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主办单位:中国焊接协会 中国机械工程学会焊接学会
总        期:第142期 2006第19期
发行份数:17430份(2006/10/31)
编         辑:晓  晔       瑷  珉  


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关桥一行代表中国焊接学会赴加拿大参加国际焊接学会第59届年会



    国际焊接学会(IIW-International Institute of Welding)第59届年会于2006年8月27日至9月2日在加拿大魁北克市举行。

    中国工程院士关桥,中国焊接学会理事长、天津大学校长单平教授,国焊接学会副理事长、上海交通大学焊接工程研究所所长吴毅雄教授作为中国焊接学会的代表会出席了本次会议。

    会上关桥院士被授予“为IIW作出过贡献”证书。IIW对关桥所作的贡献表述为“成功地在北京组织了IIW第47届年会(1994年);发表了在焊接力学方面有关薄壁构件低应力无变形焊接的诸多论文。”中国焊接学会理事长、天津大学校长单平教授在本届年会上,卸任IIW副主席;中国焊接学会副理事长、上海交通大学焊接工程研究所所长吴毅雄教授出任IIW技术委员会委员。

    参加这次IIW第59届年会的有来自34个国家的代表、专家约600人(IIW现有成员国48个),日本焊接学会的代表团人数最多,美、英、加、瑞典次之。这是东道国加拿大第三次举办IIW年会,第一次是在1972年于多伦多,第二次是在1990年于蒙特利尔举行。

    在年会的开幕式上,新任主席Mr.Chris Smallbone(澳大利亚焊接技术研究所所长)致词,东道国组委会主席Mr.David Reynolds(加拿大焊接局主席)主持了各奖项的颁发仪式。

    IIW下设的16个专业委员会分别举行了各自的学术会议和各研究组、工作组会议,有的专业委员会就相关的议题还进行了联组会议;如:有关焊接结构的专业委员会(X,XIII,XV)就断裂、疲劳、残余应力与变形问题召开了联组会议;有关焊接物理现象问题研究的相关专业委员会(II,XII)就熔滴过渡问题召开了联组讨论会等。

    会议期间,东道国的一些企业、科研机构还组织了技术参观和交流。IIW秘书处举办了有关图书、资料、文献的小型展览会。

    年会的最后,按照惯例,举办了为期两天的国际研讨会,主题是:管结构的焊接,涉及钢结构,尤其是中空型材结构的制造、焊接,用于建筑、管线、海洋平台的建造等。参加的人员多与专业委员会X,XⅢ,XV的业务有关。


IIW主席Mr.Chris Smallbone和 第 X 专业委员会主任Dr.M.Kocak向关桥颁发贡献证书

        

授予关桥的贡献证书上书有:“成功地组织了在北京召开的第47届IIW年会(1994年);发表了在焊接力学方面有关薄件低应力无变形焊接的诸多论文”

                 


计算机辅助焊接工程国际学术会议(CAWE 2006)在山东中豪大酒店会议中心举行 



  
    10月19-22日,由中国焊接学会、山东大学材料连接技术研究所、中国焊接学会计算机应用技术专业委员会、哈尔滨工业大学现代焊接生产技术国家重点实验室联合主办,国家自然科学基金委员会和山东大学资助的计算机辅助焊接工程国际学术研讨会(CAWE 2006)在山东中豪大酒店会议中心举行。山东大学校长展涛出席招待宴会并致辞,与参加会议的部分国内外著名学者亲切交谈;副校长张永兵出席开幕式并致欢迎辞。 
    本次国际会议正值中国焊接学会计算机应用技术专业委员会成立20周年,旨在交流计算机辅助焊接工程领域中数值模拟与仿真、传感检测与控制、先进连接工艺与焊接工程应用软件等研究热点的最新发展动态及其应用。会议共录用论文130余篇,论文集分上、下两册。来自中国、美国、日本、韩国、印度等国家的130余位专家学者和研究生参加了本次学术会议。潘际銮院士、吴林教授、陈丙森教授和邹增大教授等国内焊接界前辈和著名学者以及国家自然科学基金委员会雷源忠研究员亲临大会予以指导,关桥院士和林尚扬院士向会议发来了贺电。
    10月20日上午大会开幕。中国焊接学会常务理事、计算机应用技术专业委员会主任、CAWE2006会议主席、山东大学材料连接技术研究所所长武传松教授主持开幕式。张永兵致欢迎辞,对来自国内外的专家学者表示热烈欢迎,并介绍了山东大学的概况。中国科学院院士、清华大学潘际銮教授在开幕式上致辞。接着,大会分3个专题安排了9个大会报告。美国密苏里-罗拉大学机械、航天与工程力学系教授Hai-Lung Tsai,美国俄亥俄州立大学焊接与工业系统工程系教授D. Farson博士,哈尔滨工业大学焊接国家重点实验室主任吴林教授,美国肯塔基大学制造研究中心教授YuMing Zhang,美国克拉可森大学机械与航天工程系主任D.K. Aidun教授,南京航空航天大学材料工程系魏艳红教授,日本大阪大学接合科学研究所室主任、副教授M. Tanaka,韩国焊接学会理事长、韩国高等科技学院教授S.-J. Na,印度理工大学(孟买)机械工程系副教授Amitava De,分别作了大会主题报告。然后, 大会又进行了6个场次的分会场论文宣读和讨论。10月16日-10月23日,作为山东大学流动岗位特聘教授的D. Farson博士还在山东大学进行了讲学活动。
    CAWE2006会议主席武传松教授应邀作为国际著名期刊《Science and Technology of Welding and Joining》客座主编,向该刊推荐、并经该刊同行评审通过了15篇论文,今年内某一期将作为专刊刊登这些论文;会议组委会另外挑选了20篇论文,推荐给国内核心期刊《China Welding》,于今年第4期刊登。
    大会学术活动结束后,10月21日晚举行了宴会。展涛校长出席宴会并发表了热情洋溢的讲话,对来自海内外的专家学者表示热烈欢迎,他简要介绍了山东大学的概况以及学校“十一五”发展规划和远景目标。席间,安排了具有民族和地方特色的歌舞表演。
    与会代表一致认为本次会议为计算机辅助焊接领域广大科研和工程技术人员提供了一个很好的学术与技术交流和研讨论坛,会议内容充实、紧贴学科前沿、活动安排丰富多彩。各国专家学者在介绍自己最新研究成果的同时,了解了相关领域的最新发展动态,对推动该领域的研究和应用、促进山东大学的对外学术交流、扩大山东大学的知名度和影响力产生了积极影响。
    会议期间,代表们参观了山东大学焊接实验室,邹增大教授、武传松教授、李亚江教授分别向代表们介绍了学校焊接学科的科研成果和研究进展。


我国全自动激光拼焊零号样机研制成功



  日前,由中国科学院沈阳自动化研究所与日本石川岛播磨重工株式会社(IHI公司)合作开发的我国第一条全自动激光拼焊生产线零号样机在沈阳研制成功。 

  据介绍,沈阳自动化所在工业自动化、机器人、先进制造系统和光电技术等方面拥有深厚的技术积累。日本IHI公司是世界500强企业之一,在能源、化工、环保、造船及加工装备等重型机械和装备制造领域的研发经验相当丰富,并具有独特的产品市场竞争优势。 

  2005年2月,沈阳自动化所与日本IHI公司在沈阳成立了SIA-IHI联合研究与发展中心,以激光拼焊技术及成套装备研发为核心展开实质性合作。 

  沈阳自动化所在引进日方技术方案的基础上,经过联合攻关,解决了拼焊线研制开发中的若干关键技术问题。 

  据了解,全自动激光拼焊生产线采用激光能源,以机器人为焊接和上、下料自动化手段,将若干不同材质、不同厚度、不同涂层的板材进行自动拼焊,主要应用于大型钢铁企业、汽车生产厂商、船舶制造企业等。 

  激光拼焊成套装备的研制成功,必将大幅提高钢铁企业的产品附加值、节省汽车制造厂商的投资成本、提高环保系数,其市场应用前景广阔。

  (来源:中国工业报)



 
 




 
   全新数控切割理念与技术方法


经济效益:高效切割生产方式可减少7080%的穿孔数量,每年可节省50%的割嘴和耗材。

  

         

图七:零件套料连割图形库                    图八:无线遥控器

 

无线遥控技术,直接提高数控切割生产效率

FastCNC数控系统提供了独具特色,且使用便捷的无线遥控器,有效提高钢板校正、起割点定位、更换割嘴、切割与拐角加减速的操作效率,避免操作工人在钢板、割枪与数控系统之间来回奔走,一个人就可以轻松地掌控切割机的操作。无线遥控技术与触摸屏技术相比,触摸屏技术在于改善或替代键盘操作,但还是局限在数控系统上,而无线遥控技术不仅改善和替代键盘的操作,而且摆脱了数控系统的限制,直接在切割机和钢材上进行操作,有效提高钢板校正、起割点定位穿孔、切割加减速、更换割嘴等切割过程的操作效率,避免工人来回奔走,有效提高切割效率。

 

高质量切割:

几种常见数控切割质量问题:

1.         数控切割机使用一段时间后,齿轮齿条磨损产生反向间隙,导致切割零件不闭合和机床上下抖动,严重影响切割质量和机床使用寿命。

2.         在等离子切割中普遍存在拐角过烧和圆弧切割面过分倾斜等切割质量问题。

3.         在等离子切割中普遍存在引割点过烧留疤痕的质量问题,特别是在不锈钢的切割中,由于过烧疤痕很难修补,造成加工困难和钢材浪费。

4.         在切割大尺寸零件时,产生切割误差,导致零件切割不闭合,造成废品。或是切割由大量小实体组成的零件时,发生数控切割机上下抖动、不闭合、变形等质量问题,造成切割质量降低,机床寿命缩短。

5.         数控切割机在切割圆形零件或弧形零件时,切割不闭合,或是圆或弧发生严重变形。

 

高质量切割工艺:

FastCNC数控系统提供完善系统的切割工艺,确保数控切割机高质量切割。

1.       提供齿轮齿条间隙自动补偿切割工艺,有效解决反向间隙的切割质量问题,延长切割机使用寿命。

2.       提供不同板材厚度和不同切割方式下的拐角及圆弧自动加减速的设置和切割工艺,有效解决拐角过烧和圆弧切割面倾斜问题。

3.       提供多种引入引出线补偿方法,有效解决引割点过烧留疤痕的质量问题。用户可根据焊接或机械加工的需要,自主选择起割点少量过烧、留小尾巴、或近似平滑的起割点引入引出方式。

4.       提供CNC程序的预处理功能,把DXF圆弧中的小线段压缩拟合为光滑的曲线,使数控切割机平稳切割,有效避免机床上下抖动,提高切割质量。

5.       提供直线插补运算和圆弧插补运算,保证圆形零件切割不变形。

 

高套料率切割:

传统切割方式:是在数控系统上读入零件的DXFNC文件或是调用数控系统零件库中的零件,使用手动或矩阵方法在数控系统上进行套料和编程,然后在数控切割机上进行局部切割。手工套料和局部切割通常的结果是钢板的中间留下大面积不规则的剩余钢材,无法再进行准确的套料和切割,从而造成大量剩余钢材的产生和钢材浪费。

 

高套料率切割方式:FastCAM公司倡导和推广高套料率切割生产方式。使用FastCAM优化套料软件,进行整板套料、余料板套料,进而实现整板切割和余料板切割,有效避免钢板余料的产生和浪费,使剩余钢板得到充分的重复利用。

 

总之,在数控切割机的机床结构、硬件配置和制造水平大致相同或类似的情况下,完全可以通过软件技术,特别是配套使用FastCAM优化套料软件和FastCNC数控系统,实现“全时切割、自动切割、高效切割、高质量切割和高套料率切割”,进一步提高数控切割机的切割效率和切割质量,有效节省钢材和耗材。


(完)

 

 

钛合金TC4线性摩擦焊的工艺探索

刘金合  杨思乾  马铁军    福 卜文德  

(西北工业大学,  西安  710072)

摘要:本文对钛合金TC4(Ti-6Al-4V)的线性摩擦焊进行了初步研究,分析了焊接工艺参数对热输入和焊接质量的影响,指出了线性摩擦焊飞边的特点及其形成原因;对典型焊件的显微组织进行了观察分析;指出按照焊合界面附近的变形程度可以将其分为完全变形区、部分变形区和未变形区。

关键词:钛合金TC  线性摩擦焊  焊接工艺参数  显微组织 

0序言

 

钛合金作为一种新材料,在航空、航天、电力、汽车和海洋等许多部门得到广泛应用,其中尤以TC4(Ti-6Al-4V)用途最广泛。TC4属于典型的α+β两相钛合金,由于其具有较高的比强度、优良的综合机械性能、塑性和冲击韧性,已经成为制造航空发动机制造中不可或缺的重要材料。在TC4焊接方面,采用传统焊接方法容易产生气孔、氧化等焊接缺陷。线性摩擦焊是20世纪90年代中期兴起的一种新型固态焊接技术,它突破了旋转式摩擦焊对被焊工件外形轴对称的限制,大大的扩展了摩擦焊接的应用领域。线性摩擦焊具有自清理、自保护的作用。目前,国内还未见到关于钛合金TC4线性摩擦焊的报道。本文主要研究探讨了在钛合金TC4线性摩擦焊过程中,有关工艺参数对接头质量和显微组织的影响。

 

1试验

 

材料采用钛合金TC4(Ti-6Al-4V)轧制板材。试样尺寸为13mm×8mm×45mm的长方体,焊接面(13mm×8mm)为线切割面。试验采用设备是西北工业大学自制的线性摩擦焊机。采用的工艺参数为:振动频率13.6~43Hz,摩擦压力2.75~3.2 atm(压力表指示值),顶锻力2.8~3.4 atm(压力表指示值),摩擦时间10~20s,振幅2mm。金相分析在NEOPHOT-Ⅰ型显微镜下进行。

    焊后试件沿面Ⅰ、面Ⅱ(如图1所示)剖开,通过剖面Ⅰ、面Ⅱ可以分别观察到摩擦横截面(与试件往复运动方向垂直)和纵截面(与试件往复运动方向平行)这两个方向上的焊缝形状。

 

2 结果分析讨论

2.1工艺参数对焊缝质量的影响

通过对焊接过程和接头质量的观察分析,可以发现:

 

摩擦压力和往复运动频率是焊接热输入的主要影响因素。当摩擦压力和往复运动频率增加时,焊接热量输入也随之显著增加。

1 试件剖面示意图

由于材料变形的局部性和不均匀性,压力过大则会影响试件往复运动的稳定性,同时也会增加塑性金属的流出量,使飞边增大,因此,不能采用太大的压力值。在保证运动平稳的条件下,提高往复运动的频率是增加热输入和提高焊缝质量最有效的方法。

摩擦时间也是线性摩擦焊接过程中的一个重要参数,但延长摩擦时间不是增加热量输入的最有效方法。因为热传导、对流及高温塑性金属的挤出等因素的存在,使得焊接过程中存在一热输入热输出的平衡点。在热平衡之前,增加摩擦时间对增加热输入有效,而在热平衡点之后,增加摩擦时间对热输入作用不大。

顶锻是摩擦焊接的最后一个环节,顶锻力也是影响焊缝成型的重要因素。在摩擦过程中,金属摩擦副之间形成一层高温粘塑性层,它是摩擦表面的“粘结”介质,通过顶锻使金属摩擦副牢固结合。若顶锻力过大,使粘结介质大量被挤出,焊接效果反而下降。

2.2 焊缝成型与飞边的形成

摩擦界面横截面和纵截面的形状分别如图2 (a)、(b)所示,图3是部分放大的纵向飞边。

 

(a)摩擦界面横截面的形貌

       

     (b) 摩擦界面纵截面的形貌

2 TC4摩擦焊焊缝形状

3  部分放大的飞边

从图2(a)和(b)可以看出,截面上的焊缝成型均匀一致,没有裂纹和未焊合缺陷。但无论横截面还是纵截面,其边缘均有明显的变形,并产生飞边,且飞边大小不同,横向飞边比纵向飞边小。从部分放大的纵向飞边图3可以看出,飞边氧化后呈彩色,并有明显的横向条纹。

飞边的形成主要受摩擦面温度场和粘塑性应变两个因素的影响[3],在摩擦初始阶段摩擦表面的微凸体发生粘着、剪切,产生摩擦热,表面局部的温度开始升高;随着摩擦的进行,摩擦面达到一定温度时就形成一层高温塑性金属[2]。由于温度场分布不均匀,塑性层厚度不均匀,相对而言,摩擦面内部较厚,而边缘较薄(边缘热散失的缘故)。在摩擦压力和试件往复运动的作用下,部分塑性金属被推出摩擦面。在平行试件运动的方向,有类似于机械加工中的“刨削”作用。由于往复运动周期进行,纵向飞边不断向前推进,并呈现明显的横向条纹。随着摩擦的继续进行,温度进一步升高,塑性层的厚度也增加,在摩擦压力的作用下,横向边缘的部分塑性金属则沿横向被挤出,形成横向(垂直试件运动方向)飞边。无论是被纵向挤出的塑性金属或是被横向挤出的塑性金属,由于被挤出摩擦面时温度较高,而钛在600℃时可以与氧发生强烈作用,因而飞边被氧化变色。

2.3 接头的微观组织

    图4为钛合金TC4线性摩擦焊界面纵向截面的低倍放大图。从图可以看出,焊合界面附近有不同程度的变形,按照其变形程度,可以分为完全变形区、部分变形区和未变形区。完全变形区和部分变形区在光学显微镜下的微观组织结构分别如图5和图6所示,母材的微观组织如图7所示。

从图4、图5、图6和图7可以看出:

完全变形区的晶粒细小且明显被拉长,这说明TC4钛合金在线性摩擦焊接过程中,不仅有塑性流动的过程,而且存在动态恢复和再结晶的过程。

     

4 摩擦焊界面纵向截面的低倍放大图     5 完全变形区组织

部分变形区的微观组织也有塑性流动趋势,晶粒比完全变形区粗大,但仍比母材的晶粒细小;未变形区微观组织与母材类似,不存在塑性流动的趋势。在部分变形区和未变形区之间有明显的界线。

由于TC4钛合金热传导率较低,室温下的热传导率约为7W/m·k,即使在1000℃下其热传导率也只有20 W/m·k。因此,部分变形区的温度较低,这

造成该区塑性变形的难度增大;又由于TC4钛合金的屈服应力在低温下较高而在800℃以上迅速降低,从而该区和未变形区之间产生了明显界线。

   

6 部分变形区组织                 图7母材组织

3结论

 

(1)利用线性摩擦焊方法成功地实现了钛合金TC4的焊接,获得了高质量的焊接接头。

(2)在线性摩擦过程中,摩擦压力、振动频率、摩擦时间和顶锻压力对焊接质量均有重要影响;在一定的范围内,提高振动频率是增加热量输入和提高接头质量的有效途径。

(3)线性摩擦焊的飞边独特。由于往复运动、正压力和摩擦力的共同作用,使纵向飞边和横向飞边上均呈现有清晰的横向条纹。

(4)钛合金TC4线性摩擦焊焊合界面附近有不同程度的变形,按照其变形程度,可以分为完全变形区、部分变形区和未变形区。完全变形区微观组织细小致密,有明显的塑性流动趋势。部分变形区的微观组织也有塑性流动趋势,晶粒比完全变形区粗大,但仍比母材的晶粒细小;未变形区微观组织与母材类似,不存在塑性流动的趋势。在部分变形区和未变形区之间有明显的界线

 


(完)

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