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doi: 10.12073/j.hjxb.20220722001
摘要:
通过金相显微镜、扫描显微镜和电子背散射衍射方法对一种大厚度NiCrFe-7熔化焊焊缝中的微裂纹进行了表征和机制分析，焊接方法分别为焊条电弧焊(SMAW)和手工氩弧焊(GTAW). 结果表明，该种热裂纹为沿晶的再热裂纹，其形成是由于焊接热影响区在高温下发生应力松弛现象，导致晶界大尺寸MC型碳化物和氧化物处出现应力集中，造成裂纹沿这些颗粒内部或界面开裂. 相比于GTAW工艺，SMAW工艺的焊缝中存在大量氧化物，造成SMAW焊缝再热裂纹倾向高于GTAW焊缝，进而导致前者焊缝弯曲性能不符合国家标准要求. 通过此研究，建议采用保护气效果更佳的GTAW工艺.
通过金相显微镜、扫描显微镜和电子背散射衍射方法对一种大厚度NiCrFe-7熔化焊焊缝中的微裂纹进行了表征和机制分析，焊接方法分别为焊条电弧焊(SMAW)和手工氩弧焊(GTAW). 结果表明，该种热裂纹为沿晶的再热裂纹，其形成是由于焊接热影响区在高温下发生应力松弛现象，导致晶界大尺寸MC型碳化物和氧化物处出现应力集中，造成裂纹沿这些颗粒内部或界面开裂. 相比于GTAW工艺，SMAW工艺的焊缝中存在大量氧化物，造成SMAW焊缝再热裂纹倾向高于GTAW焊缝，进而导致前者焊缝弯曲性能不符合国家标准要求. 通过此研究，建议采用保护气效果更佳的GTAW工艺.
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doi: 10.12073/j.hjxb.20220802003
摘要:
针对2219铝合金激光镜像焊接过程，建立激光镜像焊接过程热-流耦合模型，对匙孔动态特征进行定量求解与分析. 结果表明在激光镜像焊接过程中，两侧匙孔迅速耦合并保持小幅度波动. 匙孔耦合前，两侧匙孔横截面面积差异较小，最多相差仅0.35 mm2；匙孔耦合后，匙孔横截面面积持续增加，并于120 ms后在一定范围内波动. 热输入的增加会导致匙孔的耦合程度增大，并提高匙孔稳定性，其中激光功率对匙孔耦合区域影响较大，焊接速度对匙孔开口面积影响较大，基于上述规律总结出针对6 mm厚2219铝合金镜像焊接试验的优化焊接工艺窗口.
针对2219铝合金激光镜像焊接过程，建立激光镜像焊接过程热-流耦合模型，对匙孔动态特征进行定量求解与分析. 结果表明在激光镜像焊接过程中，两侧匙孔迅速耦合并保持小幅度波动. 匙孔耦合前，两侧匙孔横截面面积差异较小，最多相差仅0.35 mm2；匙孔耦合后，匙孔横截面面积持续增加，并于120 ms后在一定范围内波动. 热输入的增加会导致匙孔的耦合程度增大，并提高匙孔稳定性，其中激光功率对匙孔耦合区域影响较大，焊接速度对匙孔开口面积影响较大，基于上述规律总结出针对6 mm厚2219铝合金镜像焊接试验的优化焊接工艺窗口.
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doi: 10.12073/j.hjxb.20220713001
摘要:
采用搅拌摩擦焊接技术焊接Q&P980钢，研究搅拌摩擦高温和塑性变形综合作用对Q&P980钢焊核区组织演变的影响规律. 研究结果表明，焊核区的组织演化受峰值温度、剧烈塑性变形和焊后冷却速率多因素协同调控. 焊核区的峰值温度主要由搅拌头的旋转速度控制，旋转速度越大，焊接峰值温度越高；焊后冷却速率主要由搅拌头的焊接速度控制，焊接速度越大，焊后冷却速度越大，材料受到高温塑性变形的影响越小. 当旋转速度控制在400 r/min时，随着焊接速度从50 mm/min增加到400 mm/min，焊核区组织演变规律为马氏体/铁素体/残余奥氏体→马氏体，晶粒尺寸逐渐粗化. 当焊接速度控制在100 mm/min时，随着旋转速度从200 r/min增加到600 r/min，焊核区组织演变规律为马氏体/铁素体/残余奥氏体→马氏体→马氏体/贝氏体，晶粒尺寸逐渐细化.
采用搅拌摩擦焊接技术焊接Q&P980钢，研究搅拌摩擦高温和塑性变形综合作用对Q&P980钢焊核区组织演变的影响规律. 研究结果表明，焊核区的组织演化受峰值温度、剧烈塑性变形和焊后冷却速率多因素协同调控. 焊核区的峰值温度主要由搅拌头的旋转速度控制，旋转速度越大，焊接峰值温度越高；焊后冷却速率主要由搅拌头的焊接速度控制，焊接速度越大，焊后冷却速度越大，材料受到高温塑性变形的影响越小. 当旋转速度控制在400 r/min时，随着焊接速度从50 mm/min增加到400 mm/min，焊核区组织演变规律为马氏体/铁素体/残余奥氏体→马氏体，晶粒尺寸逐渐粗化. 当焊接速度控制在100 mm/min时，随着旋转速度从200 r/min增加到600 r/min，焊核区组织演变规律为马氏体/铁素体/残余奥氏体→马氏体→马氏体/贝氏体，晶粒尺寸逐渐细化.
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doi: 10.12073/j.hjxb.20220721001
摘要:
为避免异种钢焊接中的元素扩散富集现象，文中采用预边堆焊ENiCrFe-3过渡层的方法，实现了异种钢的良好焊接，但在焊接接头中发现了碳化物的析出现象，进而采用晶体塑性有限元方法，构建了晶界处添加碳化物的晶体塑性有限元分析模型. 模拟结果表明，碳化物析出相会对晶粒内部与晶界上的应力应变分布产生显著影响，由于碳化物含量增加，夹杂物的区域应力集中增大，三晶粒交点是焊缝力学性能最薄弱的区域，晶界交汇处应力分布不对称，通常最先失效，成为断裂源.
为避免异种钢焊接中的元素扩散富集现象，文中采用预边堆焊ENiCrFe-3过渡层的方法，实现了异种钢的良好焊接，但在焊接接头中发现了碳化物的析出现象，进而采用晶体塑性有限元方法，构建了晶界处添加碳化物的晶体塑性有限元分析模型. 模拟结果表明，碳化物析出相会对晶粒内部与晶界上的应力应变分布产生显著影响，由于碳化物含量增加，夹杂物的区域应力集中增大，三晶粒交点是焊缝力学性能最薄弱的区域，晶界交汇处应力分布不对称，通常最先失效，成为断裂源.
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doi: 10.12073/j.hjxb.20220717002
摘要:
对比研究了激光螺旋点焊和电阻点焊工艺对DC06镀锌钢接头成形、微观组织和力学性能(显微硬度和剪切性能)的影响规律. 结果表明，两种工艺均能获得成形良好的焊接接头，激光螺旋焊接头微观组织主要为铁素体(F)和少量渗碳体(Fe3C)；电阻点焊接头微观组织主要为贝氏体(B)和铁素体(F). 由于内外散热不均匀，激光螺旋点焊熔核区中心形成不同硬度的等轴晶，周围为具有明显取向的柱状晶，硬度值为130 ~ 160 HV；电阻点焊熔核区冷速相近，无明显硬度梯度，硬度在190 HV左右. 激光螺旋点焊拉剪承载载荷为10.14 kN，比电阻点焊的8.82 kN提升了13.02%. 接头失效形式分析发现：激光螺旋点焊和电阻点焊的失效形式分别为撕出型和拔出型，激光螺旋点焊由于热影响区组织塑性较好，接头受到拉剪作用时更易产生大角度转动而吸收更多的能量，具有更好的力学表现. 最后，还对搭接间隙和锌镀层对激光螺旋点焊接头力学性能的影响进行讨论.
对比研究了激光螺旋点焊和电阻点焊工艺对DC06镀锌钢接头成形、微观组织和力学性能(显微硬度和剪切性能)的影响规律. 结果表明，两种工艺均能获得成形良好的焊接接头，激光螺旋焊接头微观组织主要为铁素体(F)和少量渗碳体(Fe3C)；电阻点焊接头微观组织主要为贝氏体(B)和铁素体(F). 由于内外散热不均匀，激光螺旋点焊熔核区中心形成不同硬度的等轴晶，周围为具有明显取向的柱状晶，硬度值为130 ~ 160 HV；电阻点焊熔核区冷速相近，无明显硬度梯度，硬度在190 HV左右. 激光螺旋点焊拉剪承载载荷为10.14 kN，比电阻点焊的8.82 kN提升了13.02%. 接头失效形式分析发现：激光螺旋点焊和电阻点焊的失效形式分别为撕出型和拔出型，激光螺旋点焊由于热影响区组织塑性较好，接头受到拉剪作用时更易产生大角度转动而吸收更多的能量，具有更好的力学表现. 最后，还对搭接间隙和锌镀层对激光螺旋点焊接头力学性能的影响进行讨论.
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doi: 10.12073/j.hjxb.20220629001
摘要:
探究缺陷效应对焊接件疲劳性能的影响是控制焊接质量的重要内容. 文中引入焊接缺陷参数的影响，基于累计寿命-临界损伤建立含缺陷承载十字焊接接头疲劳可靠性分析模型.首先，根据结构件焊缝和缺陷参数以及载荷条件，建立有限元计算模型，并基于平均应变能密度方法(average strain energy density method，SED)和热点应力方法(hot spot method，HS)等评估方法探究各特征参数对疲劳性能的影响.其次，结合BP神经网络和Miner线性累计损伤准则建立可靠性分析模型，以概率统计相关参数为基础系统分析疲劳载荷和变异系数对于疲劳可靠性指标的影响.结果表明，位移和角错位及其概率分布参数显著影响焊件的疲劳寿命分布及可靠性概率，该可靠性模型为工程焊件的疲劳寿命设计及监测检修提供参考依据.
探究缺陷效应对焊接件疲劳性能的影响是控制焊接质量的重要内容. 文中引入焊接缺陷参数的影响，基于累计寿命-临界损伤建立含缺陷承载十字焊接接头疲劳可靠性分析模型.首先，根据结构件焊缝和缺陷参数以及载荷条件，建立有限元计算模型，并基于平均应变能密度方法(average strain energy density method，SED)和热点应力方法(hot spot method，HS)等评估方法探究各特征参数对疲劳性能的影响.其次，结合BP神经网络和Miner线性累计损伤准则建立可靠性分析模型，以概率统计相关参数为基础系统分析疲劳载荷和变异系数对于疲劳可靠性指标的影响.结果表明，位移和角错位及其概率分布参数显著影响焊件的疲劳寿命分布及可靠性概率，该可靠性模型为工程焊件的疲劳寿命设计及监测检修提供参考依据.
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doi: 10.12073/j.hjxb.20220712001
摘要:
利用单边缺口拉伸试验方法对壁厚31.8 mm L485管线钢管环焊接头热影响区进行断裂韧性CTOD(crack tip opening displacement)测试，应用数理统计方法对测试结果进行分布拟合，采用A-D检验和S-K检验，确定了L485管线钢管环焊接头热影响区CTOD的最优分布规律. 结果表明，δm和δ0.2分别服从正态和对数正态分布，并获得了二者的特定分位数CTOD值. 对比分析发现，MOTE方法确定的CTOD值在概率分布的5% ~ 10%分位数之间. 正态分布10%分位数值(δm)和对数正态5%分位数值(δ0.2)与BS7910推荐做法保持一致，说明CTOD特征值概率分布函数的分位数法是处理离散断裂韧性合理可行的方法.
利用单边缺口拉伸试验方法对壁厚31.8 mm L485管线钢管环焊接头热影响区进行断裂韧性CTOD(crack tip opening displacement)测试，应用数理统计方法对测试结果进行分布拟合，采用A-D检验和S-K检验，确定了L485管线钢管环焊接头热影响区CTOD的最优分布规律. 结果表明，δm和δ0.2分别服从正态和对数正态分布，并获得了二者的特定分位数CTOD值. 对比分析发现，MOTE方法确定的CTOD值在概率分布的5% ~ 10%分位数之间. 正态分布10%分位数值(δm)和对数正态5%分位数值(δ0.2)与BS7910推荐做法保持一致，说明CTOD特征值概率分布函数的分位数法是处理离散断裂韧性合理可行的方法.
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doi: 10.12073/j.hjxb.20220715002
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对激光多点寻位、焊前轨迹拟合、焊缝实时跟踪的3种结构光视觉辅助焊接的轨迹识别与控制技术进行了研究.提出了适用于上述三者的以CNN模型、自适应特征提取算法、先验模型、坐标矩阵转换为核心的焊接轨迹识别流程.提出了分别对应上述三者的焊接轨迹控制模型：示教轨迹修正模型、焊前轨迹拟合模型、焊缝跟踪实时纠偏模型. 结果表明，激光多点寻位、焊前轨迹拟合模式焊接时，能够在焊前高效地识别出焊接轨迹曲线，焊接轨迹与焊缝中心线基本重合；焊缝实时跟踪模式焊接时，系统能够实时矫正焊枪的偏差.文中提到的焊接轨迹识别流程与轨迹控制模型足以保证结构光视觉辅助焊接的稳定运行.
对激光多点寻位、焊前轨迹拟合、焊缝实时跟踪的3种结构光视觉辅助焊接的轨迹识别与控制技术进行了研究.提出了适用于上述三者的以CNN模型、自适应特征提取算法、先验模型、坐标矩阵转换为核心的焊接轨迹识别流程.提出了分别对应上述三者的焊接轨迹控制模型：示教轨迹修正模型、焊前轨迹拟合模型、焊缝跟踪实时纠偏模型. 结果表明，激光多点寻位、焊前轨迹拟合模式焊接时，能够在焊前高效地识别出焊接轨迹曲线，焊接轨迹与焊缝中心线基本重合；焊缝实时跟踪模式焊接时，系统能够实时矫正焊枪的偏差.文中提到的焊接轨迹识别流程与轨迹控制模型足以保证结构光视觉辅助焊接的稳定运行.
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doi: 10.12073/j.hjxb.20220726001
摘要:
试验采用Ti51ZrNiCu钎料，研究其在TA1/TC4异质界面的反应润湿过程，使用扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)及润湿角测量仪等分析方法研究了不同表面的润湿界面组织结构，并总结了试验参数对组织结构和润湿能力的影响规律. 而后进行了填缝试验，用于衡量Ti51ZrNiCu钎料在TA1/TC4异质界面的润湿铺展能力，总结了钎料填充经验公式. 结果表明，在试验参数为935 ℃/3 min的条件下，TiZrNiCu钎料对TA1和TC4母材填充能力可简化为经验公式：h = 4 000/a，其中钎缝间隙a的单位为μm，爬升高度h单位为mm.
试验采用Ti51ZrNiCu钎料，研究其在TA1/TC4异质界面的反应润湿过程，使用扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)及润湿角测量仪等分析方法研究了不同表面的润湿界面组织结构，并总结了试验参数对组织结构和润湿能力的影响规律. 而后进行了填缝试验，用于衡量Ti51ZrNiCu钎料在TA1/TC4异质界面的润湿铺展能力，总结了钎料填充经验公式. 结果表明，在试验参数为935 ℃/3 min的条件下，TiZrNiCu钎料对TA1和TC4母材填充能力可简化为经验公式：h = 4 000/a，其中钎缝间隙a的单位为μm，爬升高度h单位为mm.
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doi: 10.12073/j.hjxb.20220602004
摘要:
印刷电路板式换热器具有多层薄壁、微通道的结构，如何实现其高质量连接的问题亟待解决. 316L不锈钢因其优异的力学性能、焊接性能与耐腐蚀性能，常用于印刷电路板式换热器的制造. 文中采用真空扩散连接的方法实现了316L奥氏体不锈钢的连接，并探究了最优工艺参数，建立了工艺参数—界面组织—力学性能之间的关系. 结果表明，随焊接温度升高和保温时间的延长，接头焊合率、变形率上升，晶粒尺寸增长，硬度下降，抗拉伸剪切强度先升高后降低. 1 000 ℃—60 min—10 MPa为最优参数，此时接头抗剪强度最高，为626 MPa. 该参数下的断裂方式为塑性断裂，断口呈典型的韧窝花样.
印刷电路板式换热器具有多层薄壁、微通道的结构，如何实现其高质量连接的问题亟待解决. 316L不锈钢因其优异的力学性能、焊接性能与耐腐蚀性能，常用于印刷电路板式换热器的制造. 文中采用真空扩散连接的方法实现了316L奥氏体不锈钢的连接，并探究了最优工艺参数，建立了工艺参数—界面组织—力学性能之间的关系. 结果表明，随焊接温度升高和保温时间的延长，接头焊合率、变形率上升，晶粒尺寸增长，硬度下降，抗拉伸剪切强度先升高后降低. 1 000 ℃—60 min—10 MPa为最优参数，此时接头抗剪强度最高，为626 MPa. 该参数下的断裂方式为塑性断裂，断口呈典型的韧窝花样.
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doi: 10.12073/j.hjxb.202205230001
摘要:
为明确铝/钢电磁脉冲焊接过程金属粒子运动对界面连接性能的影响，基于金属粒子流形成机理，对界面形貌及抗剪强度进行分析.结果表明，金属粒子滞留界面造成铝局部熔化，钢粒子原位生成FeAl，形成未结合区；沿着焊接方向，分射流对铝板压入作用逐渐增大，形成冶金结合的界面，并伴有富铝金属间相，直缝区为FeAl + Fe2Al5，小波区为Fe2Al5 + FeAl3，大波区为FeAl + FeAl3；铝钢焊接界面过渡区由塑变铝压入钢形成，铝侧焊缝的外边缘存在钢粒子，而钢侧焊缝存在熔融铝携带钢粒子，主要为FeAl + Fe2Al5 + FeAl3，且在焊缝内侧滞留了大量金属粒子，并以椭圆环的形式分布，在焊缝外侧，金属粒子滞落铝板表面造成凹坑，但在钢板表面为嵌入的片状铝；因此，在金属粒子滞留，并产生较多金属间化合物的位置成为剪切试验断裂源；通过波长公式调整搭接间隙，减少粒子滞留界面，椭圆焊缝断裂于铝材，提高了接头强度.
为明确铝/钢电磁脉冲焊接过程金属粒子运动对界面连接性能的影响，基于金属粒子流形成机理，对界面形貌及抗剪强度进行分析.结果表明，金属粒子滞留界面造成铝局部熔化，钢粒子原位生成FeAl，形成未结合区；沿着焊接方向，分射流对铝板压入作用逐渐增大，形成冶金结合的界面，并伴有富铝金属间相，直缝区为FeAl + Fe2Al5，小波区为Fe2Al5 + FeAl3，大波区为FeAl + FeAl3；铝钢焊接界面过渡区由塑变铝压入钢形成，铝侧焊缝的外边缘存在钢粒子，而钢侧焊缝存在熔融铝携带钢粒子，主要为FeAl + Fe2Al5 + FeAl3，且在焊缝内侧滞留了大量金属粒子，并以椭圆环的形式分布，在焊缝外侧，金属粒子滞落铝板表面造成凹坑，但在钢板表面为嵌入的片状铝；因此，在金属粒子滞留，并产生较多金属间化合物的位置成为剪切试验断裂源；通过波长公式调整搭接间隙，减少粒子滞留界面，椭圆焊缝断裂于铝材，提高了接头强度.
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doi: 10.12073/j.hjxb.20220608001
摘要:
对冷金属过渡(CMT)的电弧熔丝增材方法制备的Inconel 625合金试样进行不同温度的固溶处理. 研究了固溶处理对所制备的Inconel 625合金的微观组织和力学性能的影响规律. 结果表明，沉积态主要为沿沉积方向生长的柱状枝晶，基体组织主要为γ奥氏体相，在晶粒内和晶界上呈块状或链状分布着大量第二相Laves相以及微小MC颗粒. 固溶温度低于 1 000 ℃时，Laves相和碳化物溶解缓慢，此时固溶处理对合金组织性能的影响较小；当固溶处理温度增加至1 200 ℃时，第二相碳化物溶解，晶粒剧烈长大，并出现大量孪晶界，合金的硬度和抗拉强度有一定程度下降，屈服强度显著下降，断后伸长率显著提升.
对冷金属过渡(CMT)的电弧熔丝增材方法制备的Inconel 625合金试样进行不同温度的固溶处理. 研究了固溶处理对所制备的Inconel 625合金的微观组织和力学性能的影响规律. 结果表明，沉积态主要为沿沉积方向生长的柱状枝晶，基体组织主要为γ奥氏体相，在晶粒内和晶界上呈块状或链状分布着大量第二相Laves相以及微小MC颗粒. 固溶温度低于 1 000 ℃时，Laves相和碳化物溶解缓慢，此时固溶处理对合金组织性能的影响较小；当固溶处理温度增加至1 200 ℃时，第二相碳化物溶解，晶粒剧烈长大，并出现大量孪晶界，合金的硬度和抗拉强度有一定程度下降，屈服强度显著下降，断后伸长率显著提升.
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doi: 10.12073/j.hjxb.20220616003
摘要:
研究了TiO2和Al2O3对CaO-SiO2-CaF2基础焊接渣系黏度、熔化温度、表面张力等熔化特性的影响，并利用XRD和拉曼光谱分析四元焊渣的物相和结构特征. 结果表明，TiO2含量增加会显著降低焊接熔渣黏度、熔化温度及表面张力，提升熔渣流动性；Al2O3含量增加会使焊接熔渣黏度、熔化温度及表面张力先略有升高后明显降低. CaO-SiO2-CaF2-TiO2和CaO-SiO2-CaF2-Al2O3四元焊渣完全熔化后，其黏度均在0.2 Pa·s以下，继续升温对黏度无显著影响，低于熔化温度后，焊渣随温度降低迅速凝固，呈明显的短渣特性. 经XRD和拉曼光谱分析可知，四元焊接熔渣中主要含具有硅酸盐网络结构的Ca4Si2O7F2高熔点相. TiO2 和Al2O3的加入均能使硅酸盐网络结构转变成简单四面体结构的[SiO4]4−，且含TiO2渣中生成了CaTiO3新相，含Al2O3渣中产生CaF2相和少量Ca2Al(Al SiO7)新相. 发现了对渣系熔化特性影响较大的TiO2和Al2O3含量敏感区间，对高强钢焊材配方设计具有一定参考意义.
研究了TiO2和Al2O3对CaO-SiO2-CaF2基础焊接渣系黏度、熔化温度、表面张力等熔化特性的影响，并利用XRD和拉曼光谱分析四元焊渣的物相和结构特征. 结果表明，TiO2含量增加会显著降低焊接熔渣黏度、熔化温度及表面张力，提升熔渣流动性；Al2O3含量增加会使焊接熔渣黏度、熔化温度及表面张力先略有升高后明显降低. CaO-SiO2-CaF2-TiO2和CaO-SiO2-CaF2-Al2O3四元焊渣完全熔化后，其黏度均在0.2 Pa·s以下，继续升温对黏度无显著影响，低于熔化温度后，焊渣随温度降低迅速凝固，呈明显的短渣特性. 经XRD和拉曼光谱分析可知，四元焊接熔渣中主要含具有硅酸盐网络结构的Ca4Si2O7F2高熔点相. TiO2 和Al2O3的加入均能使硅酸盐网络结构转变成简单四面体结构的[SiO4]4−，且含TiO2渣中生成了CaTiO3新相，含Al2O3渣中产生CaF2相和少量Ca2Al(Al SiO7)新相. 发现了对渣系熔化特性影响较大的TiO2和Al2O3含量敏感区间，对高强钢焊材配方设计具有一定参考意义.
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doi: 10.12073/j.hjxb.20220811001
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采用Ti-Zr-Cu-Ni钎料对TiBw/TA15钛基复合材料进行真空钎焊，对不同工艺参数下钎焊接头组织及性能进行分析. 结果表明，钎焊界面主要由针状的α-Ti相、间隙β-Ti相及Ti2(Cu,Ni)金属间化合物及TiBw增强相组成. 随着钎焊温度(920 ~ 980 ℃)和保温时间(60 ~ 150 min)的增加，针状α-Ti相占比增加，金属间化合物减少，TiBw分布趋于均匀，接头力学性能增加. 但较长的保温时间导致界面宽度增加，使接头整体塑性下降. 钎料添加量较少且适宜的情况下，钎焊温度980 ℃，保温时间90 min下能获得最佳力学性能.
采用Ti-Zr-Cu-Ni钎料对TiBw/TA15钛基复合材料进行真空钎焊，对不同工艺参数下钎焊接头组织及性能进行分析. 结果表明，钎焊界面主要由针状的α-Ti相、间隙β-Ti相及Ti2(Cu,Ni)金属间化合物及TiBw增强相组成. 随着钎焊温度(920 ~ 980 ℃)和保温时间(60 ~ 150 min)的增加，针状α-Ti相占比增加，金属间化合物减少，TiBw分布趋于均匀，接头力学性能增加. 但较长的保温时间导致界面宽度增加，使接头整体塑性下降. 钎料添加量较少且适宜的情况下，钎焊温度980 ℃，保温时间90 min下能获得最佳力学性能.
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doi: 10.12073/j.hjxb.20220222003
摘要:
铝硅镀层热成形钢是一种重要的汽车用先进高强钢，但在拼焊板制造过程中受到铝硅镀层的影响，焊接接头的性能远低于母材. 文中选择了3种相同厚度不同箔材作为铝硅镀层热成形钢激光焊的填充材料，并经热成形工艺处理. 通过比较焊接接头的微观组织、硬度分布、拉伸力学性能和断口形貌，阐明不同箔材填充激光焊的影响作用. 结果表明，Ni箔和Cu箔都促进了焊缝板条马氏体比例的增加和δ铁素体比例的减少，但Cu箔填充接头的断口呈沿晶断裂，塑性远低于Ni箔，与Ni固溶增强增韧Fe基体有关. Fe箔在一定程度上产生稀释的作用，也提高了焊缝板条马氏体含量.
铝硅镀层热成形钢是一种重要的汽车用先进高强钢，但在拼焊板制造过程中受到铝硅镀层的影响，焊接接头的性能远低于母材. 文中选择了3种相同厚度不同箔材作为铝硅镀层热成形钢激光焊的填充材料，并经热成形工艺处理. 通过比较焊接接头的微观组织、硬度分布、拉伸力学性能和断口形貌，阐明不同箔材填充激光焊的影响作用. 结果表明，Ni箔和Cu箔都促进了焊缝板条马氏体比例的增加和δ铁素体比例的减少，但Cu箔填充接头的断口呈沿晶断裂，塑性远低于Ni箔，与Ni固溶增强增韧Fe基体有关. Fe箔在一定程度上产生稀释的作用，也提高了焊缝板条马氏体含量.
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doi: 10.12073/j.hjxb.20220608002
摘要:
局部热处理是保证承压设备全寿命周期安全性的重要手段. 文中以某二甲苯塔分段筒节为研究对象，提出了一种主副加热分布式热源局部热处理方法，在传统单加热基础上，距离焊缝一定位置施加副加热区，主加热用于改善焊缝微观组织、消除部分残余应力，副加热在焊缝产生反变形，抵消主加热产生的“收腰变形”，消除焊缝内表面残余应力. 采用试验、数值模拟和理论分析，建立了主副加热局部热处理有限元模型，研究了副加热带温度、宽度、主副加热间距对应力消除效果的影响规律. 结果表明，采用传统单加热热处理方法，降温阶段，焊缝受到拘束作用在内表面产生新的二次应力. 主副加热分布式热源局部热处理利用副加热区的反变形，可以在焊缝内表面产生压应力. 主副加热带宽度、间距和副加热温度是应力消除效果的关键因素，提出了主副加热局部热处理工程设计方法，为重大承压设备局部热处理提供依据.
局部热处理是保证承压设备全寿命周期安全性的重要手段. 文中以某二甲苯塔分段筒节为研究对象，提出了一种主副加热分布式热源局部热处理方法，在传统单加热基础上，距离焊缝一定位置施加副加热区，主加热用于改善焊缝微观组织、消除部分残余应力，副加热在焊缝产生反变形，抵消主加热产生的“收腰变形”，消除焊缝内表面残余应力. 采用试验、数值模拟和理论分析，建立了主副加热局部热处理有限元模型，研究了副加热带温度、宽度、主副加热间距对应力消除效果的影响规律. 结果表明，采用传统单加热热处理方法，降温阶段，焊缝受到拘束作用在内表面产生新的二次应力. 主副加热分布式热源局部热处理利用副加热区的反变形，可以在焊缝内表面产生压应力. 主副加热带宽度、间距和副加热温度是应力消除效果的关键因素，提出了主副加热局部热处理工程设计方法，为重大承压设备局部热处理提供依据.
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doi: 10.12073/j.hjxb.20220628001
摘要:
为了提高不锈钢工件的耐腐蚀性、强度、耐磨性，提高其综合性能，采用激光熔覆工艺在不锈钢上制备TC4熔覆层，Inconel 625熔覆层作为过渡层，通过金相、扫描电镜、XRD、EDS、硬度、摩擦磨损和电化学测试等方法，研究了TC4熔覆层微观组织、显微硬度、电化学性能和摩擦磨损性能. 结果表明，熔覆层与基体结合良好、成型质量良好且具有均匀致密的微观组织. 熔覆过程中，由于元素扩散与高温作用发生的共晶反应，熔覆层中生成CrNi2和Ti2Ni增强相，大大提升了熔覆层的硬度与耐磨性；TC4熔覆层磨损机制主要为磨粒磨损与氧化磨损，耐磨性优于基体；TC4熔覆层的腐蚀电流密度小于基体，耐蚀性显著高于基体.
为了提高不锈钢工件的耐腐蚀性、强度、耐磨性，提高其综合性能，采用激光熔覆工艺在不锈钢上制备TC4熔覆层，Inconel 625熔覆层作为过渡层，通过金相、扫描电镜、XRD、EDS、硬度、摩擦磨损和电化学测试等方法，研究了TC4熔覆层微观组织、显微硬度、电化学性能和摩擦磨损性能. 结果表明，熔覆层与基体结合良好、成型质量良好且具有均匀致密的微观组织. 熔覆过程中，由于元素扩散与高温作用发生的共晶反应，熔覆层中生成CrNi2和Ti2Ni增强相，大大提升了熔覆层的硬度与耐磨性；TC4熔覆层磨损机制主要为磨粒磨损与氧化磨损，耐磨性优于基体；TC4熔覆层的腐蚀电流密度小于基体，耐蚀性显著高于基体.
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doi: 10.12073/j.hjxb.20220623001
摘要:
针对铝合金搅拌摩擦焊接工艺参数优化问题，对5083铝合金板材进行研究，开展其在不同搅拌摩擦焊工艺参数下的力学性能探索，运用主成分分析和灰色关联度分析法对试验结果进行探索，得出焊接接头最优工艺参数，并建立基于GRG的工艺参数二阶预测模型.结果表明，均值极差法得出最优工艺参数组合为转速1 400 r/min，焊接速度1 mm/s，下压量0.3 mm，接头抗拉强度最大达到225.5 MPa，达到了母材的95.4％，失效位移为10.6 mm. 在试验工艺参数范围内，影响接头抗拉强度的主要因素次序为下压量、焊接速度、转速；模型预测值与计算值无显著差异，回归模型与试验数据的吻合度好，说明预测模型可靠度高，此回归模型可作为其预测模型.
针对铝合金搅拌摩擦焊接工艺参数优化问题，对5083铝合金板材进行研究，开展其在不同搅拌摩擦焊工艺参数下的力学性能探索，运用主成分分析和灰色关联度分析法对试验结果进行探索，得出焊接接头最优工艺参数，并建立基于GRG的工艺参数二阶预测模型.结果表明，均值极差法得出最优工艺参数组合为转速1 400 r/min，焊接速度1 mm/s，下压量0.3 mm，接头抗拉强度最大达到225.5 MPa，达到了母材的95.4％，失效位移为10.6 mm. 在试验工艺参数范围内，影响接头抗拉强度的主要因素次序为下压量、焊接速度、转速；模型预测值与计算值无显著差异，回归模型与试验数据的吻合度好，说明预测模型可靠度高，此回归模型可作为其预测模型.
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doi: 10.12073/j.hjxb.20220609002
摘要:
自主设计四种不同Ni元素含量(ω(Ni))的Ni-Cr-Mo系焊丝，采用TIG焊制备1 000 MPa级高强钢熔敷金属. 利用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)等，对不同Ni元素含量的熔敷金属微观组织进行表征，通过拉伸、冲击、硬度试验对熔敷金属力学性能进行测试，探求Ni元素含量对1 000 MPa级高强钢熔敷金属强韧性机理的影响规律. 结果表明，不同Ni元素含量熔敷金属组织均由板条马氏体、板条贝氏体、联合贝氏体及残余奥氏体组成；Ni元素含量不同，微观组织不同；随着Ni元素含量增加，柱状晶宽度增大，板条马氏体、联合贝氏体及残余奥氏体增多，板条贝氏体减少，熔敷金属强度提高，塑性降低；当ω(Ni) = 5.44%时，强韧匹配最佳，屈服强度为1 005 MPa，−50 ℃冲击吸收能量为95 J.
自主设计四种不同Ni元素含量(ω(Ni))的Ni-Cr-Mo系焊丝，采用TIG焊制备1 000 MPa级高强钢熔敷金属. 利用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)等，对不同Ni元素含量的熔敷金属微观组织进行表征，通过拉伸、冲击、硬度试验对熔敷金属力学性能进行测试，探求Ni元素含量对1 000 MPa级高强钢熔敷金属强韧性机理的影响规律. 结果表明，不同Ni元素含量熔敷金属组织均由板条马氏体、板条贝氏体、联合贝氏体及残余奥氏体组成；Ni元素含量不同，微观组织不同；随着Ni元素含量增加，柱状晶宽度增大，板条马氏体、联合贝氏体及残余奥氏体增多，板条贝氏体减少，熔敷金属强度提高，塑性降低；当ω(Ni) = 5.44%时，强韧匹配最佳，屈服强度为1 005 MPa，−50 ℃冲击吸收能量为95 J.
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doi: 10.12073/j.hjxb.20220623003
摘要:
针对机器人在空间曲面焊接过程中需要保持焊接速度和焊炬位姿恒定的工艺要求，提出了一种适用于复杂空间曲面焊接机器人的运动规划方法，该方法采用NURBS曲线对三维点云描述的空间轨迹进行光顺逼近，建立机器人配合变位机组成的多自由度焊接系统运动学模型并进行逆运动学求解. 开发了一套完整的复杂空间曲面焊接机器人自动编程系统. 以翻领成型器为例进行了复杂空间曲面焊接机器人的自动编程及焊接试验. 结果表明，文中提出的复杂空间曲面焊接机器人运动规划方法和自动编程系统能够顺利完成焊接任务，且运动平稳，具有良好的焊接轨迹精度.
针对机器人在空间曲面焊接过程中需要保持焊接速度和焊炬位姿恒定的工艺要求，提出了一种适用于复杂空间曲面焊接机器人的运动规划方法，该方法采用NURBS曲线对三维点云描述的空间轨迹进行光顺逼近，建立机器人配合变位机组成的多自由度焊接系统运动学模型并进行逆运动学求解. 开发了一套完整的复杂空间曲面焊接机器人自动编程系统. 以翻领成型器为例进行了复杂空间曲面焊接机器人的自动编程及焊接试验. 结果表明，文中提出的复杂空间曲面焊接机器人运动规划方法和自动编程系统能够顺利完成焊接任务，且运动平稳，具有良好的焊接轨迹精度.
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doi: 10.12073/j.hjxb.20220622003
摘要:
采用等离子弧增材工艺制备了成形良好的贝氏体钢构件，研究了其力学性能和微观组织. 结果表明，增材构件的微观组织主要由板条状贝氏体、粒状贝氏体和少量奥氏体组成. 增材构件组织和力学性能存在局部差异：顶部组织晶粒比较粗大，主要由板条状贝氏体和奥氏体组成，显微硬度平均值约为365 HV；底部区域组织晶粒比较细小，多为粒状贝氏体，显微硬度平均值约为384 HV；构件整体平均冲击韧性为145 J/cm²，平均拉伸强度和断后伸长率分别可以达到955 MPa和11.7%，其中x方向的拉伸强度为945 MPa，略小于y方向的拉伸强度(963 MPa)和z方向的拉伸强度(958 MPa)，说明构件抗拉强度不存在明显的各向异性，断口为韧性断裂.
采用等离子弧增材工艺制备了成形良好的贝氏体钢构件，研究了其力学性能和微观组织. 结果表明，增材构件的微观组织主要由板条状贝氏体、粒状贝氏体和少量奥氏体组成. 增材构件组织和力学性能存在局部差异：顶部组织晶粒比较粗大，主要由板条状贝氏体和奥氏体组成，显微硬度平均值约为365 HV；底部区域组织晶粒比较细小，多为粒状贝氏体，显微硬度平均值约为384 HV；构件整体平均冲击韧性为145 J/cm²，平均拉伸强度和断后伸长率分别可以达到955 MPa和11.7%，其中x方向的拉伸强度为945 MPa，略小于y方向的拉伸强度(963 MPa)和z方向的拉伸强度(958 MPa)，说明构件抗拉强度不存在明显的各向异性，断口为韧性断裂.
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doi: 10.12073/j.hjxb.20220615002
摘要:
为研究碳化硅(SiC)添加对缓解钨-铜钎焊接头残余应力的作用效果及机理，采用真空钎焊技术获得不同碳化硅含量(质量分数为0 ~ 20%)的W/SiC-AgCuTi/Cu钎焊接头，分析焊接接头组织演变及剪切性能变化规律. 结果表明，随着SiC含量的增加，钎焊接头剪切强度先提升后降低. 当SiC的质量分数为10%时，钎焊接头的剪切强度达到峰值120 MPa，比未添加SiC的焊接接头强度提升45%左右. 分析认为，少量(质量分数为0 ~ 10%)的SiC硅在W-Cu焊缝组织中较均匀分布，可有效缓解母材热失配带来的焊接残余应力，提升焊接接头强度. 但过量(质量分数为20%)的SiC易在焊缝组织中聚集成大尺寸块体，剪切过程中形成应力集中，不利于焊接接头强度进一步提升.
为研究碳化硅(SiC)添加对缓解钨-铜钎焊接头残余应力的作用效果及机理，采用真空钎焊技术获得不同碳化硅含量(质量分数为0 ~ 20%)的W/SiC-AgCuTi/Cu钎焊接头，分析焊接接头组织演变及剪切性能变化规律. 结果表明，随着SiC含量的增加，钎焊接头剪切强度先提升后降低. 当SiC的质量分数为10%时，钎焊接头的剪切强度达到峰值120 MPa，比未添加SiC的焊接接头强度提升45%左右. 分析认为，少量(质量分数为0 ~ 10%)的SiC硅在W-Cu焊缝组织中较均匀分布，可有效缓解母材热失配带来的焊接残余应力，提升焊接接头强度. 但过量(质量分数为20%)的SiC易在焊缝组织中聚集成大尺寸块体，剪切过程中形成应力集中，不利于焊接接头强度进一步提升.
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doi: 10.12073/j.hjxb.20220607001
摘要:
采用不同直流脉冲匹配的tandem焊枪实现了12 mm厚Q235钢共熔池打底焊接，并利用高速图像(HSI)和实时电信号对焊接过程进行实时动态检测，研究了焊接速度对焊缝成形、焊接电弧形态和焊接过程稳定性的影响. 结果表明，焊接速度主要对焊缝成形和焊接过程稳定性造成影响，对电弧形态的影响不大. 随着焊接速度的增加，电弧稳定性先增大后减小，在焊接速度为40 mm/s时，背部自由成形最佳. 不同焊接速度下，主丝电弧都保持较高的挺度，几乎不发生偏移，从丝电弧形态在单个脉冲周期内通过产生9° ~ 15°的规律性摆动，促进熔池中部金属向侧壁流动，减小熔池后端金属的累积，从而消除焊缝表面的驼峰和起脊缺陷，提升了整体光洁度. 主丝的焊接稳定性整体高于从丝，当焊接速度为40 mm/s时，两电弧稳定性最好.
采用不同直流脉冲匹配的tandem焊枪实现了12 mm厚Q235钢共熔池打底焊接，并利用高速图像(HSI)和实时电信号对焊接过程进行实时动态检测，研究了焊接速度对焊缝成形、焊接电弧形态和焊接过程稳定性的影响. 结果表明，焊接速度主要对焊缝成形和焊接过程稳定性造成影响，对电弧形态的影响不大. 随着焊接速度的增加，电弧稳定性先增大后减小，在焊接速度为40 mm/s时，背部自由成形最佳. 不同焊接速度下，主丝电弧都保持较高的挺度，几乎不发生偏移，从丝电弧形态在单个脉冲周期内通过产生9° ~ 15°的规律性摆动，促进熔池中部金属向侧壁流动，减小熔池后端金属的累积，从而消除焊缝表面的驼峰和起脊缺陷，提升了整体光洁度. 主丝的焊接稳定性整体高于从丝，当焊接速度为40 mm/s时，两电弧稳定性最好.
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doi: 10.12073/j.hjxb.20220603001
摘要:
通过数值模拟研究了不同送丝速度下电弧增材制造单道熔积成形过程中的传热传质及熔池流态，分析了送丝速度对焊道形貌的影响. 结果表明，当送丝速度较小时，基板接受的电弧热较多，熔池的熔深较深且流动性较强，成形焊道较宽且高度较低；随着送丝速度的增大，熔融金属向上堆积，熔池体积增加，送丝速度达到一定值时，电磁力与表面张力达到动态平衡，熔深与焊道高度接近；当送丝速度较大时，液态金属对流减弱，熔深较浅，在表面张力的作用下，熔池边缘收缩导致焊道隆起. 模拟与试验结果吻合较好，研究结果可以为GTAW电弧增材技术的工艺参数调控提供理论依据.
通过数值模拟研究了不同送丝速度下电弧增材制造单道熔积成形过程中的传热传质及熔池流态，分析了送丝速度对焊道形貌的影响. 结果表明，当送丝速度较小时，基板接受的电弧热较多，熔池的熔深较深且流动性较强，成形焊道较宽且高度较低；随着送丝速度的增大，熔融金属向上堆积，熔池体积增加，送丝速度达到一定值时，电磁力与表面张力达到动态平衡，熔深与焊道高度接近；当送丝速度较大时，液态金属对流减弱，熔深较浅，在表面张力的作用下，熔池边缘收缩导致焊道隆起. 模拟与试验结果吻合较好，研究结果可以为GTAW电弧增材技术的工艺参数调控提供理论依据.
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doi: 10.12073/j.hjxb.20220528001
摘要:
为探究焊接方法对316L不锈钢焊缝抗辐照损伤性能的影响，采用原子力显微镜(atomicforce microscopy, AFM )、扫描电子显微镜(scanning electron microscopy,SEM )、掠入射X射线衍射(grazing incidence X-ray diffraction,GIXRD )、拉伸和纳米压痕技术等方法，对不同焊接方法制备的经能量为70 keV、剂量为1 × 1017 ions/cm2的He + 辐照后的316L奥氏体不锈钢焊缝损伤情况及力学性能进行了研究. 结果表明，离子辐照后不同焊缝表面均产生了空洞等微观缺陷，力学性能呈现不同程度的降低. 辐照后TIG焊缝表现出更优异的抗辐照损伤性能. TIG焊缝中更多的缺陷阱有效阻碍了辐照点缺陷的相互聚集，使辐照后焊缝内形成的缺陷数量更少、尺寸更小. 表明改变焊接方法、细化焊缝晶粒来提高焊缝抗辐照损伤性能及抗辐照硬化性能，是一种可行的思路与方法.
为探究焊接方法对316L不锈钢焊缝抗辐照损伤性能的影响，采用原子力显微镜(atomicforce microscopy, AFM )、扫描电子显微镜(scanning electron microscopy,SEM )、掠入射X射线衍射(grazing incidence X-ray diffraction,GIXRD )、拉伸和纳米压痕技术等方法，对不同焊接方法制备的经能量为70 keV、剂量为1 × 1017 ions/cm2的He + 辐照后的316L奥氏体不锈钢焊缝损伤情况及力学性能进行了研究. 结果表明，离子辐照后不同焊缝表面均产生了空洞等微观缺陷，力学性能呈现不同程度的降低. 辐照后TIG焊缝表现出更优异的抗辐照损伤性能. TIG焊缝中更多的缺陷阱有效阻碍了辐照点缺陷的相互聚集，使辐照后焊缝内形成的缺陷数量更少、尺寸更小. 表明改变焊接方法、细化焊缝晶粒来提高焊缝抗辐照损伤性能及抗辐照硬化性能，是一种可行的思路与方法.
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doi: 10.12073/j.hjxb.20220519001
摘要:
针对拐角激光焊接存在的因加减速及光斑重叠引起的能量累积问题，提出一种基于时间和空间维度、同时考虑焊接比能量与能量密度分布的功率随动控制策略，控制拐角处的能量分布，优化拐角处的焊接质量. 借助于MATLAB软件分析了拐角处的激光焊接热输入和能量密度分布，优化了激光功率和焊接速度之间的匹配关系. 基于团队自主研发的激光振镜焊接控制系统，以3003铝合金为研究对象进行不同拐角条件下的拐角焊接质量优化试验. 结果表明，采用基于时间和空间维度的功率随动控制策略可有效改善拐角处焊缝的表面形貌，保证焊缝的均匀性，同时，在不影响熔深质量的前提下，有利于抑制拐角处的缺陷生成，提高焊缝的整体质量.
针对拐角激光焊接存在的因加减速及光斑重叠引起的能量累积问题，提出一种基于时间和空间维度、同时考虑焊接比能量与能量密度分布的功率随动控制策略，控制拐角处的能量分布，优化拐角处的焊接质量. 借助于MATLAB软件分析了拐角处的激光焊接热输入和能量密度分布，优化了激光功率和焊接速度之间的匹配关系. 基于团队自主研发的激光振镜焊接控制系统，以3003铝合金为研究对象进行不同拐角条件下的拐角焊接质量优化试验. 结果表明，采用基于时间和空间维度的功率随动控制策略可有效改善拐角处焊缝的表面形貌，保证焊缝的均匀性，同时，在不影响熔深质量的前提下，有利于抑制拐角处的缺陷生成，提高焊缝的整体质量.
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光纤激光深熔焊接羽辉由匙孔内激光致蒸汽喷发所致，对焊接过程存在严重的负面影响. 文中通过改变匙孔内激光致蒸汽的喷发特征，研究羽辉对光纤激光深熔焊接过程的影响规律. 结果表明，随着焊接速度的提高，沿焊接方向的匙孔口长度逐渐增大，匙孔前壁的倾斜角则逐渐减小. 该现象导致孔内激光致喷发蒸汽的特征发生变化：底部摆动羽辉的喷发方向逐渐沿焊接反方向偏离激光束，狭长形羽辉的高度则逐渐降低直至消失；羽辉对焊接熔深的负面影响也逐渐减小直至消失，但飞溅数量逐渐增多，焊缝表面成形则逐渐恶化. 进一步分析表明，匙孔前壁激光致蒸汽的喷发方向变化是底部摆动羽辉的喷发方向和狭长形羽辉高度均发生改变的主要原因；提高焊接速度可降低羽辉对焊接过程的负面影响，但匙孔前壁激光致蒸汽对匙孔后壁的冲击作用将导致孔口沿焊接方向的长度变大、飞溅增多、焊缝表面成形质量变差.
光纤激光深熔焊接羽辉由匙孔内激光致蒸汽喷发所致，对焊接过程存在严重的负面影响. 文中通过改变匙孔内激光致蒸汽的喷发特征，研究羽辉对光纤激光深熔焊接过程的影响规律. 结果表明，随着焊接速度的提高，沿焊接方向的匙孔口长度逐渐增大，匙孔前壁的倾斜角则逐渐减小. 该现象导致孔内激光致喷发蒸汽的特征发生变化：底部摆动羽辉的喷发方向逐渐沿焊接反方向偏离激光束，狭长形羽辉的高度则逐渐降低直至消失；羽辉对焊接熔深的负面影响也逐渐减小直至消失，但飞溅数量逐渐增多，焊缝表面成形则逐渐恶化. 进一步分析表明，匙孔前壁激光致蒸汽的喷发方向变化是底部摆动羽辉的喷发方向和狭长形羽辉高度均发生改变的主要原因；提高焊接速度可降低羽辉对焊接过程的负面影响，但匙孔前壁激光致蒸汽对匙孔后壁的冲击作用将导致孔口沿焊接方向的长度变大、飞溅增多、焊缝表面成形质量变差.
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doi: 10.12073/j.hjxb.20220627001
摘要:
超声水平剪切(shear horizontal, SH)导波换能器在对焊接板结构进行缺陷检测时具有重要的应用价值. 为了研制换能器以对焊接结构进行多帧满秩成像检测, 运用导波半波长理论对超声SH导波的激发和换能器内部多重散射回波进行了分析.根据多重散射理论推导了匹配层介质颗粒密度与衰减的关系, 确定匹配层的组分. 提出3种V型斜楔结构, 对平面型前楔结构换能器和非平面型前楔结构换能器内部的多重散射回波进行对比试验. 结果表明，正交前楔结构换能器内部二重以上散射回波幅值减小了45%以上. 对正交前楔结构换能器进行性能测试, 其所激发的SH导波对焊接结构板中尺寸当量为ϕ12 mm的缺陷回波信号信噪比达到了14.5 dB，具有较为优异的检测能力. 试验验证了理论分析的有效性, 所研制的正交前楔结构超声SH导波换能器可对焊接结构板中与波长尺寸当量的缺陷进行多帧满秩成像检测.
超声水平剪切(shear horizontal, SH)导波换能器在对焊接板结构进行缺陷检测时具有重要的应用价值. 为了研制换能器以对焊接结构进行多帧满秩成像检测, 运用导波半波长理论对超声SH导波的激发和换能器内部多重散射回波进行了分析.根据多重散射理论推导了匹配层介质颗粒密度与衰减的关系, 确定匹配层的组分. 提出3种V型斜楔结构, 对平面型前楔结构换能器和非平面型前楔结构换能器内部的多重散射回波进行对比试验. 结果表明，正交前楔结构换能器内部二重以上散射回波幅值减小了45%以上. 对正交前楔结构换能器进行性能测试, 其所激发的SH导波对焊接结构板中尺寸当量为ϕ12 mm的缺陷回波信号信噪比达到了14.5 dB，具有较为优异的检测能力. 试验验证了理论分析的有效性, 所研制的正交前楔结构超声SH导波换能器可对焊接结构板中与波长尺寸当量的缺陷进行多帧满秩成像检测.
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doi: 10.12073/j.hjxb.20220618001
摘要:
针对纵向磁场作用下的电弧难提取焊缝信息的问题，设计一种由3个纵向分布磁感线圈组成的‘山’形分布纵向磁场传感器. 利用COMSOL软件模拟非对称纵向磁场作用电弧形态. 取焊接过程电弧电压分布对应的磁感应强度作为焊缝识别试验的磁感应强度. 用高速摄影仪拍摄非对称纵向磁场作用下的电弧运动轨迹，并与新型传感器设计的电弧运动轨迹进行比较，验证纵向磁场传感器产生非对称纵向磁场的电弧形态变化. 结果表明，非对称纵向磁场能控制电弧进行焊缝识别，并能解决窄间隙焊接过程中的咬边和侧壁不融合. 该方法为磁控焊缝跟踪传感器在窄间隙焊接的应用开辟了新的方向.
针对纵向磁场作用下的电弧难提取焊缝信息的问题，设计一种由3个纵向分布磁感线圈组成的‘山’形分布纵向磁场传感器. 利用COMSOL软件模拟非对称纵向磁场作用电弧形态. 取焊接过程电弧电压分布对应的磁感应强度作为焊缝识别试验的磁感应强度. 用高速摄影仪拍摄非对称纵向磁场作用下的电弧运动轨迹，并与新型传感器设计的电弧运动轨迹进行比较，验证纵向磁场传感器产生非对称纵向磁场的电弧形态变化. 结果表明，非对称纵向磁场能控制电弧进行焊缝识别，并能解决窄间隙焊接过程中的咬边和侧壁不融合. 该方法为磁控焊缝跟踪传感器在窄间隙焊接的应用开辟了新的方向.
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doi: 10.12073/j.hjxb.20220414001
摘要:
对Inconel625与316LN异种材料合金管进行激光对焊试验，分析各组试样的接头形貌、微观组织、化学成分以及力学性能. 试验结果表明，在1 100 ~ 1 300 W的激光功率、 + 20 mm的离焦量、870 mm/min的焊速以及20 L/min的99.9%Ar气保护时焊缝成形良好，实现Inconel625&316LN薄壁合金管的全位置焊接，焊缝内部缺陷较少. Inconel625&316LN焊缝与母材连接界面元素过渡明显，由于Fe, Ni互溶，在焊缝内部主要由原子比接近1∶1的Fe, Ni固溶体组成；Inconel625&316LN管激光焊接接头抗拉强度较高，由于焊缝内Fe, Ni固溶体分布均匀，镍与钢内Fe, Ni元素互溶形成的固溶体分布较为均匀，使焊缝强度较高，且不低于母材强度，拉伸试验时在拉力作用下不会优先开裂. 随着热输入增加，焊缝内晶体尺寸逐渐增加，焊缝屈服强度逐渐降低，断裂形式以母材韧性断裂为主.
对Inconel625与316LN异种材料合金管进行激光对焊试验，分析各组试样的接头形貌、微观组织、化学成分以及力学性能. 试验结果表明，在1 100 ~ 1 300 W的激光功率、 + 20 mm的离焦量、870 mm/min的焊速以及20 L/min的99.9%Ar气保护时焊缝成形良好，实现Inconel625&316LN薄壁合金管的全位置焊接，焊缝内部缺陷较少. Inconel625&316LN焊缝与母材连接界面元素过渡明显，由于Fe, Ni互溶，在焊缝内部主要由原子比接近1∶1的Fe, Ni固溶体组成；Inconel625&316LN管激光焊接接头抗拉强度较高，由于焊缝内Fe, Ni固溶体分布均匀，镍与钢内Fe, Ni元素互溶形成的固溶体分布较为均匀，使焊缝强度较高，且不低于母材强度，拉伸试验时在拉力作用下不会优先开裂. 随着热输入增加，焊缝内晶体尺寸逐渐增加，焊缝屈服强度逐渐降低，断裂形式以母材韧性断裂为主.
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doi: 10.12073/j.hjxb.20220728001
摘要:
对2.0 mm厚Ti60合金进行激光摆动焊接，研究光束圆形摆动时摆动频率和摆动幅值对焊缝成形及能量分布的影响. 结果表明：相较常规激光焊接，激光摆动焊接可以明显改善Ti60合金焊接接头焊缝成形；光束摆动参数对焊缝成形的影响与激光能量分布密切相关，可通过调整能量分布控制焊缝成形. 当摆动频率为100 ~ 150 Hz，摆动幅值为0.5 ~ 1.0 mm时，激光能量分布相对均匀，可获得焊缝成形良好的Ti60合金激光焊接接头. 与常规激光焊缝相比，摆动焊缝熔宽增加约30%，整体飞溅数量减少30%以上，为对接焊缝提供了更大的间隙适应性并有效改善了焊接质量. 在光束摆动参数中，摆动幅值对焊缝成形特征及能量分布的影响更明显.
对2.0 mm厚Ti60合金进行激光摆动焊接，研究光束圆形摆动时摆动频率和摆动幅值对焊缝成形及能量分布的影响. 结果表明：相较常规激光焊接，激光摆动焊接可以明显改善Ti60合金焊接接头焊缝成形；光束摆动参数对焊缝成形的影响与激光能量分布密切相关，可通过调整能量分布控制焊缝成形. 当摆动频率为100 ~ 150 Hz，摆动幅值为0.5 ~ 1.0 mm时，激光能量分布相对均匀，可获得焊缝成形良好的Ti60合金激光焊接接头. 与常规激光焊缝相比，摆动焊缝熔宽增加约30%，整体飞溅数量减少30%以上，为对接焊缝提供了更大的间隙适应性并有效改善了焊接质量. 在光束摆动参数中，摆动幅值对焊缝成形特征及能量分布的影响更明显.
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doi: 10.12073/j.hjxb.20220810002
摘要:
球栅阵列(ball grid array package，BGA)封装因其成本低、电气性能好而被广泛应用于集成电路产业中. 文中建立了BGA三维模型，将等效应力作为响应目标，选取焊点直径、焊点高度、焊点间距、芯片厚度作为设计因子，采用响应曲面法设计了25组不同水平组合的焊点结构参数进行仿真计算，并基于遗传算法分析对焊点结构热振可靠性进行了优化. 结果表明，焊点间距对BGA结构热振可靠性有重要影响；优化方案组合为焊点直径0.28 mm，焊点高度0.20 mm，焊点间距0.40 mm.经过优化验证分析，该优化方案较原始设计方案等效应力降低了7.51%，实现了BGA器件焊点参数优化目的.
球栅阵列(ball grid array package，BGA)封装因其成本低、电气性能好而被广泛应用于集成电路产业中. 文中建立了BGA三维模型，将等效应力作为响应目标，选取焊点直径、焊点高度、焊点间距、芯片厚度作为设计因子，采用响应曲面法设计了25组不同水平组合的焊点结构参数进行仿真计算，并基于遗传算法分析对焊点结构热振可靠性进行了优化. 结果表明，焊点间距对BGA结构热振可靠性有重要影响；优化方案组合为焊点直径0.28 mm，焊点高度0.20 mm，焊点间距0.40 mm.经过优化验证分析，该优化方案较原始设计方案等效应力降低了7.51%，实现了BGA器件焊点参数优化目的.
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doi: 10.12073/j.hjxb.20220610001
摘要:
碳纤维复合材料(CFRP)具有质轻高强、高模量和低膨胀优势，在“陆海空天”等领域应用潜力和需求极大. 其中热塑性碳纤维复合材料(CFRTP)近年来快速发展，CFRP和CFRTP与金属结构件的连接技术受到国内外学者和工业界的广泛关注. 文中综述了金属材料与CFRP连接的主要技术及界面的接合机理；对比分析了不同连接工艺的成形原理，总结了金属与CFRP连接界面的不同作用效果；结合发展现状及未来工程应用需求，对金属/CFRP高质量连接技术瓶颈的突破方向进行了展望.
碳纤维复合材料(CFRP)具有质轻高强、高模量和低膨胀优势，在“陆海空天”等领域应用潜力和需求极大. 其中热塑性碳纤维复合材料(CFRTP)近年来快速发展，CFRP和CFRTP与金属结构件的连接技术受到国内外学者和工业界的广泛关注. 文中综述了金属材料与CFRP连接的主要技术及界面的接合机理；对比分析了不同连接工艺的成形原理，总结了金属与CFRP连接界面的不同作用效果；结合发展现状及未来工程应用需求，对金属/CFRP高质量连接技术瓶颈的突破方向进行了展望.
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doi: 10.12073/j.hjxb.20220805002
摘要:
为了探究高强度海洋柔性管铠装层用钢焊接接头失稳问题，以600 MPa级耐蚀钢为闪光对焊焊接母材，研究不同闪光留量与顶锻留量对接头显微组织及力学性能的影响规律. 结果表明，随顶锻留量增加，焊缝及热影响区粗晶区多边形铁素体含量增加，组织逐渐粗化，接头强度先增加后降低，顶锻留量大于5 mm，接头强度急剧恶化；随闪光留量的增加，焊缝及粗晶热影响区板条贝氏体组织逐渐粗化，接头强度逐渐增加后急剧下降，当闪光留量8 mm时，接头强度严重恶化. 二者都使延伸率逐渐提高，但顶锻留量对延伸率的影响较大. 闪光留量和顶锻留量为7 mm和4 mm时，焊接样品力学性能最优，热影响区针状铁素体板条宽度大约为0.59 μm，抗拉强度达到688 MPa，屈服强度达到586 MPa，延伸率为15%，拉伸断口形式为韧性断裂. 闪光留量与顶锻留量参数的适当匹配形成细小且弥散分布粒状贝氏体可以有效强化钢基体.
为了探究高强度海洋柔性管铠装层用钢焊接接头失稳问题，以600 MPa级耐蚀钢为闪光对焊焊接母材，研究不同闪光留量与顶锻留量对接头显微组织及力学性能的影响规律. 结果表明，随顶锻留量增加，焊缝及热影响区粗晶区多边形铁素体含量增加，组织逐渐粗化，接头强度先增加后降低，顶锻留量大于5 mm，接头强度急剧恶化；随闪光留量的增加，焊缝及粗晶热影响区板条贝氏体组织逐渐粗化，接头强度逐渐增加后急剧下降，当闪光留量8 mm时，接头强度严重恶化. 二者都使延伸率逐渐提高，但顶锻留量对延伸率的影响较大. 闪光留量和顶锻留量为7 mm和4 mm时，焊接样品力学性能最优，热影响区针状铁素体板条宽度大约为0.59 μm，抗拉强度达到688 MPa，屈服强度达到586 MPa，延伸率为15%，拉伸断口形式为韧性断裂. 闪光留量与顶锻留量参数的适当匹配形成细小且弥散分布粒状贝氏体可以有效强化钢基体.
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doi: 10.12073/j.hjxb.20220803002
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采用TIG/PAW复合焊接对SAF2205双相不锈钢进行多层多道焊接，并进行固溶处理，利用OM、SEM、EBSD等设备，通过电化学腐蚀、拉伸、冲击等试验研究焊缝组织演变与综合性能的关系. 结果表明：TIG填丝盖面焊接处的焊缝铁素体含量为70.5%，由于添加焊丝的原因，焊缝奥氏体晶粒最大为177 μm2，大于母材142 μm2；PAW焊缝铁素体含量为65.4%，因为焊接顺序的不同，后续焊接对焊缝有加热作用，导致铁素体含量最少；在TIG焊缝中，热输入较大，导致铁素体晶粒粗化最大为8 147 μm2，大于母材264 μm2，导致奥氏体形核位置减少，奥氏体仅为3.96%. 在1 050 ℃固溶处理60 min后焊缝两相接近1∶1，并且奥氏体趋于均匀化，随固溶时间的延长耐腐蚀性增强. 焊态焊缝抗拉强度大于836 MPa，拉伸断裂均在母材. 焊缝冲击吸收能量为144 J，小于母材(156 J)，焊缝表现为复合断裂.
采用TIG/PAW复合焊接对SAF2205双相不锈钢进行多层多道焊接，并进行固溶处理，利用OM、SEM、EBSD等设备，通过电化学腐蚀、拉伸、冲击等试验研究焊缝组织演变与综合性能的关系. 结果表明：TIG填丝盖面焊接处的焊缝铁素体含量为70.5%，由于添加焊丝的原因，焊缝奥氏体晶粒最大为177 μm2，大于母材142 μm2；PAW焊缝铁素体含量为65.4%，因为焊接顺序的不同，后续焊接对焊缝有加热作用，导致铁素体含量最少；在TIG焊缝中，热输入较大，导致铁素体晶粒粗化最大为8 147 μm2，大于母材264 μm2，导致奥氏体形核位置减少，奥氏体仅为3.96%. 在1 050 ℃固溶处理60 min后焊缝两相接近1∶1，并且奥氏体趋于均匀化，随固溶时间的延长耐腐蚀性增强. 焊态焊缝抗拉强度大于836 MPa，拉伸断裂均在母材. 焊缝冲击吸收能量为144 J，小于母材(156 J)，焊缝表现为复合断裂.
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doi: 10.12073/j.hjxb.20220325005
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装置内部真空线圈系统(internal vacuum coil system， ITER)内部线圈超导导体接头由于其工作环境恶劣，故对焊缝质量要求较高，接头性能的好坏将直接影响到内部线圈能否正常运行. 由于真空室空间受到限制以及对周边环境的要求，最终铜管焊接接头选择采用TIG焊的方法. 为了验证包括预热在内的无氧铜的焊接工艺，针对采用开放式机头利用TIG焊电弧预热的方式，对无氧铜铜管进行电弧预热以达到铜管焊接时所需要的温度. 通过对铜焊接接头进行无损检测、宏观和显微检查以及焊缝、热影响区和母材的硬度测量，系统地评估了电弧预热对热影响区的影响. 结果表明，热影响区与母材硬度无显著差异，焊缝金属硬度稍高，但显微组织有明显差异，在观测范围内电弧预热对热影响区并无显著影响，证明了采用电弧预热的方案是可行的.
装置内部真空线圈系统(internal vacuum coil system， ITER)内部线圈超导导体接头由于其工作环境恶劣，故对焊缝质量要求较高，接头性能的好坏将直接影响到内部线圈能否正常运行. 由于真空室空间受到限制以及对周边环境的要求，最终铜管焊接接头选择采用TIG焊的方法. 为了验证包括预热在内的无氧铜的焊接工艺，针对采用开放式机头利用TIG焊电弧预热的方式，对无氧铜铜管进行电弧预热以达到铜管焊接时所需要的温度. 通过对铜焊接接头进行无损检测、宏观和显微检查以及焊缝、热影响区和母材的硬度测量，系统地评估了电弧预热对热影响区的影响. 结果表明，热影响区与母材硬度无显著差异，焊缝金属硬度稍高，但显微组织有明显差异，在观测范围内电弧预热对热影响区并无显著影响，证明了采用电弧预热的方案是可行的.
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doi: 10.12073/j.hjxb.20220126001
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采用CMT Cycle Step焊接工艺进行平板堆焊正交试验，研究了送丝速度、焊接速度、熔滴数量和间隔时间四个参数对焊缝表面特征纹路及成形尺寸的影响，建立了各参数与焊缝表面鱼鳞纹步长S、焊缝熔宽B、堆焊层厚度h之间的回归模型. 结果表明，随着焊接速度、熔滴数量和间隔时间的增大，焊缝表面鱼鳞纹步长S呈逐渐增大的趋势. 适当减小焊接速度和间隔时间，可有效减小焊缝表面高度差Δh，提高焊缝表面成形质量. 随着送丝速度和熔滴数量的增大，焊缝熔宽B和堆焊层厚度h均逐渐增大；随着焊接速度的增大，焊缝熔宽B和堆焊层厚度h逐渐减小. 根据理论分析和回归分析得到准确性较高的回归方程，为预测焊接焊缝成形以及优化焊接工艺参数提供理论依据.
采用CMT Cycle Step焊接工艺进行平板堆焊正交试验，研究了送丝速度、焊接速度、熔滴数量和间隔时间四个参数对焊缝表面特征纹路及成形尺寸的影响，建立了各参数与焊缝表面鱼鳞纹步长S、焊缝熔宽B、堆焊层厚度h之间的回归模型. 结果表明，随着焊接速度、熔滴数量和间隔时间的增大，焊缝表面鱼鳞纹步长S呈逐渐增大的趋势. 适当减小焊接速度和间隔时间，可有效减小焊缝表面高度差Δh，提高焊缝表面成形质量. 随着送丝速度和熔滴数量的增大，焊缝熔宽B和堆焊层厚度h均逐渐增大；随着焊接速度的增大，焊缝熔宽B和堆焊层厚度h逐渐减小. 根据理论分析和回归分析得到准确性较高的回归方程，为预测焊接焊缝成形以及优化焊接工艺参数提供理论依据.
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纳米铜基导电薄膜具有高导电、高性价比且易与柔性基材结合等优点，在下一代柔性电子产品领域具有广泛的应用前景. 然而，纳米铜基导电薄膜在制备的过程中易被氧化，成为制备高导电纳米铜基导电薄膜的难题. 文中从油墨配方、印刷方法、烧结方法等方面系统的介绍了纳米铜基柔性导电薄膜的制造方法，着重介绍了目前抗氧化油墨的设计思路，阐明了目前柔性电子先进微纳连接技术的工艺流程，对比了其优缺点及适用范围，并列举了纳米铜基导电薄膜在下一代柔性电子产品领域的典型应用. 在此基础上，对纳米铜柔性导电薄膜制造尚存的主要问题进行了总结，并对其未来发展趋势进行了展望.
纳米铜基导电薄膜具有高导电、高性价比且易与柔性基材结合等优点，在下一代柔性电子产品领域具有广泛的应用前景. 然而，纳米铜基导电薄膜在制备的过程中易被氧化，成为制备高导电纳米铜基导电薄膜的难题. 文中从油墨配方、印刷方法、烧结方法等方面系统的介绍了纳米铜基柔性导电薄膜的制造方法，着重介绍了目前抗氧化油墨的设计思路，阐明了目前柔性电子先进微纳连接技术的工艺流程，对比了其优缺点及适用范围，并列举了纳米铜基导电薄膜在下一代柔性电子产品领域的典型应用. 在此基础上，对纳米铜柔性导电薄膜制造尚存的主要问题进行了总结，并对其未来发展趋势进行了展望.
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doi: 10.12073/j.hjxb.20220502001
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基于FLUENT19.0软件，建立了激光焊接热-流耦合模型，对比分析了不同表面张力温度系数(为负值)对熔池流场的影响. 结果表明，随着表面张力温度系数的减小，熔池后方顺时针漩涡的流动趋势逐渐减弱，甚至消失，而且焊接飞溅的数量增多. 纵截面熔池长度逐渐增加，纵截面熔池流体最大流动速度逐渐增大，熔池横截面的面积逐渐减小.当表面张力温度系数为−2.5 × 10−4 N/(m·K)时，熔池长度平均值为3.28 mm、熔池流体最大流动速度的平均值为2.89 m/s、熔池横截面面积的平均值为4.52 mm2；当表面张力温度系数为−3.5 × 10−4 N/(m·K)时，熔池长度平均值为3.73 mm、熔池流体最大流动速度的平均值为3.53 m/s、熔池横截面面积的平均值为4.03 mm2；当表面张力温度系数为−4.9 × 10−4 N/(m·K)时，熔池长度平均值为4.14 mm、熔池流体最大流动速度的平均值为4.09 m/s、熔池横截面面积的平均值为3.28 mm2.
基于FLUENT19.0软件，建立了激光焊接热-流耦合模型，对比分析了不同表面张力温度系数(为负值)对熔池流场的影响. 结果表明，随着表面张力温度系数的减小，熔池后方顺时针漩涡的流动趋势逐渐减弱，甚至消失，而且焊接飞溅的数量增多. 纵截面熔池长度逐渐增加，纵截面熔池流体最大流动速度逐渐增大，熔池横截面的面积逐渐减小.当表面张力温度系数为−2.5 × 10−4 N/(m·K)时，熔池长度平均值为3.28 mm、熔池流体最大流动速度的平均值为2.89 m/s、熔池横截面面积的平均值为4.52 mm2；当表面张力温度系数为−3.5 × 10−4 N/(m·K)时，熔池长度平均值为3.73 mm、熔池流体最大流动速度的平均值为3.53 m/s、熔池横截面面积的平均值为4.03 mm2；当表面张力温度系数为−4.9 × 10−4 N/(m·K)时，熔池长度平均值为4.14 mm、熔池流体最大流动速度的平均值为4.09 m/s、熔池横截面面积的平均值为3.28 mm2.
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借助电极感应熔化气雾化法，制备了 FeCoNiCrMn高熵合金粉末；通过真空烧结技术，在钢表面制备了具有不同孔隙率和孔径的多孔高熵合金涂层. 研究了不同烧结工艺参数对多孔涂层孔隙率、孔径以及过渡层厚度的影响. 开展了Al-12Si合金在多孔高熵涂层钢表面的原位润湿铺展试验，探讨了多孔高熵合金涂层对表观接触角和铺展行为的影响规律，深入分析了多孔高熵结构内反应产物的显微组织和相组成. 结果表明，随着烧结温度的升高和保温时间的延长，多孔高熵合金涂层的过渡层厚度逐渐升高，孔隙率及平均孔径逐渐减少. 液态Al-12Si合金液滴在多孔涂层中微通道增强的毛细力作用下，迅速浸润到多孔结构中，并实现了材料表面的完全润湿. 在高熵合金的迟滞扩散效应与高熵效应共同作用下, 界面反应层中金属间化合物的形成受到显著阻碍，界面相结构由富Cr的FCC、富AlFe的BCC以及富AlNi的B2 + 富Al的BCC共晶状结构组成.
借助电极感应熔化气雾化法，制备了 FeCoNiCrMn高熵合金粉末；通过真空烧结技术，在钢表面制备了具有不同孔隙率和孔径的多孔高熵合金涂层. 研究了不同烧结工艺参数对多孔涂层孔隙率、孔径以及过渡层厚度的影响. 开展了Al-12Si合金在多孔高熵涂层钢表面的原位润湿铺展试验，探讨了多孔高熵合金涂层对表观接触角和铺展行为的影响规律，深入分析了多孔高熵结构内反应产物的显微组织和相组成. 结果表明，随着烧结温度的升高和保温时间的延长，多孔高熵合金涂层的过渡层厚度逐渐升高，孔隙率及平均孔径逐渐减少. 液态Al-12Si合金液滴在多孔涂层中微通道增强的毛细力作用下，迅速浸润到多孔结构中，并实现了材料表面的完全润湿. 在高熵合金的迟滞扩散效应与高熵效应共同作用下, 界面反应层中金属间化合物的形成受到显著阻碍，界面相结构由富Cr的FCC、富AlFe的BCC以及富AlNi的B2 + 富Al的BCC共晶状结构组成.
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采用钢板在上、镁板在下且添加胶层-镍箔辅助的激光焊接技术，对厚度1.5 mm的DP590双相钢和厚度1.4 mm的AZ31B镁合金进行焊接， 基于热力学计算选择添加箔片元素，分析接头焊缝形貌、显微组织与力学性能，并对接头熔池温度场和流场进行数值模拟. 结果表明，激光功率1 800 W，焊接速度30 mm/s，离焦量为 + 2 mm，流量为15 L/min的氩气保护的工艺条件下，添加镍箔实现了镁/钢冶金连接，同时添加胶层和镍箔，与单一添加镍箔相比，接头平均抗剪强度提高1.73倍；添加胶层，焊缝连续光滑， 镁侧熔池的熔化宽度增大，钢/镁横向结合面积增加，界面处横向和纵向的温度梯度降低，熔池流动速度提高，元素分布的均匀性得到改善，促进了界面元素相互扩散和冶金反应，因此钢/镁接头性能得到大幅提升.
采用钢板在上、镁板在下且添加胶层-镍箔辅助的激光焊接技术，对厚度1.5 mm的DP590双相钢和厚度1.4 mm的AZ31B镁合金进行焊接， 基于热力学计算选择添加箔片元素，分析接头焊缝形貌、显微组织与力学性能，并对接头熔池温度场和流场进行数值模拟. 结果表明，激光功率1 800 W，焊接速度30 mm/s，离焦量为 + 2 mm，流量为15 L/min的氩气保护的工艺条件下，添加镍箔实现了镁/钢冶金连接，同时添加胶层和镍箔，与单一添加镍箔相比，接头平均抗剪强度提高1.73倍；添加胶层，焊缝连续光滑， 镁侧熔池的熔化宽度增大，钢/镁横向结合面积增加，界面处横向和纵向的温度梯度降低，熔池流动速度提高，元素分布的均匀性得到改善，促进了界面元素相互扩散和冶金反应，因此钢/镁接头性能得到大幅提升.
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研究了一种电子束焊接参数对轧制+增材TC4钛合金焊接接头组织影响，分析了焊后钛合金力学性能. 结果表明，轧制侧热影响区合金组织变化较大，离焊缝中心距离越近，β转变组织含量增加，晶粒逐渐转变为等轴晶组织，等轴晶内有集束状马氏体\begin{document}$\alpha '$\end{document} ![]()
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研究了一种电子束焊接参数对轧制+增材TC4钛合金焊接接头组织影响，分析了焊后钛合金力学性能. 结果表明，轧制侧热影响区合金组织变化较大，离焊缝中心距离越近，β转变组织含量增加，晶粒逐渐转变为等轴晶组织，等轴晶内有集束状马氏体
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doi: 10.12073/j.hjxb.20180320001
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为探索12 mm厚DH36船用耐蚀钢对接用光纤激光-MIG复合焊接工艺，分析了四种不同送丝速度对接头成形、微观组织、拉伸性能及腐蚀性能的影响. 结果表明，在送丝速度为8.5 m/min时可获得成形优良的接头，随着送丝速度的增加，电弧区和激光区焊缝的熔宽均增加. 焊缝区主要由针状铁素体、先共析铁素体和一定量的贝氏体组成，送丝速度对针状铁素体的形态和数量有显著的影响. 增加送丝速度对接头抗拉强度的影响不大，但减小了延伸率，接头延伸率最高达16.5%. 接头极化曲线测试表明，当送丝速度为7.5 m/min时，自腐蚀电流密度最小，腐蚀倾向最低.
为探索12 mm厚DH36船用耐蚀钢对接用光纤激光-MIG复合焊接工艺，分析了四种不同送丝速度对接头成形、微观组织、拉伸性能及腐蚀性能的影响. 结果表明，在送丝速度为8.5 m/min时可获得成形优良的接头，随着送丝速度的增加，电弧区和激光区焊缝的熔宽均增加. 焊缝区主要由针状铁素体、先共析铁素体和一定量的贝氏体组成，送丝速度对针状铁素体的形态和数量有显著的影响. 增加送丝速度对接头抗拉强度的影响不大，但减小了延伸率，接头延伸率最高达16.5%. 接头极化曲线测试表明，当送丝速度为7.5 m/min时，自腐蚀电流密度最小，腐蚀倾向最低.
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为了提高窄间隙焊接摆动电弧传感的精度和可靠性，研究电弧到窄间隙坡口侧壁的距离对电弧传感特征参数的影响规律，通过高精度激光位移传感器测量焊枪相对于坡口中心的位置，基于TMS320F2812和Labview软件，开发了一种能同步采集电弧图像、焊接电压、焊接电流和焊枪摆动位置四路信号的电弧传感试验系统. 采用P-GMAW的焊接方式对开发的试验系统进行测试，结果表明，该系统可靠有效，为深入研究窄间隙摆动电弧传感特征奠定了必要的基础.
为了提高窄间隙焊接摆动电弧传感的精度和可靠性，研究电弧到窄间隙坡口侧壁的距离对电弧传感特征参数的影响规律，通过高精度激光位移传感器测量焊枪相对于坡口中心的位置，基于TMS320F2812和Labview软件，开发了一种能同步采集电弧图像、焊接电压、焊接电流和焊枪摆动位置四路信号的电弧传感试验系统. 采用P-GMAW的焊接方式对开发的试验系统进行测试，结果表明，该系统可靠有效，为深入研究窄间隙摆动电弧传感特征奠定了必要的基础.
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doi: 10.12073/j.hjxb.201940
摘要:
对5 mm厚T91马氏体耐热钢板激光填丝焊工艺进行研究，分析了热输入对焊缝成型、微观组织、内部气孔数量的影响规律，并对最佳参数焊缝的力学性能进行了检测. 结果表明，采用同质焊丝焊接T91钢时，随着热输入的增加，焊缝宽度变大，焊缝内部气孔数量减少，晶粒度变化不明显，焊缝区与热影响区组织均为回火马氏体；采用功率5 600 W、速度1.2 m/min、送丝速度1.2 m/min的参数焊接可获得内部基本无气孔的焊缝，焊缝显微硬度300 HV，抗拉强度697 Mpa，断裂在母材，180°正弯与背弯曲均未出现裂纹，20，0，–20 ℃下冲击性能均高于母材.
对5 mm厚T91马氏体耐热钢板激光填丝焊工艺进行研究，分析了热输入对焊缝成型、微观组织、内部气孔数量的影响规律，并对最佳参数焊缝的力学性能进行了检测. 结果表明，采用同质焊丝焊接T91钢时，随着热输入的增加，焊缝宽度变大，焊缝内部气孔数量减少，晶粒度变化不明显，焊缝区与热影响区组织均为回火马氏体；采用功率5 600 W、速度1.2 m/min、送丝速度1.2 m/min的参数焊接可获得内部基本无气孔的焊缝，焊缝显微硬度300 HV，抗拉强度697 Mpa，断裂在母材，180°正弯与背弯曲均未出现裂纹，20，0，–20 ℃下冲击性能均高于母材.
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doi: 10.12073/j.hjxb.20220712002
摘要:
等离子弧切割技术因其高效稳定的工艺优势被广泛应用于工业领域. 文中以空气等离子弧为研究对象，通过COMSOL Multiphysics软件建立了喷嘴结构的二维轴对称有限元数学模型，并对电弧磁流体模型进行了优化. 基于磁流体动力学和电弧等离子体理论，选用等离子平衡放电多物理场接口，并确立了空气等离子电弧模型的控制方程和边界条件，实现对电弧模型的编译求解. 仿真结果表明，在引弧电流一致的条件下，随着环境压力的增加，电弧在温度分布和速度分布上均呈现收缩的态势. 基于3 MPa 高压焊接试验舱，搭建了高压环境等离子弧切割实验系统，通过对气路和非高频引弧电路的优化设计，实现了环境压力为0.1 ~ 0.7 MPa的稳定起弧. 并基于此开展了高压梯度下的等离子弧切割实验，并结合切割质量指标研究了环境压力对等离子弧电离行为的影响.
等离子弧切割技术因其高效稳定的工艺优势被广泛应用于工业领域. 文中以空气等离子弧为研究对象，通过COMSOL Multiphysics软件建立了喷嘴结构的二维轴对称有限元数学模型，并对电弧磁流体模型进行了优化. 基于磁流体动力学和电弧等离子体理论，选用等离子平衡放电多物理场接口，并确立了空气等离子电弧模型的控制方程和边界条件，实现对电弧模型的编译求解. 仿真结果表明，在引弧电流一致的条件下，随着环境压力的增加，电弧在温度分布和速度分布上均呈现收缩的态势. 基于3 MPa 高压焊接试验舱，搭建了高压环境等离子弧切割实验系统，通过对气路和非高频引弧电路的优化设计，实现了环境压力为0.1 ~ 0.7 MPa的稳定起弧. 并基于此开展了高压梯度下的等离子弧切割实验，并结合切割质量指标研究了环境压力对等离子弧电离行为的影响.
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doi: 10.12073/j.hjxb.20220204002
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对CuCrZr与Inconel 625异种材料合金管进行激光对焊试验，观察分析各组试样的接头形貌、微观组织、化学成分以及力学性能分析，试验结果表明，在1 100 ~ 1 300 W的激光功率， + 20 mm的离焦量以及14.5 mm/s的焊接速度，20 L/min的99.9%Ar气保护时焊缝成形良好，可实现Inconel 625/CuCrZr管的全位置焊接，焊缝内部缺陷较少，但随着焊接功率的增加焊缝下塌现象明显；Inconel 625/CuCrZr焊缝与母材连接界面元素过渡明显，由于Ni元素，Cu元素互溶，在焊缝内部主要以富Ni的Ni/Cu固溶体存在, 在激光焊接过程中CuCrZr母材受激光搅拌作用，有部分铜母材被“卷入”焊缝内，待工件冷却后保留在焊缝内部；Inconel 625/CuCrZr管激光焊接接头抗拉强度较高，晶粒粗大的CuCrZr的热影响区位置是主要断裂位置，断裂形式以韧性断裂为主.
对CuCrZr与Inconel 625异种材料合金管进行激光对焊试验，观察分析各组试样的接头形貌、微观组织、化学成分以及力学性能分析，试验结果表明，在1 100 ~ 1 300 W的激光功率， + 20 mm的离焦量以及14.5 mm/s的焊接速度，20 L/min的99.9%Ar气保护时焊缝成形良好，可实现Inconel 625/CuCrZr管的全位置焊接，焊缝内部缺陷较少，但随着焊接功率的增加焊缝下塌现象明显；Inconel 625/CuCrZr焊缝与母材连接界面元素过渡明显，由于Ni元素，Cu元素互溶，在焊缝内部主要以富Ni的Ni/Cu固溶体存在, 在激光焊接过程中CuCrZr母材受激光搅拌作用，有部分铜母材被“卷入”焊缝内，待工件冷却后保留在焊缝内部；Inconel 625/CuCrZr管激光焊接接头抗拉强度较高，晶粒粗大的CuCrZr的热影响区位置是主要断裂位置，断裂形式以韧性断裂为主.
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doi: 10.12073/j.hjxb.20220519002
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目前有关粉芯丝材增材制造的研究较少，其理论尚不成熟. 文中将Cu-Al-Fe合金作为研究对象，系统论述了粉芯丝材电弧增材制造的相关理论 (沉积成形理论、梯度传热理论和晶粒细化理论)，并使用Simufact-Welding平台搭建了单道多层数值模型，通过对多组别温度场的分析，获得了试验条件下的最佳工艺窗口，即输入电流140 A和扫描速度0.4 m/min，最后开展了优化工艺窗口下的粉芯丝材沉积成形试验. 结果表明，在此工艺窗口下可获得形状较好的薄壁墙，该研究为开展粉芯丝材电弧增材制造提供必要的理论基础与试验依据.
目前有关粉芯丝材增材制造的研究较少，其理论尚不成熟. 文中将Cu-Al-Fe合金作为研究对象，系统论述了粉芯丝材电弧增材制造的相关理论 (沉积成形理论、梯度传热理论和晶粒细化理论)，并使用Simufact-Welding平台搭建了单道多层数值模型，通过对多组别温度场的分析，获得了试验条件下的最佳工艺窗口，即输入电流140 A和扫描速度0.4 m/min，最后开展了优化工艺窗口下的粉芯丝材沉积成形试验. 结果表明，在此工艺窗口下可获得形状较好的薄壁墙，该研究为开展粉芯丝材电弧增材制造提供必要的理论基础与试验依据.
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doi: 10.12073/j.hjxb.20220709001
摘要:
通过调节焊接电源的多组脉冲波形参数进行一系列焊接试验，对比并分析了脉冲电流峰值系数、脉冲电流峰值时间系数、脉冲电流基值系数、脉冲电流上升系数和脉冲电流下降系数发生改变后焊接电流信号的变化情况.采用集合经验模态分解(ensemble empirical mode decomposition, EEMD)方法对焊接过程中实时采集到的焊接电流信号进行分解，并对焊接电流信号和一系列本征模态函数(intrinsic mode function, IMF)进行时频域分析.随后，根据分析结果和焊缝表面形貌对焊接过程稳定性进行评估.结果表明，使用EEMD方法能够从焊接电流信号中分解出与短路过渡过程密切相关的特征IMF，稳定的焊接过程与不稳定的焊接过程相比，其特征IMF频谱分布区别明显，特征IMF频率分布范围越窄，焊接过程越稳定性，焊接飞溅越小，焊缝表面成形越好.
通过调节焊接电源的多组脉冲波形参数进行一系列焊接试验，对比并分析了脉冲电流峰值系数、脉冲电流峰值时间系数、脉冲电流基值系数、脉冲电流上升系数和脉冲电流下降系数发生改变后焊接电流信号的变化情况.采用集合经验模态分解(ensemble empirical mode decomposition, EEMD)方法对焊接过程中实时采集到的焊接电流信号进行分解，并对焊接电流信号和一系列本征模态函数(intrinsic mode function, IMF)进行时频域分析.随后，根据分析结果和焊缝表面形貌对焊接过程稳定性进行评估.结果表明，使用EEMD方法能够从焊接电流信号中分解出与短路过渡过程密切相关的特征IMF，稳定的焊接过程与不稳定的焊接过程相比，其特征IMF频谱分布区别明显，特征IMF频率分布范围越窄，焊接过程越稳定性，焊接飞溅越小，焊缝表面成形越好.
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doi: 10.12073/j.hjxb.20220522001
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为解决HR-2抗氢钢电子束插接焊有效熔深不足、焊缝处开裂等问题，采用BBD设计试验方案，基于响应面法建立了HR-2抗氢钢电子束插接焊焊接工艺参数(聚焦电流、焊接速度、束流、倾斜角度)与预测响应值(有效熔深、接头抗剪承载力)之间的统计模型. 根据有效熔深和接头抗剪承载力的要求优化焊接工艺参数，并通过优化电子束焊接工艺参数来预测电子束插接焊的有效熔深和接头抗剪承载力，实现焊缝截面形貌与接头强度的最佳组合. 结果表明，模型拟合度较好，有效熔深预测值比实测值高1.17%，接头抗剪承载力预测值比实测值高2.63%，得到较优的焊接参数为：聚焦电流2.46 A，焊接速度10.00 mm/s，束流8.20 mA，倾斜角度11°. 在该参数下的焊缝有效熔深1 347.82 μm，接头抗剪承载力13.525 kN.
为解决HR-2抗氢钢电子束插接焊有效熔深不足、焊缝处开裂等问题，采用BBD设计试验方案，基于响应面法建立了HR-2抗氢钢电子束插接焊焊接工艺参数(聚焦电流、焊接速度、束流、倾斜角度)与预测响应值(有效熔深、接头抗剪承载力)之间的统计模型. 根据有效熔深和接头抗剪承载力的要求优化焊接工艺参数，并通过优化电子束焊接工艺参数来预测电子束插接焊的有效熔深和接头抗剪承载力，实现焊缝截面形貌与接头强度的最佳组合. 结果表明，模型拟合度较好，有效熔深预测值比实测值高1.17%，接头抗剪承载力预测值比实测值高2.63%，得到较优的焊接参数为：聚焦电流2.46 A，焊接速度10.00 mm/s，束流8.20 mA，倾斜角度11°. 在该参数下的焊缝有效熔深1 347.82 μm，接头抗剪承载力13.525 kN.
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doi: 10.12073/j.hjxb.20211221001
摘要:
结合分子动力学模拟和试验研究，对铜/铝管磁脉冲半固态辅助钎焊界面原子扩散过程进行了研究. 结果表明，在铝侧扩散界面原子主要在界面的无序原子层中相互扩散，且各元素的扩散行为不均匀，铝基体原子向钎料的扩散速度远小于钎料原子向铝基体扩散的速度；铜侧界面在模拟设置的冲击速度下，扩散层很薄且厚度变化并不明显. 测量不同冲击速度下铝侧界面的扩散层厚度发现，随着冲击速度增加，模拟的扩散层厚度呈线性增加，与试验结果相符. 根据模拟与试验结果建立了在相同或相近的冲击速度下，模拟界面扩散层厚度与试验界面扩散层厚度之间的关系，模拟结果能够较好地预测试验界面扩散层厚度, 最大误差为2.8%.
结合分子动力学模拟和试验研究，对铜/铝管磁脉冲半固态辅助钎焊界面原子扩散过程进行了研究. 结果表明，在铝侧扩散界面原子主要在界面的无序原子层中相互扩散，且各元素的扩散行为不均匀，铝基体原子向钎料的扩散速度远小于钎料原子向铝基体扩散的速度；铜侧界面在模拟设置的冲击速度下，扩散层很薄且厚度变化并不明显. 测量不同冲击速度下铝侧界面的扩散层厚度发现，随着冲击速度增加，模拟的扩散层厚度呈线性增加，与试验结果相符. 根据模拟与试验结果建立了在相同或相近的冲击速度下，模拟界面扩散层厚度与试验界面扩散层厚度之间的关系，模拟结果能够较好地预测试验界面扩散层厚度, 最大误差为2.8%.
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doi: 10.12073/j.hjxb.20220523003
摘要:
基于无钎剂条件下，采用啃削辅助电弧熔钎焊方法研究啃削量对5052铝合金与SUS304不锈钢电弧熔钎焊接头组织与性能的影响. 采用扫描电子显微镜、能谱仪和拉伸试验机对接头组织与力学性能进行研究. 结果表明，采用啃削头辅助实现了铝/钢接头界面冶金结合；界面金属间化合物层厚度与焊缝中物相颗粒数量与尺寸随着啃削量增加而增大；接头强度随着啃削量增加呈现先增加后减小的趋势；界面形貌随啃削量增加，逐渐由平直状界面向周期性波浪状界面演变，再演变叠层状界面. 当啃削量为0.2 mm时，得到了“宏观 + 微观”尺度的双自锁界面结构，提高了接头力学性能，接头的平均抗拉强度最高达152 MPa.
基于无钎剂条件下，采用啃削辅助电弧熔钎焊方法研究啃削量对5052铝合金与SUS304不锈钢电弧熔钎焊接头组织与性能的影响. 采用扫描电子显微镜、能谱仪和拉伸试验机对接头组织与力学性能进行研究. 结果表明，采用啃削头辅助实现了铝/钢接头界面冶金结合；界面金属间化合物层厚度与焊缝中物相颗粒数量与尺寸随着啃削量增加而增大；接头强度随着啃削量增加呈现先增加后减小的趋势；界面形貌随啃削量增加，逐渐由平直状界面向周期性波浪状界面演变，再演变叠层状界面. 当啃削量为0.2 mm时，得到了“宏观 + 微观”尺度的双自锁界面结构，提高了接头力学性能，接头的平均抗拉强度最高达152 MPa.
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doi: 10.12073/j.hjxb.20220518001
摘要:
研究了复合添加微量In和Nd元素对低银BAg10CuZnSn钎料熔化特性、润湿性能、显微组织及钎焊接头力学性能的影响. 结果表明，In元素的添加可以显著降低钎料的固、液相线温度，而Nd元素对钎料的固、液相线温度没有明显的影响. 适量In元素和Nd元素的添加可以显著提高钎料在304不锈钢和紫铜上的铺展面积，同时钎料的显微组织得到了明显细化，过量添加In元素和Nd元素后钎料组织中出现了富铟相和稀土相. 当In和Nd元素的添加量分别为2%和0.1%时，304不锈钢/304不锈钢接头的抗剪强度达到最大值430 MPa，而304不锈钢/紫铜的钎焊接头发生断裂，且均断于紫铜处，说明钎焊接头的强度大于紫铜.
研究了复合添加微量In和Nd元素对低银BAg10CuZnSn钎料熔化特性、润湿性能、显微组织及钎焊接头力学性能的影响. 结果表明，In元素的添加可以显著降低钎料的固、液相线温度，而Nd元素对钎料的固、液相线温度没有明显的影响. 适量In元素和Nd元素的添加可以显著提高钎料在304不锈钢和紫铜上的铺展面积，同时钎料的显微组织得到了明显细化，过量添加In元素和Nd元素后钎料组织中出现了富铟相和稀土相. 当In和Nd元素的添加量分别为2%和0.1%时，304不锈钢/304不锈钢接头的抗剪强度达到最大值430 MPa，而304不锈钢/紫铜的钎焊接头发生断裂，且均断于紫铜处，说明钎焊接头的强度大于紫铜.
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doi: 10.12073/j.hjxb.20220701002
摘要:
为研究直流纵向磁场作用下金属蒸气对熔化极气体保护焊(gas metal arc welding，GMAW)电弧特性的影响，将钨铜复合材料制成特殊钨极代替熔化极产生铜蒸气，利用高速摄像法、光谱测温法以及小孔探测法对其进行了测试研究. 结果表明，铜蒸气进入电弧等离子体后，电弧出现分层，随铜蒸气含量的增加，弧芯外围区域半径随之增加，弧芯区的尺寸减小. 当铜含量为0%时，外加直流磁场后，电弧在阴极区收缩阳极区扩张，其轴向最高温度明显上升；电弧压力峰值偏离轴线，在外加磁场强度为0.015 T时呈现双峰分布，电流密度与电弧压力分布趋势相似；随着铜蒸气的介入，弧芯区电弧表现为阴极区收缩，阳极区扩张，弧芯周围的铜蒸气则明显收缩，电弧轴向最高温度上升的幅度明显降低. 随着铜含量的增加，电弧的导电面积增加，环向电磁力作用减弱，电弧中心压力下降幅度显著降低，阳极电流密度的分布趋势逐渐趋于扁平化.
为研究直流纵向磁场作用下金属蒸气对熔化极气体保护焊(gas metal arc welding，GMAW)电弧特性的影响，将钨铜复合材料制成特殊钨极代替熔化极产生铜蒸气，利用高速摄像法、光谱测温法以及小孔探测法对其进行了测试研究. 结果表明，铜蒸气进入电弧等离子体后，电弧出现分层，随铜蒸气含量的增加，弧芯外围区域半径随之增加，弧芯区的尺寸减小. 当铜含量为0%时，外加直流磁场后，电弧在阴极区收缩阳极区扩张，其轴向最高温度明显上升；电弧压力峰值偏离轴线，在外加磁场强度为0.015 T时呈现双峰分布，电流密度与电弧压力分布趋势相似；随着铜蒸气的介入，弧芯区电弧表现为阴极区收缩，阳极区扩张，弧芯周围的铜蒸气则明显收缩，电弧轴向最高温度上升的幅度明显降低. 随着铜含量的增加，电弧的导电面积增加，环向电磁力作用减弱，电弧中心压力下降幅度显著降低，阳极电流密度的分布趋势逐渐趋于扁平化.
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doi: 10.12073/j.hjxb.20220507002
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基于ABAQUS与FRANC 3D联合仿真的方法，对2024-T4铝合金搅拌摩擦焊接头预制裂纹于不同部位的紧凑拉伸试样进行裂纹扩展分析以及寿命预测，并深入分析不同部位裂纹扩展行为存在差异性的原因. 结果表明，随着裂纹长度的不断延长，裂纹尖端应力强度因子随之增大，且裂纹向前扩展路径基本沿直线扩展，ABAQUS与FRANC 3D联合仿真方法分析不同部位的裂纹尖端应力强度因子和裂纹扩展路径的理论计算和试验结果基本吻合，验证了分区域进行联合仿真的模型精度满足要求.不同部位裂纹扩展试样寿命预测结果与试验结果的相对误差均在5%左右，对焊接接头分区域联合仿真进行寿命预测是准确可行的. 裂纹位于不同部位的扩展试样断口处的疲劳辉纹间距不同导致预制裂纹于3个部位的疲劳寿命由低到高为：热影响区、垂直于焊缝方向、焊核区.
基于ABAQUS与FRANC 3D联合仿真的方法，对2024-T4铝合金搅拌摩擦焊接头预制裂纹于不同部位的紧凑拉伸试样进行裂纹扩展分析以及寿命预测，并深入分析不同部位裂纹扩展行为存在差异性的原因. 结果表明，随着裂纹长度的不断延长，裂纹尖端应力强度因子随之增大，且裂纹向前扩展路径基本沿直线扩展，ABAQUS与FRANC 3D联合仿真方法分析不同部位的裂纹尖端应力强度因子和裂纹扩展路径的理论计算和试验结果基本吻合，验证了分区域进行联合仿真的模型精度满足要求.不同部位裂纹扩展试样寿命预测结果与试验结果的相对误差均在5%左右，对焊接接头分区域联合仿真进行寿命预测是准确可行的. 裂纹位于不同部位的扩展试样断口处的疲劳辉纹间距不同导致预制裂纹于3个部位的疲劳寿命由低到高为：热影响区、垂直于焊缝方向、焊核区.
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doi: 10.12073/j.hjxb.20220503001
摘要:
以UNS S32750超级双相不锈钢为研究对象，采用冷金属过渡脉冲(cold metal transfer and pulse，CMT-P)复合电弧焊接技术，运用光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射仪和电子探针组织表征手段以及显微硬度和低温冲击韧性性能测试方法，对比研究了纯Ar和Ar + 2%N2气体保护对焊接接头的微观组织、硬度和低温韧性的影响规律．结果表明，与纯Ar保护气相比，添加2%N2保护的焊接过程飞溅较少，焊缝平整笔直，鱼鳞纹更加细致紧密．此外，热影响区主要由过量的铁素体和少量的奥氏体组成，并伴随有害的Cr2N析出．因此，与CMT-P复合电弧焊接头的其它区域相比，热影响区的硬度较高和韧性较低．添加2%N2气体保护增加了焊缝和热影响区奥氏体含量和N原子在铁素体与奥氏体内的固溶量，从而提高了接头各区域的低温韧性．
以UNS S32750超级双相不锈钢为研究对象，采用冷金属过渡脉冲(cold metal transfer and pulse，CMT-P)复合电弧焊接技术，运用光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射仪和电子探针组织表征手段以及显微硬度和低温冲击韧性性能测试方法，对比研究了纯Ar和Ar + 2%N2气体保护对焊接接头的微观组织、硬度和低温韧性的影响规律．结果表明，与纯Ar保护气相比，添加2%N2保护的焊接过程飞溅较少，焊缝平整笔直，鱼鳞纹更加细致紧密．此外，热影响区主要由过量的铁素体和少量的奥氏体组成，并伴随有害的Cr2N析出．因此，与CMT-P复合电弧焊接头的其它区域相比，热影响区的硬度较高和韧性较低．添加2%N2气体保护增加了焊缝和热影响区奥氏体含量和N原子在铁素体与奥氏体内的固溶量，从而提高了接头各区域的低温韧性．
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doi: 10.12073/j.hjxb.20220522002
摘要:
采用热等静压(hot isostatic pressing，HIP)工艺对棒材316L不锈钢/T2紫铜进行连接，分析连接界面微观组织和力学性能.结果表明，在塑性变形和扩散反应的连接机制下，异种金属连接接头结合良好，两侧基体元素发生了明显的互扩散，最终形成了3.9 μm厚的扩散层，扩散层分为两侧的扩散影响区(diffusion affected zone，DAZ)和中间反应层(reaction layer，RL)，扩散层及其附近的T2紫铜侧有树枝状的γ-Fe相、条状α(Cu, Ni)相和不规则块状富Cr相析出. 硬度试验结果表明，连接接头硬度要高于较弱T2紫铜母材，接头平均硬度为94 HV0.1，未出现硬度突变的现象，表明接头没有脆性金属间化合物生成，拉伸试验最终在T2紫铜母材断裂，断裂机制为韧性断裂，最大抗拉强度为165 MPa，接头及其附近析出相的弥散分布形成了第二相强化机制，阻碍位错的运动，最终使得连接接头具有较高的硬度和较好的结合强度.
采用热等静压(hot isostatic pressing，HIP)工艺对棒材316L不锈钢/T2紫铜进行连接，分析连接界面微观组织和力学性能.结果表明，在塑性变形和扩散反应的连接机制下，异种金属连接接头结合良好，两侧基体元素发生了明显的互扩散，最终形成了3.9 μm厚的扩散层，扩散层分为两侧的扩散影响区(diffusion affected zone，DAZ)和中间反应层(reaction layer，RL)，扩散层及其附近的T2紫铜侧有树枝状的γ-Fe相、条状α(Cu, Ni)相和不规则块状富Cr相析出. 硬度试验结果表明，连接接头硬度要高于较弱T2紫铜母材，接头平均硬度为94 HV0.1，未出现硬度突变的现象，表明接头没有脆性金属间化合物生成，拉伸试验最终在T2紫铜母材断裂，断裂机制为韧性断裂，最大抗拉强度为165 MPa，接头及其附近析出相的弥散分布形成了第二相强化机制，阻碍位错的运动，最终使得连接接头具有较高的硬度和较好的结合强度.
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doi: 10.12073/j.hjxb.20220520001
摘要:
采用激光对304不锈钢薄板搭接缝进行软钎焊，并对钎缝组织与力学性能进行了研究. 工艺试验结果表明，当激光束倾角为60°和离焦量为300 mm时，能够有效降低激光束的热输入，实现304不锈钢薄板搭接缝的无变形钎焊，填缝深度可达5 mm，钎缝外观成形光滑、饱满，颜色与母材相近，无需涂装. 钎焊接头分为不锈钢母材区、钎缝区、不锈钢母材区3个区域，钎缝区和母材区的边界清晰且明显，钎缝组织连续致密，无气孔、裂纹等缺陷。钎缝显微组织主要由黑色固溶体相、大菱形块状白色相和短棒状白色相组成，分析认为3种相分别为锡基固溶体相、SnSb相和Cu6Sn5相. 钎料和母材之间形成约1 ~ 2 μm金属化合物FeSn2扩散层. 钎缝的平均抗剪强度测试结果为39 MPa，能够满足不锈钢薄板搭接缝的工程应用.
采用激光对304不锈钢薄板搭接缝进行软钎焊，并对钎缝组织与力学性能进行了研究. 工艺试验结果表明，当激光束倾角为60°和离焦量为300 mm时，能够有效降低激光束的热输入，实现304不锈钢薄板搭接缝的无变形钎焊，填缝深度可达5 mm，钎缝外观成形光滑、饱满，颜色与母材相近，无需涂装. 钎焊接头分为不锈钢母材区、钎缝区、不锈钢母材区3个区域，钎缝区和母材区的边界清晰且明显，钎缝组织连续致密，无气孔、裂纹等缺陷。钎缝显微组织主要由黑色固溶体相、大菱形块状白色相和短棒状白色相组成，分析认为3种相分别为锡基固溶体相、SnSb相和Cu6Sn5相. 钎料和母材之间形成约1 ~ 2 μm金属化合物FeSn2扩散层. 钎缝的平均抗剪强度测试结果为39 MPa，能够满足不锈钢薄板搭接缝的工程应用.
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doi: 10.12073/j.hjxb.20220511003
摘要:
采用激光摆动焊接实现了5 mm厚1Cr18Ni9Ti不锈钢的焊接，获得成形良好、低气孔率的接头.分析了焊接速度、摆动幅值、摆动频率、摆动形式对焊缝成形和气孔率的影响，从匙孔、熔池流动、气泡逸出的角度揭示了工艺参数影响气孔率的主要机理. 结果表明，对于5 mm厚不锈钢激光摆动焊接，适当提高焊接速度和摆动幅值，更利于减小气孔率；激光摆动频率在100 ~ 300 Hz可以兼顾较低气孔率和较好的焊缝成形；“8”形摆动激光可以获得相对较优的焊缝成形，焊缝气孔率最低，达到2.94%；而线性摆动激光获得焊缝成形最差，气孔率最高，达到19.13%.
采用激光摆动焊接实现了5 mm厚1Cr18Ni9Ti不锈钢的焊接，获得成形良好、低气孔率的接头.分析了焊接速度、摆动幅值、摆动频率、摆动形式对焊缝成形和气孔率的影响，从匙孔、熔池流动、气泡逸出的角度揭示了工艺参数影响气孔率的主要机理. 结果表明，对于5 mm厚不锈钢激光摆动焊接，适当提高焊接速度和摆动幅值，更利于减小气孔率；激光摆动频率在100 ~ 300 Hz可以兼顾较低气孔率和较好的焊缝成形；“8”形摆动激光可以获得相对较优的焊缝成形，焊缝气孔率最低，达到2.94%；而线性摆动激光获得焊缝成形最差，气孔率最高，达到19.13%.
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doi: 10.12073/j.hjxb.20220516001
摘要:
为了提高等离子弧焊熔池熔透状态预测的准确率，满足工业应用的需求，提出了一种融合图像空间和通道特征的熔池熔透状态预测模型PCSCNet. 在该模型中对残差网络(residual network, ResNet50)结构进行改造，并融入压缩和激励网络来同时提取熔池正面图像的空间和通道特征信息. 采用恒定电流等离子弧焊试验的数据集进行测试，建立了熔池正面图像与熔池熔透状态的对应关系. 结果表明，模型预测准确率提升到95%以上. 采用Grad-CAM方法对模型进行可视化，分析并揭示了模型预测的聚焦区域，与实际熔池的图像特征进行对比，验证了模型的合理性.
为了提高等离子弧焊熔池熔透状态预测的准确率，满足工业应用的需求，提出了一种融合图像空间和通道特征的熔池熔透状态预测模型PCSCNet. 在该模型中对残差网络(residual network, ResNet50)结构进行改造，并融入压缩和激励网络来同时提取熔池正面图像的空间和通道特征信息. 采用恒定电流等离子弧焊试验的数据集进行测试，建立了熔池正面图像与熔池熔透状态的对应关系. 结果表明，模型预测准确率提升到95%以上. 采用Grad-CAM方法对模型进行可视化，分析并揭示了模型预测的聚焦区域，与实际熔池的图像特征进行对比，验证了模型的合理性.
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doi: 10.12073/j.hjxb.20220908002
摘要:
针对紫铜激光焊高反射率问题，提出了一种纳秒激光直写表面辅助下紫铜激光焊方法. 利用纳秒激光对紫铜待焊区表面进行激光直写，产生覆盖有纳米颗粒的周期微结构，提高吸收率从而实现激光焊. 阐述了纳秒激光直写表面降反作用机理，研究了焊接工艺参数对焊缝成形的影响，对焊接接头的组织和力学性能进行了分析. 结果表明，纳秒激光直写表面能够有效降低紫铜对激光的反射率；随着焊接激光功率增加，焊缝成形由宽而浅变为窄而深；焊缝区结晶以铜晶粒为晶核呈柱状晶生长，且柱状晶尾部呈弯曲状指向焊接方向，并非指向中截面生长，树枝状束粗细均匀；通过线扫描发现表面纳秒激光直写处理对紫铜焊缝冶金行为几乎没有影响，仅在距离焊缝表面53 μm范围内存在少量O元素，而焊缝内部几乎没有氧等异质引入，均为紫铜的单相固溶体；接头的抗拉强度为母材的81.4%，焊缝中心硬度为65.8 HV0.1，断口表现为延性断裂，焊缝保持一定塑性.
针对紫铜激光焊高反射率问题，提出了一种纳秒激光直写表面辅助下紫铜激光焊方法. 利用纳秒激光对紫铜待焊区表面进行激光直写，产生覆盖有纳米颗粒的周期微结构，提高吸收率从而实现激光焊. 阐述了纳秒激光直写表面降反作用机理，研究了焊接工艺参数对焊缝成形的影响，对焊接接头的组织和力学性能进行了分析. 结果表明，纳秒激光直写表面能够有效降低紫铜对激光的反射率；随着焊接激光功率增加，焊缝成形由宽而浅变为窄而深；焊缝区结晶以铜晶粒为晶核呈柱状晶生长，且柱状晶尾部呈弯曲状指向焊接方向，并非指向中截面生长，树枝状束粗细均匀；通过线扫描发现表面纳秒激光直写处理对紫铜焊缝冶金行为几乎没有影响，仅在距离焊缝表面53 μm范围内存在少量O元素，而焊缝内部几乎没有氧等异质引入，均为紫铜的单相固溶体；接头的抗拉强度为母材的81.4%，焊缝中心硬度为65.8 HV0.1，断口表现为延性断裂，焊缝保持一定塑性.
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doi: 10.12073/j.hjxb.20220510003
摘要:
以UNS S32750超级双相不锈钢为研究对象，采用光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、电子探针显微分析仪对激光焊接头微观组织和元素分布进行表征，采用临界点蚀温度测试方法研究激光功率对激光焊接头点蚀行为的影响规律. 结果表明，提高激光功率可显著增加焊缝中奥氏体含量，并且在一定程度上抑制Cr2N析出. 此外，激光焊焊缝具有比母材更低的耐点蚀性能.但随着激光功率的增加，焊缝中耐蚀的奥氏体含量增加，同时降低了Cr2N析出倾向，因此其耐点蚀性能也逐渐增强. 与双相钢母材相比，激光焊焊缝中Cr，Ni，Mo等合金元素在铁素体与奥氏体中的分配差异性显著减小，而N原子的分配差异性增加，因此焊缝中铁素体具有比奥氏体更低的耐点蚀指数，进而优先被选择性腐蚀.对于双相钢母材，点蚀主要发生在δ/γ相界和夹杂处,而激光焊焊缝的点蚀主要以铁素体内大量析出的Cr2N作为点蚀萌生位置，并向弱相铁素体内快速发展.
以UNS S32750超级双相不锈钢为研究对象，采用光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、电子探针显微分析仪对激光焊接头微观组织和元素分布进行表征，采用临界点蚀温度测试方法研究激光功率对激光焊接头点蚀行为的影响规律. 结果表明，提高激光功率可显著增加焊缝中奥氏体含量，并且在一定程度上抑制Cr2N析出. 此外，激光焊焊缝具有比母材更低的耐点蚀性能.但随着激光功率的增加，焊缝中耐蚀的奥氏体含量增加，同时降低了Cr2N析出倾向，因此其耐点蚀性能也逐渐增强. 与双相钢母材相比，激光焊焊缝中Cr，Ni，Mo等合金元素在铁素体与奥氏体中的分配差异性显著减小，而N原子的分配差异性增加，因此焊缝中铁素体具有比奥氏体更低的耐点蚀指数，进而优先被选择性腐蚀.对于双相钢母材，点蚀主要发生在δ/γ相界和夹杂处,而激光焊焊缝的点蚀主要以铁素体内大量析出的Cr2N作为点蚀萌生位置，并向弱相铁素体内快速发展.
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doi: 10.12073/j.hjxb.20220507001
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采用激光摆动焊接技术对2219-T651铝合金进行了不同摆动幅度和频率下的焊接试验，研究了摆动工艺参数、焊缝气孔率和宏观成形、接头组织和性能之间的内在联系. 结果表明，与无摆动焊接相比，激光摆动焊接可以降低焊缝气孔率，尤其随着摆动幅度的增加，当摆动幅度为2.5 mm时，气孔率降至1.66%. 与母材相比，热影响区和熔化区发生软化. 靠近焊缝的热影响区，由于沉淀强化作用的变弱，硬度逐渐降低，直至出现“平台”. 而由α(Al)基体以及枝晶间和晶界α(Al) + θ(Al2Cu)共晶相组成的熔化区，因铜的偏析导致固溶强化效果被削弱，表现出最低的硬度. 此外，部分摆动参数下焊缝晶粒尺寸有所细化，这引起了其硬度的略微升高. 当摆动频率为150 Hz和摆动幅度为2.5 mm时，接头的抗拉强度高达318 MPa，约为母材抗拉强度的69.4%，接头抗拉强度与断口孔洞面积占比呈线性负相关关系，焊缝气孔率是影响焊态接头抗拉强度的主要因素.
采用激光摆动焊接技术对2219-T651铝合金进行了不同摆动幅度和频率下的焊接试验，研究了摆动工艺参数、焊缝气孔率和宏观成形、接头组织和性能之间的内在联系. 结果表明，与无摆动焊接相比，激光摆动焊接可以降低焊缝气孔率，尤其随着摆动幅度的增加，当摆动幅度为2.5 mm时，气孔率降至1.66%. 与母材相比，热影响区和熔化区发生软化. 靠近焊缝的热影响区，由于沉淀强化作用的变弱，硬度逐渐降低，直至出现“平台”. 而由α(Al)基体以及枝晶间和晶界α(Al) + θ(Al2Cu)共晶相组成的熔化区，因铜的偏析导致固溶强化效果被削弱，表现出最低的硬度. 此外，部分摆动参数下焊缝晶粒尺寸有所细化，这引起了其硬度的略微升高. 当摆动频率为150 Hz和摆动幅度为2.5 mm时，接头的抗拉强度高达318 MPa，约为母材抗拉强度的69.4%，接头抗拉强度与断口孔洞面积占比呈线性负相关关系，焊缝气孔率是影响焊态接头抗拉强度的主要因素.
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doi: 10.12073/j.hjxb.20220511001
摘要:
为解决6061-T6铝合金焊后热影响区软化导致力学性能下降的问题，基于焊接接头余高大变形强化过时效软化区的思想，采用双轧辊系统对6061-T6薄板铝合金直流双脉冲熔化极气体保护焊(DC double pulse metal inert gas welding，DP-MIG焊)接头进行同步双面轧制，并分析了焊轧复合成形接头组织与力学性能. 结果表明，焊缝晶粒受到竖直方向的轧制力发生大塑性变形，内部气孔消失，焊缝区域变宽，邻近焊缝的热影响区受到来自焊缝的挤压力发生协同宏观变形，远离焊缝的过时效软化区组织受到来自焊缝处的压应力，从沿垂直焊缝方向产生部分协同形变强化；接头的硬度明显提升，过时效软化区的硬度由60 ~ 70 HV提升至80 ~ 90 HV，过时效软化区的拉伸性能也有所提升，当焊接速度为800 mm/min时，抗拉强度最佳可达到母材的83.6%，相较于焊接接头提升19.4%，进而实现了对过时效软化区的强化效果.
为解决6061-T6铝合金焊后热影响区软化导致力学性能下降的问题，基于焊接接头余高大变形强化过时效软化区的思想，采用双轧辊系统对6061-T6薄板铝合金直流双脉冲熔化极气体保护焊(DC double pulse metal inert gas welding，DP-MIG焊)接头进行同步双面轧制，并分析了焊轧复合成形接头组织与力学性能. 结果表明，焊缝晶粒受到竖直方向的轧制力发生大塑性变形，内部气孔消失，焊缝区域变宽，邻近焊缝的热影响区受到来自焊缝的挤压力发生协同宏观变形，远离焊缝的过时效软化区组织受到来自焊缝处的压应力，从沿垂直焊缝方向产生部分协同形变强化；接头的硬度明显提升，过时效软化区的硬度由60 ~ 70 HV提升至80 ~ 90 HV，过时效软化区的拉伸性能也有所提升，当焊接速度为800 mm/min时，抗拉强度最佳可达到母材的83.6%，相较于焊接接头提升19.4%，进而实现了对过时效软化区的强化效果.
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2023, 44(3): 1-7.
doi: 10.12073/j.hjxb.20220412002
摘要:
主S-N曲线法作为疲劳计算的新方法在焊接结构疲劳分析中被广泛采用. 为了实现该方法在试验载荷下基于稳态动力学计算结果开展焊接结构疲劳寿命预测，首先引入台架模型作为边界条件，实现将试验载荷作为仿真分析的输入，基于模态叠加法的稳态动力学理论获得较准确的焊缝动态响应. 其次在主S-N曲线法的准静态计算流程基础上，扩展其内涵，提出基于模态结构应力叠加的动态结构应力计算方法，该方法将稳态动力学计算的模态坐标与焊缝的模态结构应力进行叠加，实现动态结构应力计算及动态等效结构应力计算，再采用主S-N曲线进行寿命评估预测. 进一步开发了焊接结构模态结构应力法疲劳评估软件，基于该软件开展了车体疲劳评估和疲劳试验对比. 结果表明，该方法比传统方法更能有效地识别出动态加载下车体的疲劳破坏部位，验证了该方法在试验动态载荷加载下开展焊接结构疲劳评估的有效性和优越性，为研究焊接结构疲劳寿命评估理论和拓展主S-N曲线法提供了技术基础.
主S-N曲线法作为疲劳计算的新方法在焊接结构疲劳分析中被广泛采用. 为了实现该方法在试验载荷下基于稳态动力学计算结果开展焊接结构疲劳寿命预测，首先引入台架模型作为边界条件，实现将试验载荷作为仿真分析的输入，基于模态叠加法的稳态动力学理论获得较准确的焊缝动态响应. 其次在主S-N曲线法的准静态计算流程基础上，扩展其内涵，提出基于模态结构应力叠加的动态结构应力计算方法，该方法将稳态动力学计算的模态坐标与焊缝的模态结构应力进行叠加，实现动态结构应力计算及动态等效结构应力计算，再采用主S-N曲线进行寿命评估预测. 进一步开发了焊接结构模态结构应力法疲劳评估软件，基于该软件开展了车体疲劳评估和疲劳试验对比. 结果表明，该方法比传统方法更能有效地识别出动态加载下车体的疲劳破坏部位，验证了该方法在试验动态载荷加载下开展焊接结构疲劳评估的有效性和优越性，为研究焊接结构疲劳寿命评估理论和拓展主S-N曲线法提供了技术基础.
2023, 44(3): 8-16.
doi: 10.12073/j.hjxb.20220426001
摘要:
为了获得高质量激光熔覆制件，针对现有研究仅以宏观几何形貌为优化目标的问题，以316L不锈钢为例，提出一种以宏微观特征为目标的工艺优化方法. 首先通过全析因设计和回归分析构建熔覆层宏观几何形貌及微观组织同主要工艺参数的经验统计模型，探讨了工艺参数对几何形貌及微观晶粒平均截距的影响规律. 然后选用几何形貌和晶粒平均截距作为评价熔覆成形质量的指标，采用复合合意性函数确定了最佳工艺参数和合适工艺窗口，最后验证了该方法可行性和有效性. 结果表明，在选择最佳工艺参数的条件下，宏微观特征的统计模型具有较高预测精度，制备的熔覆样件不仅具更高的显微硬度，还具备良好的拉伸性能：屈服强度为439 MPa，抗拉极限为751 MPa，断后伸长率为26%，实现了宏微观特征的优化.
为了获得高质量激光熔覆制件，针对现有研究仅以宏观几何形貌为优化目标的问题，以316L不锈钢为例，提出一种以宏微观特征为目标的工艺优化方法. 首先通过全析因设计和回归分析构建熔覆层宏观几何形貌及微观组织同主要工艺参数的经验统计模型，探讨了工艺参数对几何形貌及微观晶粒平均截距的影响规律. 然后选用几何形貌和晶粒平均截距作为评价熔覆成形质量的指标，采用复合合意性函数确定了最佳工艺参数和合适工艺窗口，最后验证了该方法可行性和有效性. 结果表明，在选择最佳工艺参数的条件下，宏微观特征的统计模型具有较高预测精度，制备的熔覆样件不仅具更高的显微硬度，还具备良好的拉伸性能：屈服强度为439 MPa，抗拉极限为751 MPa，断后伸长率为26%，实现了宏微观特征的优化.
2023, 44(3): 17-22.
doi: 10.12073/j.hjxb.20220427001
摘要:
文中提出了一种基于压电致动器的高动态焊丝启停控制技术，压电致动器膨胀锁止焊丝，收缩则释放焊丝. 在焊丝锁止−释放过程中，可以主动驱动熔滴与熔池短路，并利用这一动态过程产生的惯性力驱动短路液桥断裂完成一次熔滴过渡. 研究结果表明，组合压电致动器的加入对于小电流下GMAW短路过渡有显著的改善，短路开始和结束都稳定可控，避免了随机短路的发生，不再依赖大短路电流强制缩颈液桥，短路过渡频率显著提升，在DCEP 100 A焊接电流下可达130 Hz，DCEN模式下由于阴极斑点爬升导致电弧稳定性较差，但短路过渡频率也可达100 Hz.
文中提出了一种基于压电致动器的高动态焊丝启停控制技术，压电致动器膨胀锁止焊丝，收缩则释放焊丝. 在焊丝锁止−释放过程中，可以主动驱动熔滴与熔池短路，并利用这一动态过程产生的惯性力驱动短路液桥断裂完成一次熔滴过渡. 研究结果表明，组合压电致动器的加入对于小电流下GMAW短路过渡有显著的改善，短路开始和结束都稳定可控，避免了随机短路的发生，不再依赖大短路电流强制缩颈液桥，短路过渡频率显著提升，在DCEP 100 A焊接电流下可达130 Hz，DCEN模式下由于阴极斑点爬升导致电弧稳定性较差，但短路过渡频率也可达100 Hz.
2023, 44(3): 23-30.
doi: 10.12073/j.hjxb.20220404001
摘要:
以5A06铝合金锁底对接焊缝为研究对象，在激光束摆动的基础上引入一种沿正弦摆动路径分布的激光功率(功率分布)，实现功率相对于摆动路径的动态调控. 基于FLUENT有限元软件，建立激光摆动焊接过程的流体动力学模型，研究光斑摆动与功率分布对焊缝成形的影响机制，模拟对比了施加等功率与功率分布2种工艺下的焊缝截面形貌、熔池动态行为及气孔形成过程. 结果表明，与等功率焊接相比，施加功率分布焊缝成形更优，未出现咬边和烧穿等缺陷；由于功率分布的特点，有效缓和了熔池的平均流速，熔融金属呈现更为稳定的流动行为，进一步提高了匙孔的稳定性，并获得了深宽比较小的匙孔，有效降低了焊缝的孔隙率(0.9 %).
以5A06铝合金锁底对接焊缝为研究对象，在激光束摆动的基础上引入一种沿正弦摆动路径分布的激光功率(功率分布)，实现功率相对于摆动路径的动态调控. 基于FLUENT有限元软件，建立激光摆动焊接过程的流体动力学模型，研究光斑摆动与功率分布对焊缝成形的影响机制，模拟对比了施加等功率与功率分布2种工艺下的焊缝截面形貌、熔池动态行为及气孔形成过程. 结果表明，与等功率焊接相比，施加功率分布焊缝成形更优，未出现咬边和烧穿等缺陷；由于功率分布的特点，有效缓和了熔池的平均流速，熔融金属呈现更为稳定的流动行为，进一步提高了匙孔的稳定性，并获得了深宽比较小的匙孔，有效降低了焊缝的孔隙率(0.9 %).
2023, 44(3): 31-36, 60.
doi: 10.12073/j.hjxb.20220401001
摘要:
解决K4951合金的熔焊修复是实现新一代航空发动机机匣研制的关键.针对K4951合金中的难熔元素含量高、可焊性较差的问题，本文根据该合金的成分特点，通过调整母材中的沉淀强化元素和固溶强化元素，设计出7种成分的焊丝，并利用扫描电镜、透射电镜、电子探针和热力学软件等研究手段分析了合金元素对焊接接头的裂纹敏感性和持久性能的影响.结果表明，在母材成分的基础上提高焊丝中B元素含量至0.04%，接头的裂纹敏感性显著增加，焊缝金属加工即断裂；提高Nb元素含量可提升晶界液膜的愈合能力，有效的降低焊缝样品的焊接敏感性，接头的持久寿命由15 h提升至41 h；降低Cr，Mo元素的含量可以在一定程度上提高的合金的裂纹敏感性，使接头的持久寿命提升；提高Al元素的含量，同时调控Nb，Cr，Mo等元素可有效抑制裂纹形成，并提升了焊缝金属的高温服役性能.研究结果可为后续沉淀强化镍基高温合金的焊接性研究提供一定的参考价值.
解决K4951合金的熔焊修复是实现新一代航空发动机机匣研制的关键.针对K4951合金中的难熔元素含量高、可焊性较差的问题，本文根据该合金的成分特点，通过调整母材中的沉淀强化元素和固溶强化元素，设计出7种成分的焊丝，并利用扫描电镜、透射电镜、电子探针和热力学软件等研究手段分析了合金元素对焊接接头的裂纹敏感性和持久性能的影响.结果表明，在母材成分的基础上提高焊丝中B元素含量至0.04%，接头的裂纹敏感性显著增加，焊缝金属加工即断裂；提高Nb元素含量可提升晶界液膜的愈合能力，有效的降低焊缝样品的焊接敏感性，接头的持久寿命由15 h提升至41 h；降低Cr，Mo元素的含量可以在一定程度上提高的合金的裂纹敏感性，使接头的持久寿命提升；提高Al元素的含量，同时调控Nb，Cr，Mo等元素可有效抑制裂纹形成，并提升了焊缝金属的高温服役性能.研究结果可为后续沉淀强化镍基高温合金的焊接性研究提供一定的参考价值.
2023, 44(3): 37-43.
doi: 10.12073/j.hjxb.20220410001
摘要:
针对双钨极氩弧焊(T-TIG)存在的电弧压力小、焊缝熔深浅等问题，引入不同极性的外加尖角磁场辅助T-TIG焊方法.分别采用高速摄像机和红外摄像仪研究不同极性的尖角磁场对电弧形态和焊缝特征的影响规律，并构建物理模型以揭示尖角磁场与电弧等离子体间的相互作用机制.结果表明，外加尖角磁场影响着T-TIG电弧形态和焊缝温度场，两种极性的尖角磁场都对其热影响区组织有细化作用.其中，在正极性的尖角磁场作用下，T-TIG电弧形态变化程度更大，焊缝温度场更加集中，焊缝熔深比未加磁场时增加37.1%，同时能量利用效率提高31.6%.
针对双钨极氩弧焊(T-TIG)存在的电弧压力小、焊缝熔深浅等问题，引入不同极性的外加尖角磁场辅助T-TIG焊方法.分别采用高速摄像机和红外摄像仪研究不同极性的尖角磁场对电弧形态和焊缝特征的影响规律，并构建物理模型以揭示尖角磁场与电弧等离子体间的相互作用机制.结果表明，外加尖角磁场影响着T-TIG电弧形态和焊缝温度场，两种极性的尖角磁场都对其热影响区组织有细化作用.其中，在正极性的尖角磁场作用下，T-TIG电弧形态变化程度更大，焊缝温度场更加集中，焊缝熔深比未加磁场时增加37.1%，同时能量利用效率提高31.6%.
2023, 44(3): 44-53.
doi: 10.12073/j.hjxb.20220425003
摘要:
颗粒增强金属基复合结构件在航空航天、机械制造以及电子电工等领域有着广泛的应有前景. 文中选用激光增材选区熔化技术制备碳化钨(WC)颗粒增强TC4复合材料(WC/TC4)，研究了WC颗粒含量和激光功率对复合材料微观组织和力学性能的影响. 结果表明，随着WC颗粒含量的增加，复合材料宏观试样成形能力降低，在WC颗粒含量为(0% ~ 15%)时，WC颗粒分布较为均匀，未见微气孔、裂纹的出现，当颗粒含量为20%时，材料内部出现气孔和裂纹，难以成形；在WC/基体的界面处形成了一层TiC和W2C界面层，界面结合性能良好；随着复合材料内部颗粒含量和激光功率的增加，材料的断裂强度和断后伸长率降低，断裂机理主要为WC颗粒的脆性断裂和沿WC-W2C界面的层状撕裂.
颗粒增强金属基复合结构件在航空航天、机械制造以及电子电工等领域有着广泛的应有前景. 文中选用激光增材选区熔化技术制备碳化钨(WC)颗粒增强TC4复合材料(WC/TC4)，研究了WC颗粒含量和激光功率对复合材料微观组织和力学性能的影响. 结果表明，随着WC颗粒含量的增加，复合材料宏观试样成形能力降低，在WC颗粒含量为(0% ~ 15%)时，WC颗粒分布较为均匀，未见微气孔、裂纹的出现，当颗粒含量为20%时，材料内部出现气孔和裂纹，难以成形；在WC/基体的界面处形成了一层TiC和W2C界面层，界面结合性能良好；随着复合材料内部颗粒含量和激光功率的增加，材料的断裂强度和断后伸长率降低，断裂机理主要为WC颗粒的脆性断裂和沿WC-W2C界面的层状撕裂.
2023, 44(3): 54-60.
doi: 10.12073/j.hjxb.20220429002
摘要:
送进式焊剂片约束电弧超窄间隙焊接中，连续送进的焊剂片与电弧相互作用的关系影响着焊接过程的稳定性.采用一种快速中断电弧的方法，得到了熄弧位置处焊缝熔池形态和焊剂片瞬时熔化形貌，分析了焊剂片对电弧的作用长度与电弧受约束程度的关系.结果表明，增加焊剂片送进速度或减小电弧电压，可使焊剂片对电弧的作用长度增加，当增至一定程度时，电弧被有效约束在坡口底部对侧壁根部进行均匀加热，获得根部熔合良好的平焊缝.当焊剂片对电弧的作用长度过小时，电弧的受约束程度减弱，电弧加热区域集中在两侧壁上，很难在坡口根部形成有效熔池，最终形成孔洞焊缝.
送进式焊剂片约束电弧超窄间隙焊接中，连续送进的焊剂片与电弧相互作用的关系影响着焊接过程的稳定性.采用一种快速中断电弧的方法，得到了熄弧位置处焊缝熔池形态和焊剂片瞬时熔化形貌，分析了焊剂片对电弧的作用长度与电弧受约束程度的关系.结果表明，增加焊剂片送进速度或减小电弧电压，可使焊剂片对电弧的作用长度增加，当增至一定程度时，电弧被有效约束在坡口底部对侧壁根部进行均匀加热，获得根部熔合良好的平焊缝.当焊剂片对电弧的作用长度过小时，电弧的受约束程度减弱，电弧加热区域集中在两侧壁上，很难在坡口根部形成有效熔池，最终形成孔洞焊缝.
2023, 44(3): 61-69.
doi: 10.12073/j.hjxb.20221013001
摘要:
通过激光填丝焊接方法并采用自主开发设计的钛合金药芯焊丝，进行TC4钛合金板的焊接，对获得的焊接接头进行850 ℃保温2 h后随炉冷却退火工艺处理，并与焊态焊接接头的组织性能进行比对分析，结果表明，热处理态焊接接头焊缝中由αp相、αs相集束及点状分布的残留β相构成，没有发现焊态焊缝中的α'马氏体组织；热处理态焊接接头强度降低但断后伸长率和常温冲击韧性增加；热处理态焊接接头拉伸断口由大量撕裂唇包围，韧窝深且均匀，呈微孔聚合韧性断裂.通过XRD测试发现焊态焊缝中主要由α'马氏体组成，还有少量极弱的多角度α相衍射峰，而热处理态焊缝中α相衍射峰中心角度位置与焊态焊缝中α'马氏体一致，另外还发现了较为明显且尖锐的β相(110)衍射峰.
通过激光填丝焊接方法并采用自主开发设计的钛合金药芯焊丝，进行TC4钛合金板的焊接，对获得的焊接接头进行850 ℃保温2 h后随炉冷却退火工艺处理，并与焊态焊接接头的组织性能进行比对分析，结果表明，热处理态焊接接头焊缝中由αp相、αs相集束及点状分布的残留β相构成，没有发现焊态焊缝中的α'马氏体组织；热处理态焊接接头强度降低但断后伸长率和常温冲击韧性增加；热处理态焊接接头拉伸断口由大量撕裂唇包围，韧窝深且均匀，呈微孔聚合韧性断裂.通过XRD测试发现焊态焊缝中主要由α'马氏体组成，还有少量极弱的多角度α相衍射峰，而热处理态焊缝中α相衍射峰中心角度位置与焊态焊缝中α'马氏体一致，另外还发现了较为明显且尖锐的β相(110)衍射峰.
2023, 44(3): 70-76.
doi: 10.12073/j.hjxb.20220419002
摘要:
为提高炸药能量利用效率、降低能量耗散，利用自约束结构炸药进行爆炸焊接研究. 以T2铜和Q345钢分别作为复层与基层，自约束结构炸药作为焊接炸药，借助ANSYS/AUTODYN软件模拟爆炸焊接过程，并进行T2/Q345爆炸焊接试验，对复合板试件进行拉剪性能检测和微观形貌观察分析其焊接质量. 结果表明，T2/Q345爆炸焊接的碰撞速度距起爆端100 mm后均大于临界碰撞速度345 m/s，距起爆端150 mm处碰撞速度达到最大值567 m/s. T2/Q345复合板起爆端呈直线结合，并随着传爆距离增加变为波形结合. T2/Q345复合板远离起爆端的平均剪切强度为237.0 MPa，断裂位置位于铜一侧. 试件被拉剪破坏后的铜层出现加工硬化现象，远离结合界面的显微硬度和塑性变形程度呈增强趋势. 自约束结构炸药可降低自身爆炸产物飞散，使炸药能量更多地转化为复层动能，提高能量利用率.
为提高炸药能量利用效率、降低能量耗散，利用自约束结构炸药进行爆炸焊接研究. 以T2铜和Q345钢分别作为复层与基层，自约束结构炸药作为焊接炸药，借助ANSYS/AUTODYN软件模拟爆炸焊接过程，并进行T2/Q345爆炸焊接试验，对复合板试件进行拉剪性能检测和微观形貌观察分析其焊接质量. 结果表明，T2/Q345爆炸焊接的碰撞速度距起爆端100 mm后均大于临界碰撞速度345 m/s，距起爆端150 mm处碰撞速度达到最大值567 m/s. T2/Q345复合板起爆端呈直线结合，并随着传爆距离增加变为波形结合. T2/Q345复合板远离起爆端的平均剪切强度为237.0 MPa，断裂位置位于铜一侧. 试件被拉剪破坏后的铜层出现加工硬化现象，远离结合界面的显微硬度和塑性变形程度呈增强趋势. 自约束结构炸药可降低自身爆炸产物飞散，使炸药能量更多地转化为复层动能，提高能量利用率.
2023, 44(3): 77-86.
doi: 10.12073/j.hjxb.20220418001
摘要:
分别在不同焊接时间和不同焊接温度下制备了Sn35Bi0.3Ag/Cu焊接接头，采用扫描电子显微镜(SEM)、万能拉伸试验机、超声波成像无损探伤检测仪等测试手段，研究了焊接时间(1 ~ 9 min)和焊接温度(210 ~ 290 ℃)对Sn35Bi0.3Ag/Cu焊接接头微观结构和力学性能的影响. 结果表明，在焊接过程中，Cu元素扩散到焊接界面处，形成了(Cu6Sn5, Cu3Sn)界面层，同时发现生成的Ag3Sn相能够抑制界面层的生长. 随着焊接时间的延长或焊接温度的升高，反应层变厚，抗剪强度先增大后减小. 对焊接接头断口形貌分析发现，焊接接头的断裂由Bi相颗粒及Cu6Sn5颗粒共同作用. 焊接接头的断裂发生在IMC/焊料一侧，Bi相颗粒及Cu6Sn5颗粒共同影响着接头的抗剪强度. 此外，当焊接时间为3 min、焊接温度为230 ℃时，接头的钎着率最大，为99.14%，抗剪强度达到最大值，为51.8 MPa.
分别在不同焊接时间和不同焊接温度下制备了Sn35Bi0.3Ag/Cu焊接接头，采用扫描电子显微镜(SEM)、万能拉伸试验机、超声波成像无损探伤检测仪等测试手段，研究了焊接时间(1 ~ 9 min)和焊接温度(210 ~ 290 ℃)对Sn35Bi0.3Ag/Cu焊接接头微观结构和力学性能的影响. 结果表明，在焊接过程中，Cu元素扩散到焊接界面处，形成了(Cu6Sn5, Cu3Sn)界面层，同时发现生成的Ag3Sn相能够抑制界面层的生长. 随着焊接时间的延长或焊接温度的升高，反应层变厚，抗剪强度先增大后减小. 对焊接接头断口形貌分析发现，焊接接头的断裂由Bi相颗粒及Cu6Sn5颗粒共同作用. 焊接接头的断裂发生在IMC/焊料一侧，Bi相颗粒及Cu6Sn5颗粒共同影响着接头的抗剪强度. 此外，当焊接时间为3 min、焊接温度为230 ℃时，接头的钎着率最大，为99.14%，抗剪强度达到最大值，为51.8 MPa.
2023, 44(3): 87-91.
doi: 10.12073/j.hjxb.20220412001
摘要:
改变Ti或Nb的添加量制备Fe-Cr-C-B系铁基堆焊合金. 借助扫描电镜、X射线衍射仪、洛氏硬度计和磨损试验机对堆焊合金组织性能进行测试分析. 结果表明，在含Ti或Nb的堆焊合金中，初生奥氏体晶粒细化，共晶组织呈断网状均匀分布，并分别有黑色圆形或块状TiC和菱形或三角形NbC硬质相颗粒生成，添加5%Ti的堆焊合金组织最细小. TiC或NbC硬质相颗粒在组织中呈均匀弥散分布，能够作为耐磨质点与细化的初生奥氏体和共晶组织构成耐磨骨架，共同抵抗磨粒的楔入与切削作用. 当Ti添加量为5%时，含Ti堆焊合金达到最优耐磨性，硬度为66 HRC，磨损量为0.0487 g；当Nb添加量为4%时，含Nb堆焊合金达到最优耐磨性，硬度为65 HRC，磨损量为0.0524 g. 在同等条件下，含有适量Ti的铁基堆焊合金具有更优的耐磨性.
改变Ti或Nb的添加量制备Fe-Cr-C-B系铁基堆焊合金. 借助扫描电镜、X射线衍射仪、洛氏硬度计和磨损试验机对堆焊合金组织性能进行测试分析. 结果表明，在含Ti或Nb的堆焊合金中，初生奥氏体晶粒细化，共晶组织呈断网状均匀分布，并分别有黑色圆形或块状TiC和菱形或三角形NbC硬质相颗粒生成，添加5%Ti的堆焊合金组织最细小. TiC或NbC硬质相颗粒在组织中呈均匀弥散分布，能够作为耐磨质点与细化的初生奥氏体和共晶组织构成耐磨骨架，共同抵抗磨粒的楔入与切削作用. 当Ti添加量为5%时，含Ti堆焊合金达到最优耐磨性，硬度为66 HRC，磨损量为0.0487 g；当Nb添加量为4%时，含Nb堆焊合金达到最优耐磨性，硬度为65 HRC，磨损量为0.0524 g. 在同等条件下，含有适量Ti的铁基堆焊合金具有更优的耐磨性.
2023, 44(3): 92-97.
doi: 10.12073/j.hjxb.20220419001
摘要:
等离子喷涂电源通常采用可控硅整流电源或逆变电源，存在效率低、输出电流纹波大等问题，难以满足等离子喷涂工艺的特殊要求. 文中提出了一种基于八相交错并联Buck变换器的大功率等离子喷涂斩波电源. 首先设计了斩波电源的电路拓扑，分析了斩波电源的工作原理和电流纹波产生机理，阐明了并联相数、占空比对电流纹波的影响规律，并进行了仿真验证. 然后，基于等离子喷涂工艺对电源特性的要求，设计出功率为40 kW的四相交错并联模块，在CAN总线协同控制下，组成80 kW的八相交错并联斩波式等离子喷涂电源. 最后，搭建了等离子喷涂斩波电源样机，进行了喷涂试验，测试了电源的输出纹波和效率. 试验结果表明，与传统的可控硅整流电源和逆变电源相比，斩波电源的电流纹波率降低50%以上，电源效率最高达到94.5%.
等离子喷涂电源通常采用可控硅整流电源或逆变电源，存在效率低、输出电流纹波大等问题，难以满足等离子喷涂工艺的特殊要求. 文中提出了一种基于八相交错并联Buck变换器的大功率等离子喷涂斩波电源. 首先设计了斩波电源的电路拓扑，分析了斩波电源的工作原理和电流纹波产生机理，阐明了并联相数、占空比对电流纹波的影响规律，并进行了仿真验证. 然后，基于等离子喷涂工艺对电源特性的要求，设计出功率为40 kW的四相交错并联模块，在CAN总线协同控制下，组成80 kW的八相交错并联斩波式等离子喷涂电源. 最后，搭建了等离子喷涂斩波电源样机，进行了喷涂试验，测试了电源的输出纹波和效率. 试验结果表明，与传统的可控硅整流电源和逆变电源相比，斩波电源的电流纹波率降低50%以上，电源效率最高达到94.5%.
2023, 44(3): 98-105, 113.
doi: 10.12073/j.hjxb.20220418002
摘要:
用电渣堆焊的方法在D32低合金钢表面堆焊高铬铸铁硬面层，测量了堆焊过程中热影响区的温度场，研究了热影响区、复合界面及硬面层的微观组织和力学性能. 结果表明，电渣堆焊加热和冷却速度较慢，稳定阶段时低合金钢基材温度分布均匀，在堆焊方向最大温度梯度为−21.25 ℃/mm；低合金钢基板内最大热应力为53.4 MPa，低于低合金钢的抗拉强度，有效避免了裂纹的产生；复合界面平整清晰，存在宽度约50 μm的奥氏体带状区；热影响区晶粒有所长大，为铁素体加珠光体组织；高铬铸铁硬面层由奥氏体、碳化物和少量马氏体组成，M7C3型碳化物细小且均匀分布于奥氏体晶界；复合界面结合强度为96 MPa；试样熔合区的冲击吸收能量(53 J)较硬面层冲击吸收能量(10.7 J)明显提高；亚共晶高铬铸铁硬面层在较大磨损载荷下发生马氏体相变，硬度提高，耐磨粒磨损性能优良.
用电渣堆焊的方法在D32低合金钢表面堆焊高铬铸铁硬面层，测量了堆焊过程中热影响区的温度场，研究了热影响区、复合界面及硬面层的微观组织和力学性能. 结果表明，电渣堆焊加热和冷却速度较慢，稳定阶段时低合金钢基材温度分布均匀，在堆焊方向最大温度梯度为−21.25 ℃/mm；低合金钢基板内最大热应力为53.4 MPa，低于低合金钢的抗拉强度，有效避免了裂纹的产生；复合界面平整清晰，存在宽度约50 μm的奥氏体带状区；热影响区晶粒有所长大，为铁素体加珠光体组织；高铬铸铁硬面层由奥氏体、碳化物和少量马氏体组成，M7C3型碳化物细小且均匀分布于奥氏体晶界；复合界面结合强度为96 MPa；试样熔合区的冲击吸收能量(53 J)较硬面层冲击吸收能量(10.7 J)明显提高；亚共晶高铬铸铁硬面层在较大磨损载荷下发生马氏体相变，硬度提高，耐磨粒磨损性能优良.
2023, 44(3): 106-113.
doi: 10.12073/j.hjxb.20220425001
摘要:
焊缝跟踪系统是实现智能焊接的关键技术之一，针对窄间隙焊缝中焊缝实时跟踪困难等问题，文中设计了一种基于边缘电场技术的多极阵列电容传感器，并通过结合了小波滤波与非线性映射技术的电容信号处理技术，实现了该传感器对窄间隙焊缝坡口形貌的重构. 首先，建立了该传感器的数学模型，得到了多极阵列电容传感器的相关理论数值，并结合有限元仿真分析，优化了传感器结构. 随后，通过电容信号处理技术实现了对传感器电容信号的提取及优化，获得了焊枪偏移及焊缝偏差信号，完成了焊缝坡口形貌重构. 结果表明，多极阵列电容传感器应用于窄间隙焊缝跟踪系统是可行的，对窄间隙焊缝跟踪具有重要意义.
焊缝跟踪系统是实现智能焊接的关键技术之一，针对窄间隙焊缝中焊缝实时跟踪困难等问题，文中设计了一种基于边缘电场技术的多极阵列电容传感器，并通过结合了小波滤波与非线性映射技术的电容信号处理技术，实现了该传感器对窄间隙焊缝坡口形貌的重构. 首先，建立了该传感器的数学模型，得到了多极阵列电容传感器的相关理论数值，并结合有限元仿真分析，优化了传感器结构. 随后，通过电容信号处理技术实现了对传感器电容信号的提取及优化，获得了焊枪偏移及焊缝偏差信号，完成了焊缝坡口形貌重构. 结果表明，多极阵列电容传感器应用于窄间隙焊缝跟踪系统是可行的，对窄间隙焊缝跟踪具有重要意义.
2023, 44(3): 114-121, 128.
doi: 10.12073/j.hjxb.20220426002
摘要:
为研究不同扫描特征参数组合对选区激光熔化(selective laser melting, SLM)表面形貌的影响，以316L不锈钢粉末为例，进行介观尺度的单层双道数值模拟研究.基于离散元法建立单层的粉床数值模型.使用流体体积法对粉床受热部分粉末的熔化过程中的熔化、流动和凝固过程进行计算.考虑激光功率、扫描速度和扫描间距3个扫描特征参数，设计并进行正交试验，从熔道形貌特征和熔道宽度2个方面研究所选扫描特征参数对成形件表面的熔道形貌影响.依据数值模拟中的参数进行实际打印及形貌观察试验，验证数值模拟的有效性.结果表明，在313 ~ 500 J/m的线能量密度和50 ~ 90 μm的扫描间距范围内，可以得到平整连续局部缺陷少的熔道形貌，且该区间内的参数组合依次线性对应；对熔道形貌的完整性影响由大到小依次为扫描速度、扫描间距和激光功率.
为研究不同扫描特征参数组合对选区激光熔化(selective laser melting, SLM)表面形貌的影响，以316L不锈钢粉末为例，进行介观尺度的单层双道数值模拟研究.基于离散元法建立单层的粉床数值模型.使用流体体积法对粉床受热部分粉末的熔化过程中的熔化、流动和凝固过程进行计算.考虑激光功率、扫描速度和扫描间距3个扫描特征参数，设计并进行正交试验，从熔道形貌特征和熔道宽度2个方面研究所选扫描特征参数对成形件表面的熔道形貌影响.依据数值模拟中的参数进行实际打印及形貌观察试验，验证数值模拟的有效性.结果表明，在313 ~ 500 J/m的线能量密度和50 ~ 90 μm的扫描间距范围内，可以得到平整连续局部缺陷少的熔道形貌，且该区间内的参数组合依次线性对应；对熔道形貌的完整性影响由大到小依次为扫描速度、扫描间距和激光功率.
2023, 44(3): 122-128.
doi: 10.12073/j.hjxb.20220407002
摘要:
为了研究活性剂与高频磁场联合作用对电弧行为影响及熔深改变机理，使用粉煤灰作为活性剂对Q235钢进行A-TIG焊，并在焊接过程中施加高频纵向磁场，实现两者的联合作用. 试验中对不同的涂覆量下A-TIG焊缝形貌进行分析，发现当涂覆量为0.3 mg/mm2时，熔深增加最为明显，在此涂覆量下引入1.5 kHz高频纵向磁场，熔深达到2.70 mm，为普通氩弧焊的1.8倍，但磁场频率继续增加，熔深则会出现下降趋势. 采集焊接过程中电弧形貌、电流密度、电弧力及电弧温度的变化数据，分析活性剂与高频纵向磁场对TIG焊的联合作用机理，发现活性剂与磁场的联合作用能够改变外部磁场在等离子体内的分布使带电粒子受到更大的洛伦兹力，导致电弧在一定范围内进一步收缩；同时，与磁控-TIG相比，能够改善高频磁场引起的“磁抽吸”现象，使电弧热量更加集中.
为了研究活性剂与高频磁场联合作用对电弧行为影响及熔深改变机理，使用粉煤灰作为活性剂对Q235钢进行A-TIG焊，并在焊接过程中施加高频纵向磁场，实现两者的联合作用. 试验中对不同的涂覆量下A-TIG焊缝形貌进行分析，发现当涂覆量为0.3 mg/mm2时，熔深增加最为明显，在此涂覆量下引入1.5 kHz高频纵向磁场，熔深达到2.70 mm，为普通氩弧焊的1.8倍，但磁场频率继续增加，熔深则会出现下降趋势. 采集焊接过程中电弧形貌、电流密度、电弧力及电弧温度的变化数据，分析活性剂与高频纵向磁场对TIG焊的联合作用机理，发现活性剂与磁场的联合作用能够改变外部磁场在等离子体内的分布使带电粒子受到更大的洛伦兹力，导致电弧在一定范围内进一步收缩；同时，与磁控-TIG相比，能够改善高频磁场引起的“磁抽吸”现象，使电弧热量更加集中.
摘要：
在研制一台输出功率20 kW,开关频率50 kHz的全数字控制脉冲MIG/MAG逆变弧焊电源DPS-500时,为了提高系统的控制精度和动态响应,采用了峰值电流模式PSFB-ZVS PWM主电路拓扑. 运用平均开关建模法,建立PSFB-ZVS PWM变换器的功率级在CCM下的小信号模型. 推导峰值电流模式控制部分的小信号模型,最终建立峰值电流模式PSFB-ZVS PWM逆变弧焊电源的完整小信号模型. 推出斜率补偿的设计原则,设计了PI频率补偿器. 小信号模型的解析计算结果与通过Simplis小信号频域分析工具软件获得的频域响应一致.
在研制一台输出功率20 kW,开关频率50 kHz的全数字控制脉冲MIG/MAG逆变弧焊电源DPS-500时,为了提高系统的控制精度和动态响应,采用了峰值电流模式PSFB-ZVS PWM主电路拓扑. 运用平均开关建模法,建立PSFB-ZVS PWM变换器的功率级在CCM下的小信号模型. 推导峰值电流模式控制部分的小信号模型,最终建立峰值电流模式PSFB-ZVS PWM逆变弧焊电源的完整小信号模型. 推出斜率补偿的设计原则,设计了PI频率补偿器. 小信号模型的解析计算结果与通过Simplis小信号频域分析工具软件获得的频域响应一致.
摘要：
利用有限元方法建立了Cu-Al超声焊三维热—力耦合模型. 热源包括摩擦热和塑性变形热，其热流密度与焊接不同阶段材料的振幅相关. 焊接过程超声变软影响温度场分布、应力、应变场和齿的嵌入，模拟合理考虑了铜、铝超声变软的数学模型. 模拟结果表明，铜和铝的块体温度均低于熔点，最高温度出现在焊头与铜板的接触面中心；Cu-Al连接界面最高温度出现在焊接区域中心处. 同时也模拟了齿的嵌入，焊接过程中焊头齿完全嵌入铜表面，但底座齿并未完全嵌入铝中. 与热电偶测温和焊接截面形貌对比验证表明，模拟结果与实际基本吻合，较好地模拟了超声变软、热和力三者之间的作用.
利用有限元方法建立了Cu-Al超声焊三维热—力耦合模型. 热源包括摩擦热和塑性变形热，其热流密度与焊接不同阶段材料的振幅相关. 焊接过程超声变软影响温度场分布、应力、应变场和齿的嵌入，模拟合理考虑了铜、铝超声变软的数学模型. 模拟结果表明，铜和铝的块体温度均低于熔点，最高温度出现在焊头与铜板的接触面中心；Cu-Al连接界面最高温度出现在焊接区域中心处. 同时也模拟了齿的嵌入，焊接过程中焊头齿完全嵌入铜表面，但底座齿并未完全嵌入铝中. 与热电偶测温和焊接截面形貌对比验证表明，模拟结果与实际基本吻合，较好地模拟了超声变软、热和力三者之间的作用.
摘要：
采用小功率TIG电弧辅助激光热源进行5A06铝合金和热镀锌ST04Z钢的预置粉末对接熔钎焊工艺试验,通过SEM,Photoshop来研究预留间隙、背面填涂钎剂、激光热输入、辅助电弧电流、热源中心间距、填加焊丝对熔钎焊接头铺展宽度的影响. 结果表明,预留小于0.5 mm的间隙与背面填涂钎剂均可增大铺展宽度;在未焊穿的前提下,随激光热输入和辅助电弧电流的增加,铺展宽度增大;随热源中心间距的增大,铺展宽度先增加后减小. 焊接熔池中填加Al-Si焊丝较未填加焊丝的铺展性更好,获得连续、美观的焊缝表面形貌.
采用小功率TIG电弧辅助激光热源进行5A06铝合金和热镀锌ST04Z钢的预置粉末对接熔钎焊工艺试验,通过SEM,Photoshop来研究预留间隙、背面填涂钎剂、激光热输入、辅助电弧电流、热源中心间距、填加焊丝对熔钎焊接头铺展宽度的影响. 结果表明,预留小于0.5 mm的间隙与背面填涂钎剂均可增大铺展宽度;在未焊穿的前提下,随激光热输入和辅助电弧电流的增加,铺展宽度增大;随热源中心间距的增大,铺展宽度先增加后减小. 焊接熔池中填加Al-Si焊丝较未填加焊丝的铺展性更好,获得连续、美观的焊缝表面形貌.
摘要：
采用直流叠加高频正弦的方法对小电流TIG弧的交流阻抗特性进行了研究,发现随频率的增大,电弧阻抗的模量先增大随后又减小;而其复角随频率的增大持续减小,在模量的最大值减小为零,很显然,电弧阻抗存在谐振点.经过对不同频率的激励电流和响应电压进行数据分析,得到了小电流TIG弧的高频动态阻抗电路模型以及传递函数.应用数学分析软件拟合出小电流TIG弧的阻抗曲线,确定了在测试条件下模型中的参数,并计算出电弧的谐振频率.
采用直流叠加高频正弦的方法对小电流TIG弧的交流阻抗特性进行了研究,发现随频率的增大,电弧阻抗的模量先增大随后又减小;而其复角随频率的增大持续减小,在模量的最大值减小为零,很显然,电弧阻抗存在谐振点.经过对不同频率的激励电流和响应电压进行数据分析,得到了小电流TIG弧的高频动态阻抗电路模型以及传递函数.应用数学分析软件拟合出小电流TIG弧的阻抗曲线,确定了在测试条件下模型中的参数,并计算出电弧的谐振频率.
