层错位复熔热力学及动力学分析 |
5.2.1 Ti/Cu-IMCs热力学特征 |
5.2.2 Ti/Cu原子扩散动力学分析 |
5.2.3 合金元素的影响 |
5.3 Ti/Cu-IMCs形成机制及错位复熔调控模型 |
5.3.1 Ti/Cu-IMCs特征分析 |
5.3.2 Ti/Cu-IMCs形成机制 |
5.3.3 Ti/Cu-IMCs层生长及错位复熔调控模型 |
5.4 接头断裂机制 |
5.4.1 内部缺陷特征 |
5.4.2 钛/铜接头断裂扩展特征 |
5.4.3 钛/铜接头断裂机理 |
5.5 本章小结 |
6. 异种金属错位复熔调控机理应用研究 |
6.1 前言 |
6.2 钛/铝电子束焊错位复熔调控机理应用研究 |
6.2.1 焊接工艺及接头成形 |
6.2.2 微观组织结构特征 |
6.2.3 熔钎焊界面微观组织转变分析 |
6.2.4 接头断裂行为及调控机理 |
6.3 钛/铝激光焊错位复熔调控机理应用研究 |
6.3.1 激光热源特点及工艺研究 |
6.3.2 微观组织特征及错位复熔调控机理 |
6.3.3 力学性能规律及分析 |
6.3.4 接头断裂行为及调控机制 |
6.4 钛/铝接头错位复熔调控增强机理分析 |
6.4.1 温度场及应力场分布 |
6.4.2 异种结合界面组织及形态演变模型 |
6.5 填充铜的钛/钢电子束错位复熔焊接应用研究 |
6.5.1 钛/钢电子束焊接 |
6.5.2 过渡组元铜/钢电子束焊接 |
6.5.3 钛/铜/钢焊接应用 |
6.6 本章小结 |
7. 结论及创新点 |
7.1 结论 |
7.2 创新点 |
致谢 |
参考文献 |
附录 |
(9)铝-钢滑动轴承电弧增材制造组织及性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景 |
1.2 铝-钢异种金属焊接特性 |
1.3 国内外研究现状 |
1.3.1 激光焊 |
1.3.2 电子束焊 |
1.3.3 电弧焊 |
(A)MIG焊 |
(B)TIG焊 |
1.3.4 CMT焊 |
(A)CMT焊接技术的特点 |
(B)钢/铝间CMT焊的研究现状 |
1.4 研究目的和内容 |
1.4.1 研究目的 |
1.4.2 研究内容 |
第二章 实验材料和方法 |
2.1 实验材料 |
2.2 实验设备 |
2.2.1 CMT电弧增材系统 |
(A)机器人系统 |
(B)焊接电源和送丝系统 |
(C)送气系统 |
2.3 实验方法 |
2.3.1 微观组织与成分分析 |
(A)光学金相组织观察 |
(B)扫描电镜(SEM)观察 |
2.3.2 力学性能测试 |
(A)显微硬度测定 |
(B)拉伸试验 |
(C)剪切试验 |
第三章 Al-Si/钢双金属电弧沉积 |
3.1 工艺参数的调试 |
3.1.1 单道焊 |
(A)电流的影响 |
(B)电压的影响 |
(C)焊接速度的影响 |
(D)干伸长的影响 |
3.1.2 单道摆焊 |
3.1.3 单层多道焊 |
(A)焊接电流的影响 |
(B)焊缝间距的影响 |
3.2 显微组织分析 |
3.3 力学性能分析 |
3.3.1 抗拉强度 |
3.3.2 剪切强度 |
(A)焊接电流的影响 |
(B)焊接电压的影响 |
(C)焊接速度的影响 |
3.3.3 硬度 |
3.4 讨论 |
(A)单道焊电弧沉积原理分析 |
(B)单层多道焊分析 |
3.5 本章小结 |
第四章 Al-Zn/钢双金属电弧沉积 |
4.1 工艺参数的调试 |
4.1.1 单道焊 |
(A)电流的影响 |
(B)电压的影响 |
(C)焊接速度的影响 |
4.1.2 单道摆焊 |
4.2 显微组织分析 |
4.3 力学性能分析 |
4.3.1 剪切强度 |
(A)焊接电流的影响 |
(B)焊接电压的影响 |
(C)焊接速度的影响 |
4.3.2 硬度 |
4.4 讨论 |
4.4.1 电弧沉积特性分析 |
4.5 本章小结 |
第五章 Al-Sn/钢双金属电弧沉积 |
5.1 预敷锡粉 |
5.1.1 显微组织及物相分析 |
5.2 预堆焊锡层 |
5.2.1 显微组织及物相分析 |
5.2.2 硬度 |
5.3 分析与展望 |
5.4 本章小结 |
第六章 结论 |
致谢 |
参考文献 |
攻读硕士期间发表的论文 |
(10)钛-铝异种合金接头激光-MIG复合熔钎焊工艺及界面调控(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 课题研究背景及意义 |
1.2 Ti/Al异种合金焊接现状 |
1.2.1 扩散焊 |
1.2.2 钎焊 |
1.2.3 摩擦焊 |
1.2.4 电阻焊 |
1.3 Ti/Al异种合金熔钎焊技术 |
1.3.1 电弧熔钎焊 |
1.3.2 电子束熔钎焊 |
1.3.3 激光自熔钎焊 |
1.3.4 激光填丝熔钎焊 |
1.3.5 激光-MIG复合熔钎焊 |
1.4 本文主要研究内容 |
第2章 实验材料及方法 |
2.1 实验材料 |
2.1.1 母材 |
2.1.2 填充材料 |
2.1.3 钎剂 |
2.2 试验设备及方法 |
2.2.1 焊接设备 |
2.2.2 焊前处理 |
2.2.3 激光-MIG复合熔钎焊试验方法 |
2.3 组织分析及性能测试 |
2.3.1 焊后组织分析 |
2.3.2 力学性能测试 |
第3章 Ti/Al激光-MIG复合熔钎焊温度场与应力场数值计算 |
3.1 有限元模型的建立 |
3.1.1 温度场控制方程 |
3.1.2 热源模型 |
3.1.3 初始条件和边界条件 |
3.1.4 材料性能参数 |
3.1.5 模型建立及网格划分 |
3.2 焊接温度场 |
3.2.1 不同激光-电弧偏移量下接头的温度场分布 |
3.2.2 不同激光偏转角度下接头的温度场分布 |
3.3 焊接应力场及变形 |
3.4 本章小结 |
第4章 Ti/Al熔钎焊接头成形与组织结构 |
4.1 接头微观组织 |
4.2 不同焊接参数对焊缝成形及组织的影响 |
4.2.1 激光功率对焊缝成形及组织的影响 |
4.2.2 激光-电弧偏移量对焊缝成形及组织的影响 |
4.2.3 焊接速度对焊缝成形及组织的影响 |
4.2.4 送丝速度对焊缝成形及组织的影响 |
4.2.5 激光偏转角度对焊缝成形的影响 |
4.3 不同焊接参数对Ti/Al界面层的影响 |
4.3.1 激光功率对Ti/Al界面层的影响 |
4.3.2 激光-电弧偏移量对Ti/Al界面层的影响 |
4.3.3 焊接速度对Ti/Al界面层的影响 |
4.3.4 送丝速度对Ti/Al界面层的影响 |
4.3.5 激光偏转角度对Ti/Al界面层的影响 |
4.4 Ti/Al激光-MIG复合熔钎焊界面形成机理 |
4.4.1 钛合金的溶解 |
4.4.2 铝合金向钛合金的扩散 |
4.4.3 化合物的形成序列 |
4.4.4 钛合金溶解及微熔条件下界面反应层的形成过程 |
4.5 本章小结 |
第5章 Ti/Al熔钎焊接头力学性能及断裂行为 |
5.1 Ti/Al熔钎焊接头硬度分布 |
5.2 不同参数对接头强度的影响 |
5.2.1 激光功率对接头强度的影响 |
5.2.2 激光-电弧偏移量对接头强度的影响 |
5.2.3 焊接速度对接头强度的影响 |
5.2.4 送丝速度对接头强度的影响 |
5.2.5 激光偏转角度对接头强度的影响 |
5.3 接头断裂行为 |
5.3.1 断裂于界面 |
5.3.2 断裂于焊缝区域 |
5.3.3 断裂于铝侧热影响区 |
5.4 本章小结 |
结论 |
致谢 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间学术成果 |
四、电弧钎焊条件下的熔滴铺展的数值模拟与分析(论文参考文献)
- [1]镀锌钢板的低功率激光诱导MIG电弧钎焊工艺及机理研究[D]. 毕研华. 江苏科技大学, 2021
- [2]Ti/Al异种合金MIG电弧熔钎焊参数优化及连接机理研究[D]. 何锡鑫. 青岛科技大学, 2021(02)
- [3]添加纳米粉末AC辅助Al/Cu等离子弧熔钎焊及界面扩散动力学分析[D]. 刘玉龙. 兰州理工大学, 2021(01)
- [4]钛-钢异种金属MIG/TIG双面双弧焊接受焊行为及机制研究[D]. 程志. 北京科技大学, 2021(02)
- [5]镍基合金TIG-CMT复合堆焊温度场与流场的数值模拟研究[D]. 王宁. 天津大学, 2020(02)
- [6]旋摆TIG-MIG复合热源电弧物理特性和焊缝成形的研究[D]. 黄俊. 江西理工大学, 2020
- [7]巴氏合金埋弧钎焊熔渣的性能及对焊接过程的影响[D]. 徐冬豪. 江苏科技大学, 2020(03)
- [8]钛/铜电子束焊接头组织性能及错位复熔调控机理研究[D]. 郭顺. 南京理工大学, 2019
- [9]铝-钢滑动轴承电弧增材制造组织及性能研究[D]. 陈振华. 东南大学, 2019(06)
- [10]钛-铝异种合金接头激光-MIG复合熔钎焊工艺及界面调控[D]. 王伟. 西南交通大学, 2019(03)