检索结果-南通市图书馆

作者：孙侠中南大学

学位级别：硕士

摘要：随着科学技术的发展,铝合金在航空航天、军事、民用等领域应用愈加广泛,搅拌摩擦焊(FSW)作为固相连接技术,因能有效避免裂纹、气孔等缺陷而成为铝合金板焊接的首选工艺。但搅拌摩擦焊也存在着一定的局限性,本文在铝合金搅拌摩擦... 详细信息

摘要：随着科学技术的发展,铝合金在航空航天、军事、民用等领域应用愈加广泛,搅拌摩擦焊(FSW)作为固相连接技术,因能有效避免裂纹、气孔等缺陷而成为铝合金板焊接的首选工艺。但搅拌摩擦焊也存在着一定的局限性,本文在铝合金搅拌摩擦焊的基础上将超声波导入焊接过程,即超声辅助搅拌摩擦焊(UAFSW),研究超声波的助焊效应。首先采用Ansys有限元软件建立了2024-T4铝合金三维搅拌摩擦焊和20kHz、25kHz的超声辅助搅拌摩擦焊模型,分析了在同样焊接速度和转速条件下,FSW以及20kHz、25kHz的UAFSW温度场分布,并进行了对比,发现超声的导入能降低焊接过程中焊缝成型的温度,20kHz的UAFSW峰值温度比FSW低,而25kHz的UAFSW峰值温度又比20kHz的稍低,并用红外热像仪对整个焊接过程进行了测量,验证了模型的正确性。实验采用1.8mm2024-T4铝合金薄板进行了FSW和UAFSW实验,通过大量系统的实验摸索出铝合金薄板的较佳FSW和20kHz、25kHz的UAFSW焊接工艺参数范围。做了相应的对比分析实验,结果发现FSW焊缝表面宏微观形貌与UAFSW焊缝表面宏微观形貌有明显区别,后者比前者更加规则平整,纹理也更加清晰;UAFSW接头性能要优于FSW,而25kHz的UAFSW接头性能又要优于20kHz的UAFSW接头。实验结果显示在较佳的同等焊接参数下20kHz的UAFSW接头平均抗拉强度比FSW的高20Mpa左右,而25kHz的UAFSW比20kHz的UAFSW高5Mpa左右,且25kHz的接头延伸率也最好,硬度最高。在焊后三天内,UAFSW接头较FSW接头活泼,耐蚀性稍逊：随着时间的推移,耐腐蚀性差异逐渐消失,在焊后15天左右趋于一致。金相显微组织显示25kHz的UAFSW接头焊核区晶粒最为细小,组织均匀,硬度最高,20kHz的稍逊,FSW接头焊核区晶粒相对最粗大,硬度最低。由以上实验结果可以认为超声的导入对焊缝起到了一定的积极作用,能增强搅拌头周围金属流动性,降低摩擦阻力,抑制缺陷的形成,细化晶粒提高焊缝抗拉强度,增加焊缝稳定性,且随着超声频率的增大,这种积极作用与效应更趋明显。

关键词：搅拌摩擦焊超声辅助搅拌摩擦焊 2024-T4铝合金温度场

2519铝合金厚板搅拌摩擦焊角接焊机理及关键技术研究

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

2519铝合金厚板搅拌摩擦焊角接焊机理及关键技术研究

作者：马慧坤中南大学

学位级别：硕士

总装备部在“十五”与“十一五”预先研究计划中成功研制出新型铝铜合金(暂称2519)中厚板,该合金在飞机蒙皮、火箭、舰船等的结构件和装甲车等领域有着广泛的应用前景,但与之配套的焊接工艺还有待于开发,特别是装甲车体上常用的角接焊... 详细信息

总装备部在“十五”与“十一五”预先研究计划中成功研制出新型铝铜合金(暂称2519)中厚板,该合金在飞机蒙皮、火箭、舰船等的结构件和装甲车等领域有着广泛的应用前景,但与之配套的焊接工艺还有待于开发,特别是装甲车体上常用的角接焊接工艺,是该型材料工程应用必须解决的关键技术问题。因此本文以2519高强度装甲铝合金为研究对象,提出了搅拌摩擦焊外侧角接焊新方法,并对其焊接机理及关键技术进行了深入研究。本文运用计算流体动力学理论与商业分析软件fluent,建立了2519高强度装甲铝合金搅拌摩擦焊外侧角接焊接的模型,找出了搅拌摩擦焊角接焊接温度场及流场的分布规律。建模时采用了有锥度的凹面模拟轴肩的作用。根据实际情况加入了搅拌头轴线与工件进给垂直方向的倾斜角,得出温度场分布前低后高。计入了界面热阻,温度场由“浅漏斗”型转化为“浅坑”型。分析了界面热阻过大会导致金属塑性降低流动性变差,产生上部组织疏松等缺陷。对比了两种不同螺旋角的搅拌头,分析了螺旋角不同对流场分布的影响。运用仿真结果,对2519高强度铝合金进行了实际焊接,证明了该方法是可行的,并分析了焊接接头的组织以及硬度分布规律,发现在焊核区机械性能下降最多。

关键词：搅拌摩擦焊角接焊接 2519铝合金 fluent

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

铝合金薄板超声搅拌焊接装备与工艺研究

铝合金薄板超声搅拌焊接装备与工艺研究

作者：李剑中南大学

学位级别：硕士

薄板结构是轻质铝合金构件的主要特征,搅拌摩擦焊在这类技术方面具有很强的经济优势,在铝合金构件焊接成型中有着巨大的应用前景。然而由于搅拌摩擦焊在铝合金薄板焊接时,焊接区热容和热惯性小,焊接过程中温度的稳定性易受焊台接触界面... 详细信息

薄板结构是轻质铝合金构件的主要特征,搅拌摩擦焊在这类技术方面具有很强的经济优势,在铝合金构件焊接成型中有着巨大的应用前景。然而由于搅拌摩擦焊在铝合金薄板焊接时,焊接区热容和热惯性小,焊接过程中温度的稳定性易受焊台接触界面、冷却介质和焊件的自身热传导性等不确定因素影响,因而易产生虚焊疏松等缺陷,同时由于焊件本身很薄以及残余应力等的作用容易产生变形翘曲,成为薄板搅拌摩擦焊接的两大技术瓶颈。本文在超声搅拌焊接课题前期研究的基础上,研制了超声搅拌薄板焊接系统,针对铝合金薄板焊接改进搅拌头,设计了随动压紧滚轮和水雾冷却装置,并与搅拌摩擦焊机集成,以期解决上述薄板焊接问题。本文运用所研制的超声搅拌薄板焊接系统进行了航空铝合金薄板焊接。实验采用1.8mm2524铝合金和2.5mm2219铝合金进行了超声搅拌焊接研究,通过大量的实验摸索出高强度航空铝合金薄板的较佳焊接工艺参数和冷却条件,同时和搅拌摩擦焊做了相应的对比实验,通过焊缝外观、力学性能、金相组织、显微硬度和断口扫描的比较分析,发现超声搅拌焊焊缝性能要优于搅拌摩擦焊,成型稳定。实验结果显示在焊接参数为1600r/min,120mm/min时2524和2219均可得最佳焊接效果。2524铝合金超声搅拌焊试样平均焊后抗拉强度为399.5MPa,达到母材的89.9%,2219铝合金平均抗拉强度为394.5 MPa,达到母材强度的89.5%,焊后平均抗拉强度和搅拌摩擦焊相当,但超声搅拌试样强度性能稳定,2524铝合金抗拉强度最高值和最低值相差为10MPa,2219铝合金高低差值仅为3MPa;搅拌摩擦焊焊接试样缺陷率接近30%左右,而超声搅拌焊缝基本上没有缺陷,稳定性相当高,对薄板焊接接头的变形翘曲量可以控制在0.5mm以下。实验证明超声搅拌焊能够提高焊缝强度性能,增加焊缝质量稳定性,有效控制接头变形。从实验结果对比发现超声引入后焊缝质量有着明显的提高,分析认为超声作为一种辅助能量,能够对焊接工艺及焊缝质量起到一定的积极影响。一方面超声的各向传导性和介质对超声能量的吸收性,使得超声能在焊缝前进侧与搅拌焊头弱作用处（缺陷多发处）积聚,从而抑制缺陷的形成;另一方面,超声振动能够带动搅拌头周围金属颗粒频繁振动,且具有极大的加速度,能够减小流变阻力,增强搅拌头周围金属流动性,在一定程度上可以抑制焊接变形。

关键词：搅拌摩擦焊超声搅拌焊铝合金薄板超声能量

铝合金超声辅助搅拌摩擦焊数值模拟及残余应力分析

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

铝合金超声辅助搅拌摩擦焊数值模拟及残余应力分析

作者：叶绍勇中南大学

学位级别：硕士

超声辅助搅拌摩擦焊是在搅拌摩擦焊过程中增加纵向超声振动,利用超声波效应改善焊缝组织性能的一种新型金属固态焊接技术。现有研究主要集中于超声辅助搅拌摩擦焊对改善焊缝组织性能、提高焊缝质量等的试验研究。对其作用机理方面并未... 详细信息

超声辅助搅拌摩擦焊是在搅拌摩擦焊过程中增加纵向超声振动,利用超声波效应改善焊缝组织性能的一种新型金属固态焊接技术。现有研究主要集中于超声辅助搅拌摩擦焊对改善焊缝组织性能、提高焊缝质量等的试验研究。对其作用机理方面并未进行深入的研究。为了更好的掌握其作用机制,发挥其技术优势,有必要对超声辅助搅拌摩擦焊作用机理进行深入的研究。本文通过数值模拟与试验相结合的方法,以2024铝合金为研究对象,研究超声辅助摩擦焊的作用机理,揭示超声波对改善焊缝性能的机理。首先,通过计算流体力学和弹塑性力学理论,建立包含超声作用的超声辅助摩擦焊热-力-流耦合数值模型。其次,通过2024铝合金的焊接试验、焊接温度测试及金相分析等手段对数值模型进行验证。最后,试验研究超声辅助搅拌摩擦焊残余应力分布规律及变形控制机理。通过数值模拟分析,获得了以下超声辅助搅拌摩擦焊作用机理：(1)超声波的导入使焊接中轴肩面的热输入量增大,焊缝表面温度比相同条件下的搅拌摩擦焊高;同时,超声辅助搅拌摩擦焊能够增大焊接工艺窗口;(2)超声波对塑性材料流动有驱动作用,提高了材料流动速度,使材料的散热速度加快,沿厚度方向产生比搅拌摩擦焊大的温度梯度;(3)通过对流场的分析,发现前进侧有较大的速度梯度,随着焊速的提高,前进侧的速度梯度随之增大,前进侧焊接成形时,材料不足,成为焊缝的薄弱处。通过2024铝合金的焊接温度测试、拉伸试验和金相组织观察,验证了数值模拟结果的可靠性与准确性。通过试验研究了超声波辅助搅拌摩擦焊残余应力分布规律及超声波导入对残余应力的影响。研究发现,超声辅助搅拌摩擦焊能够有效的控制焊缝残余应力,其纵向残余应力相比搅拌摩擦焊降低了30%,同时使焊接过程更加稳定。较低的焊速、转速、较小的轴肩直径都能够一定程度上降低残余应力。据此,本文研究了薄板变形机理及控制方法,为实现小变形的薄板大构件焊接提供了理论依据。

关键词：超声辅助搅拌摩擦焊数值模拟残余应力 2024铝合金

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

搅拌摩擦焊二维焊缝数控焊机设计及研究

搅拌摩擦焊二维焊缝数控焊机设计及研究

作者：夏罗生中南大学

学位级别：硕士

近年来,搅拌摩擦焊技术被广泛应用于航天航空、高速列车、船舶等行业。随着应用范围的扩大,对搅拌摩擦焊设备的焊接能力提出了新的要求,但是当前国内搅拌摩擦焊设备水平不高,只能焊接一维直线和单一平面上的二维曲线,无法焊接任意平面... 详细信息

近年来,搅拌摩擦焊技术被广泛应用于航天航空、高速列车、船舶等行业。随着应用范围的扩大,对搅拌摩擦焊设备的焊接能力提出了新的要求,但是当前国内搅拌摩擦焊设备水平不高,只能焊接一维直线和单一平面上的二维曲线,无法焊接任意平面上的二维曲线,不能满足搅拌摩擦焊技术工程应用的需要。因此,决定开发出一种能焊接平面二维曲线的搅拌摩擦焊机。在综合当前数控系统技术水平和各类开放式数控系统优缺点的基础上,决定采用PC+PMAC运动控制卡构成的双微处理器来控制该二维焊缝搅拌摩擦焊机。论文主要研究工作及进展如下：1.论文从工艺倾角和倾斜方向出发,研究了其在二维焊缝焊接中的变化规律。由于工艺倾角是本焊机系统设计的关键参数,直接影响焊接性能及焊机总体布局,因此进行了不同工艺倾角的搅拌焊接试验,以确定工艺倾角范围。实验表明,工艺倾角过小或过大,焊缝性能较差,当工艺倾角在[3°-5°]区间时,焊缝性能较好。2.研究了二维焊缝搅拌摩擦焊机所需的运动数目和运动形式,在此基础上设计与比较了二维焊缝搅拌摩擦焊机总体布局方案,设计了传动系统图。3.引入数控技术,构建了用于控制二维焊缝搅拌摩擦焊机的基于PC+PMAC的开放式数控系统总体方案,并对主要硬件进行了选型,设计了强电电路,开发了专门的用户界面。4.分析了水平面和垂直面内二维曲线焊接时搅拌头长度补偿问题,推导了相应的计算公式。5.设计了一个能满足平面二维曲线焊接要求的搅拌主轴部件,运用UG的运动仿真模块对二维焊缝搅拌摩擦焊机的机械部件进行了运动仿真分析,验证了设备设计的可行性。本文的研究成果对二维焊缝搅拌摩擦焊机开发具有重要参考价值。

关键词：搅拌摩擦焊二维焊机开放式数控系统 PMAC 搅拌主轴部件运动仿真

2024-T4铝合金薄板超声辅助搅拌摩擦焊工艺研究

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

2024-T4铝合金薄板超声辅助搅拌摩擦焊工艺研究

作者：祝建明中南大学

学位级别：硕士

随着科学技术的发展,航空航天、军事和民用工业等领域迫切往轻量化方面靠近,铝合金薄板在这类工程中应用广泛。搅拌摩擦焊在铝合金薄板焊接方面有其独特优势,然而由于搅拌摩擦焊的局限性,在铝合金薄板焊接时易产生虚焊疏松等缺陷且稳定... 详细信息

随着科学技术的发展,航空航天、军事和民用工业等领域迫切往轻量化方面靠近,铝合金薄板在这类工程中应用广泛。搅拌摩擦焊在铝合金薄板焊接方面有其独特优势,然而由于搅拌摩擦焊的局限性,在铝合金薄板焊接时易产生虚焊疏松等缺陷且稳定性能较差,需要在搅拌摩擦焊的基础上寻求新突破。2024-T4铝合金是2xxx铝合金的一种,具有高的比强度和良好的工艺加工性能,该材料在工程领域具有广泛应用前景,本文以2024-T4铝合金薄板为代表性材料,探索铝合金薄板超声辅助搅拌摩擦焊工艺,以期解决薄板焊接问题。本文采用Marc有限元软件建立了2024-T4铝合金薄板三维搅拌摩擦焊和超声辅助搅拌摩擦焊模型,该模型采用接触分析方法,考虑了温度场和位移场之间的耦合作用,同时考虑摩擦热和塑性变形热的影响;该模型分析了在相同工艺参数条件下,加超声和不加超声的温度场分布,结果发现加入超声和不加超声焊缝峰值温度分别为510。C和480℃左右,相差了30℃;通过仿真分析初步给出了焊接工艺参数范围：转速1000-2000r/min,焊接速度100-400mm/min。仿真结果为焊接试验提供了指导,试验结果与数值模拟的结果基本吻合。论文对1.8mm2024-T4铝合金薄板进行了搅拌摩擦焊和超声辅助搅拌摩擦焊实验,通过大量系统实验摸索出铝合金薄板较佳焊接工艺参数范围。做了相应的对比分析实验,通过焊缝外观、力学性能、金相组织、显微硬度和断口扫描的比较分析,实验结果发现超声搅拌焊焊缝性能要优于搅拌摩擦焊,在较佳的同等焊接参数下超声辅助搅拌摩擦焊试样平均焊后抗拉强度比搅拌摩擦焊的高10%左右,且试样强度性能更稳定;搅拌摩擦焊焊接试样缺陷率接近50%左右,而超声搅拌摩擦焊焊缝基本上没有缺陷;超声辅助搅拌摩擦焊晶粒更细小,组织更均匀,焊缝热机影响区和热影响区范围更小。从实验结果发现超声的引入对焊缝起到了一定的积极作用,能增强搅拌头周围金属流动性,抑制缺陷的形成,细化晶粒提高焊缝抗拉强,增加焊缝稳定性。图48幅,表7个,参考文献59篇。

关键词：搅拌摩擦焊超声辅助搅拌摩擦焊 2024-T4铝合金薄板温度场焊接工艺参数

2219厚板搅拌摩擦焊缝脉动时效加热系统的设计与研制

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

2219厚板搅拌摩擦焊缝脉动时效加热系统的设计与研制

作者：邱峙程中南大学

学位级别：硕士

2219铝合金具有优异的强度和低温性能,被广泛应用于航天火箭贮箱。随着我国从航天大国跨进航天一流强国,对直径9.5m长征九号火箭燃料贮箱的焊接强度提出了更高的要求,因此对于贮箱进行时效处理,从而进一步提高焊接强度是未来厚板铝合金... 详细信息

2219铝合金具有优异的强度和低温性能,被广泛应用于航天火箭贮箱。随着我国从航天大国跨进航天一流强国,对直径9.5m长征九号火箭燃料贮箱的焊接强度提出了更高的要求,因此对于贮箱进行时效处理,从而进一步提高焊接强度是未来厚板铝合金搅拌摩擦焊接的发展趋势。然而,目前无相关控制技术与时效炉装备,在超大尺度内实现温升的空间均匀与时间同步;同时整体时效也会对非焊接区域产生过时效,降低整体性能。针对上述问题,本文对焊缝感应加热脉动时效强化新工艺与试验系统进行了研究,主要研究工作与进展如下:(1)建立了2219铝合金厚板焊缝移动感应加热模型,模拟不同频率、电流、移动速度下铝合金厚板焊缝加热的温度场分布,探讨了不同频率、电流、移动速度对铝合金厚板焊缝表面以及厚度方向温度分布的影响。分析表明,感应加热方式应用于厚板焊缝脉动时效加热是可行的。经过优化参数后,铝合金上表面温度为172℃,厚度方向10mm处仍有140℃,满足脉动时效加热要求。(2)参考数值模拟优化的相关工艺参数,搭建了感应加热脉动时效系统。感应加热脉动时效系统包括感应加热设备、红外测温系统、控温系统、直线往复运动平台。该系统能很好实现了对厚板铝合金搅拌摩擦焊缝的脉动时效加热,温度误差在±3℃左右,加热36mm的铝合金厚板30s可达到170℃。并通过K型热电偶实验测得感应加热时效焊缝上表面温度-时间曲线,与数值仿真温度-时间曲线的趋势基本一致,验证了数值仿真模型的准确性。(3)对比感应加热脉动时效态、连续时效态和焊接态下搅拌摩擦焊接接头的微观组织与力学性能,验证了该感应加热脉动时效系统的可行性。研究结果发现:相比于焊接态而言,连续时效6h和感应加热脉动时效6h的焊接接头的焊核区、热机影响区和热影响区在晶粒尺寸和形状无明显变化;但是热机影响区与热影响区的第二相,具有不同程度的长大。同时,连续时效和感应加热脉动时效均促进了其焊缝搅拌区θ相的再析出过程,在θ相的数量和尺寸上,前者大于后者,但不明显。连续时效与感应加热脉动时效对接头力学性能都呈现积极的影响。连续时效与感应加热脉动时效后的焊接接头的抗拉强度分别达到了362MPa和366MPa,而焊接态的焊接接头抗拉强度337MPa。图69幅,表3个,参考文献73篇

关键词： 2219铝合金感应加热脉动时效温度场模拟搅拌摩擦焊焊后热处理

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

高强铝合金超声搅拌复合焊工艺与机理研究

高强铝合金超声搅拌复合焊工艺与机理研究

作者：李东辉中南大学

学位级别：硕士

现有的搅拌摩擦焊所需要的热量主要来源于焊件上表面与搅拌头台肩之间的摩擦生热,这一生热机制造成焊接区上部温度过高,而深处温度偏低,致使焊缝厚度方向的组织性能差异很大,其深处组织疏松,焊接厚度和强度受到局限。本文首先综述国内... 详细信息

现有的搅拌摩擦焊所需要的热量主要来源于焊件上表面与搅拌头台肩之间的摩擦生热,这一生热机制造成焊接区上部温度过高,而深处温度偏低,致使焊缝厚度方向的组织性能差异很大,其深处组织疏松,焊接厚度和强度受到局限。本文首先综述国内外搅拌摩擦焊工艺与机理以及超声波对金属塑性成形作用机理研究现状,在本课题组前期研究基础上,对超声搅拌复合焊试验装置进行改进设计,优化焊接工艺,通过对超声搅拌焊接机理的深入研究,以进一步验证这一新焊接方法的积极效果。论文主要研究内容包括三部分:超声对塑性流体作用机理分析、超声搅拌复合焊系统的改进设计以及超声搅拌复合焊和搅拌摩擦焊的对比实验。通过大量的研究结果表明:所设计的搅拌复合焊系统能克服高速旋转和焊接载荷带来的障碍,成功将超声能聚集于搅拌针下端,实现了超声搅拌复合焊接;与搅拌摩擦焊相比,超声搅拌复合焊焊缝组织与力学性能显著改善,试验所焊接2219、2519、7A52和LF21等铝合金,其焊接强度分别提高16.79%、3.31%、20.87%和10.13%。上述研究结果表明,超声波对焊接过程作用机制是,通过提高金属活性,降低金属流变阻力与焊接温度,从而改善焊缝性能,其作用效应主要表现为晶粒细化、组织的均匀化和热影响区减少。

关键词：搅拌摩擦焊超声搅拌复合焊晶粒细化塑性流变

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

铝合金磨擦搅拌焊接机理及工艺实验研究

铝合金磨擦搅拌焊接机理及工艺实验研究

作者：周鹏展中南大学

学位级别：硕士

摩擦搅拌焊是一种用于低熔点铝合金板材的固态焊接方法，用该方法可以焊接通常熔化焊方法难于焊接的铝合金材料。而目前广泛应用的铝合金的连接大多采用铆接或机械连接的形式，没有发挥出它轻质高强的特性，因此研究铝合金的摩擦搅拌焊... 详细信息

摩擦搅拌焊是一种用于低熔点铝合金板材的固态焊接方法，用该方法可以焊接通常熔化焊方法难于焊接的铝合金材料。而目前广泛应用的铝合金的连接大多采用铆接或机械连接的形式，没有发挥出它轻质高强的特性，因此研究铝合金的摩擦搅拌焊接技术具有很重要的工程应用价值。由于摩擦搅拌焊的应用时间不长，目前对摩擦搅拌焊接头形成机理的研究还处于起步阶段。国内在该技术的工程应用方面还是空白。摩擦搅拌焊接的核心技术在于特殊结构形状的焊头及相匹配的工艺参数，它决定了摩擦搅拌焊接的应用范围。为了开发铝合金的摩擦搅拌焊接技术，本文基于粘着摩擦理论，初步探讨了摩擦搅拌焊接中的焊接机理，建立了摩擦搅拌焊接中的能量转换模型，揭示了摩擦搅拌焊接中焊接温度变化特征及对显微组织的影响，其中峰值温度是重要参数，将它控制在0.8Tm(即大约450℃)左右时，能获得较好的焊缝组织;在此基础上设计了多种特形焊头，并用来对多种铝合金材料进行焊接工艺实验，优选出了尖锥螺旋形焊头及相匹配的工艺参数，分析了焊头形状、旋转速度、焊接速度等对焊缝质量的影响，为进一步研究开发具有自主知识产权的摩擦搅拌焊接技术提供理论和实践依据。

关键词：摩擦搅拌焊固态焊接粘着摩擦理论工艺参数

基于多源信号的搅拌摩擦焊接过程监测与性能在线评估

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

基于多源信号的搅拌摩擦焊接过程监测与性能在线评估

作者：徐胜中南大学

学位级别：硕士

随着我国航天事业的发展与重型运载火箭需求的提出,燃料贮箱作为火箭的重要承力结构件,对其焊缝连接要求极高。目前搅拌摩擦焊是最适用于贮箱焊缝连接的方法,具有高强度和小变形量的优点。然而在10.6 m级燃料贮箱的搅拌摩擦焊接过程中,... 详细信息

随着我国航天事业的发展与重型运载火箭需求的提出,燃料贮箱作为火箭的重要承力结构件,对其焊缝连接要求极高。目前搅拌摩擦焊是最适用于贮箱焊缝连接的方法,具有高强度和小变形量的优点。然而在10.6 m级燃料贮箱的搅拌摩擦焊接过程中,焊接异常的概率和频率急剧增加。因此通过提取焊接过程状态信号进行监测,对于提高焊缝性能和稳定性具有重要意义。本文针对2219铝合金搅拌摩擦焊接过程状态信号展开研究,建立了实时监测系统,利用该系统对焊缝表面视觉信号和焊接核心区实时温度信号进行研究和分析,并进行了焊缝性能预测的研究。论文的主要研究内容如下:(1)研制了基于工程应用的焊接温度实时监测系统,实现了贮箱焊接过程的温度实时测量,减小了装置体积,消除了燃料贮箱工装夹具与测温装置的干涉。设计了焊缝形貌实时监测系统,利用工业相机对焊缝表面形貌进行实时采集,并消除了环境光和噪音对图像数据的干扰。研究结果表明,搅拌摩擦焊实时监测系统为焊接过程监测提供了途径。(2)通过搅拌摩擦焊接实验,研究不同焊接工艺参数和焊缝缺陷对焊接温度、焊缝性能和焊缝表面形貌的影响规律。发现了焊接温度与焊接状态的关联关系,还发现了焊接温度与焊缝性能密切相关,因此保持适当的焊接温度是保证焊缝性能良好的重要因素。随后发现焊接温度与焊缝缺陷的严重程度呈负相关关系。此外,还发现了不同工艺参数下焊缝表面形貌存在显著差异。在相同工艺参数下,焊缝的表面图片也会因焊接异常而存在差异。研究结果表明,通过焊接过程状态信号可以对焊缝成形状态和性能进行监测与评估。(3)基于图像处理的方法提取焊缝表面缺陷的特征信息,并将焊缝缺陷特征信息作为特征向量,使用基于二叉决策树的支持向量机对焊缝表面缺陷进行识别与分类。基于分数布朗运动模型对焊缝表面纹理的分形特征进行了统计意义的提取。发现焊缝表面纹理图片的分形维数随着焊速增加或转速的减小而增加。此外,还发现当焊缝出现异常导致焊缝表面纹理出现紊乱时,其分形维数会由于功率谱对数图主频率幅值的变小而增加。研究表明,通过焊缝表面形貌特征可以实现对焊缝缺陷的识别和焊接状态的监测。(4)通过BP神经网络建立数据驱动的焊缝性能预测模型,分析了焊接过程多源信号对焊缝性能预测的有效性,对比了不同信号输入模型的效果。发现当仅依靠工艺参数对焊缝性能进行预测时,其验证集的MSE为16.54,MAE为3.56,验证准确度为50%。通过焊接过程多源信号综合的焊缝性能预测,其验证结果提高至MSE为7.48,MAE为2.38,验证准确度为80%。结果表明,引入更多的焊接过程状态信息可以有效提高焊缝性能预测模型的精度。使用基于多源信号的预测模型能够对焊缝性能进行在线评估,以便焊接出现异常时及时调整工艺参数到达提高焊接质量和稳定性的目的。图79幅,表10个,参考文献109篇

关键词：搅拌摩擦焊实时监测焊缝性能预测工程应用