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基于激光熔覆再制造PDC钻头的机器人仿真研究
祖海英, 卢兴宇, 宋玉杰, 李大奇
当前状态:  doi: 10.12073/j.hjxb.20211008001
[摘要](0) [HTML全文](0) [PDF 1506KB](0)
摘要:
为了降低PDC钻头维修成本以及钻井周期,基于激光熔覆再制造技术,提出用机器人实现对钻头的再制造. 基于逆向工程,对PDC钻头进行数据采集,再对获取的钻头点云数据进行数据处理、三维重构,构造出与实体PDC钻头相同的三维模型. 利用软件Geomagic布尔运算得出工件缺损部位,在软件NX1899中利用等距平面族Γ与钻头修复部位相交,实现对曲面零件的路径规划. 对机器人末端焊枪修复PDC钻头轨迹进行仿真模拟,利用软件PQart模拟工作环境中工件相对于机器人的位置,实现对机器人的轨迹优化. 调整机器人末端焊枪位姿,提高修复后PDC钻头的表面性能. 验证了所述方法的可行性,为激光熔覆再制造技术修复复杂曲面提供了参考.
薄板TC4钛合金TIG电弧和激光焊接接头晶粒尺寸与微观组织研究
李军兆, 孙清洁, 于航, 张鹏程, 刘一搏, 曾宪山
当前状态:  doi: 10.12073/j.hjxb.20211015001
[摘要](1) [HTML全文](0) [PDF 6827KB](0)
摘要:
对薄板TC4钛合金进行TIG电弧和激光焊接技术研究,重点分析TIG焊接电流、焊接速度和激光输出功率对TC4钛合金焊接接头晶粒尺寸、微观组织和显微硬度的影响规律. 试验结果表明在实现薄板TC4钛合金完全熔透的条件下,激光焊接具有更小热输入量,接头焊缝区和热影响区宽度也显著降低. TIG焊接接头晶粒尺寸随热输入量增加,呈现增加趋势. 随距焊缝中心位置增加,焊接接头晶粒尺寸均逐渐降低. TC4钛合金激光焊接接头焊缝区呈现魏氏组织特征,针状α'马氏体细小. 近缝热影响区组织为网篮状α'马氏体,而近母材热影响区为未转变α相和针状α'马氏体的双相组织. 随距焊缝中心位置增加,马氏体生成量逐渐减少,焊缝显微硬度值呈现降低趋势;同时相比于TIG焊接,TC4激光焊接接头具有更高的显微硬度.
焊前热处理对440C不锈钢电子束焊接接头组织与性能的影响
代一博, 房卫萍, 彭翰林, 胡永俊, 易耀勇, 易朋
当前状态:  doi: 10.12073/j.hjxb.20211020001
[摘要](0) [HTML全文](0) [PDF 4102KB](0)
摘要:
研究了焊前退火和调质两种热处理工艺对440C不锈钢电子束焊接接头的组织和力学性能的影响,分析了两种状态下的组织演变规律、接头拉伸力学性能和硬度分布特点. 结果表明:两种热处理状态的板材经过电子束焊接后,焊缝成形良好,焊缝区域均为马氏体和残留奥氏体组织,呈现出非平衡凝固组织,碳及合金元素以固溶形式存在于马氏体及残余奥氏体中,焊缝区域硬度达到398 HV. 焊前经调质热处理后,母材基体由铁素体转变成回火马氏体和残余奥氏体混合组织,同时部分碳化物固溶在基体组织中,使基体组织硬度提高了60%. 与焊前退火态相比,焊前调质热处理板材经电子束焊接后,可使焊接接头抗拉强度提高20%,焊接热影响区硬度提高35%,但接头的塑性变形能力有所下降,断裂均发生在热影响区.
选区激光熔化制备多孔结构的成形偏差、力学性能及压缩失效分析
徐榕蔚, 张振杰, 刘清原, 张光辉, 龙芋宏
当前状态:  doi: 10.12073/j.hjxb.20211005001
[摘要](1) [HTML全文](0) [PDF 4829KB](0)
摘要:
因多孔结构轻质高强度、力学性能可调节的特点,被广泛用于骨骼医疗、航空航天等领域. 为了探索多孔结构选区激光熔化(SLM, Selective Laser Melting)成形误差与压缩失效性能,以钻石型晶格和六孔开口球形两种多孔结构为例,采用理论预测与试验测试研究SLM制造多孔结构的压缩力学行为,使用ANSYS软件对所研究的多孔结构进行准静态压缩模拟,并对SLM成形的多孔结构进行单轴压缩试验,最后结合仿真和试验,观测和分析它们的变形过程和失效机制. 对比后发现数值设计的多孔结构尺寸与最终制造的结构存在偏差,导致力学性能理论值与试验值存在一定差异,但应力应变场变化规律一致. 试验结果表明在孔隙率50% ~ 80%时,钻石型晶格结构屈服强度为31.85 ~ 182.13 MPa,弹性模量为1.45 ~ 2.30 GPa;六孔开口球形结构屈服强度为35.19 ~ 130.64 MPa,弹性模量为1.59 ~ 2.90 GPa,不同多孔结构随孔隙率的增大,力学性能变化趋势不一致.
GH3128合金激光焊接头组织与性能
滕彬, 武鹏博, 李晓光, 邹吉鹏, 王诗洋, 黄瑞生
当前状态:  doi: 10.12073/j.hjxb.2020406001
[摘要](13) [HTML全文](0) [PDF 2116KB](5)
摘要:
采用激光焊方法对3 mm厚GH3128合金进行对接焊接,研究焊接工艺参数对焊缝成形的影响,同时对焊缝的显微组织及接头的力学性能与TIG焊进行对比分析. 结果表明,在激光功率4 kW、焊接速度1.5 m/min和离焦量 + 3 mm的焊接工艺参数下可以获得成形良好的焊缝,激光焊与TIG焊焊缝区组织均由奥氏体γ' + 脆性碳化物组成;与TIG焊相比,激光焊焊缝区的组织晶粒细小,且分布于枝晶间和晶界处的碳化物尺寸较小,激光焊接头室温抗拉强度低12 %,高温抗拉强度相近;室温低周疲劳高4.5倍.激光焊接头室温抗拉强度低和低周疲劳性能高,主要是受焊接过程元素烧损和碳化物尺寸的影响.
Ag-Cu固溶体颗粒制备及低温烧结互连接头性能
齐苗苗, 贺晓斌, 刘双宝, 杨婉春, 祝温泊
当前状态:  doi: 10.12073/j.hjxb.20201221003
[摘要](3) [HTML全文](1) [PDF 1528KB](1)
摘要:
通过液相化学还原法制备Ag-Cu固溶体纳米颗粒,采用低温热压烧结工艺制备“三明治”结构的互连接头.采用XRD对所制备的Ag-Cu固溶体纳米颗粒及烧结体进行物相表征;采用EDS对所制备的Ag-Cu固溶体纳米颗粒的元素进行表征;采用纳米粒度仪对Ag-Cu固溶体纳米颗粒粒径进行表征;通过SEM对互连接头的烧结组织和剪切断面形貌进行观察,分析颗粒烧结情况和互连接头断裂模式.结果表明:通过液相化学还原的方法实现了室温下Cu在Ag中的超饱和固溶,其中Ag元素的原子占比为62.29%,Cu原子的占比为37.71%,远超常温下常规块体材料的固溶度.且在250 ℃以内保持相对稳定的固溶体相,260 ℃时发生相分离.当烧结工艺为300 ℃,压力20 MPa时,所获得的互连接头具有优异的机械性能,平均剪切强度达到104.5MPa,且烧结组织呈现完整的脉络状,剪切断面全部为韧窝状,属于韧性断裂.
单静止上轴肩BT-FSW工艺过程及成形机理
温泉, 李文亚, 吴雪猛, 任寿伟, 赵静
当前状态:  doi: 10.12073/j.hjxb.20211128002
[摘要](30) [HTML全文](4) [PDF 2017KB](3)
摘要:
以AA6056铝合金单静止上轴肩双轴肩搅拌摩擦焊(stationary upper shoulder bobbin tool friction stir welding,SSUBT-FSW)接头为研究对象,通过数值模拟与试验相结合的方法,阐明了SSUBT-FSW温度场与应变场分布规律及接头成形机理. 结果表明,SSUBT-FSW的上轴肩处于静止状态,有效增加了焊接稳定性,并将最大扭矩减小至55 N·m(常规双轴肩搅拌摩擦焊最大扭矩65 N·m). 上静止轴肩对焊缝表面施加顶锻压力,促使弧纹的波峰与波谷的高度差从60 μm减小至10 μm,显著提高了接头表面光洁度. 下轴肩旋转所产生的塑性应变区直径大于搅拌针,促使接头横截面等效塑性应变场呈梯形分布,与横截面温度场具有高度吻合性. SSUBT-FSW过程中产生材料非对称性流动行为,靠近下轴肩的材料流动性显著优于上静止轴肩.
2219铝合金FSW和TIG焊接头力学与腐蚀行为
王非凡, 谢聿铭, 吴会强, 马飞, 黄永宪
当前状态:  doi: 10.12073/j.hjxb.20220103001
[摘要](14) [HTML全文](2) [PDF 3749KB](5)
摘要:
评价了2219-CS铝合金FSW和TIG焊接头的力学性能,并采用晶间腐蚀、剥落腐蚀及电化学腐蚀方法对2219-CS铝合金FSW和TIG焊接头进行了整体及分区域腐蚀行为表征,借助光学显微镜和扫描电子显微镜分析了表面腐蚀形貌. 结果表明,搅拌摩擦焊接头焊核区的细晶结构和弥散再分布的沉淀相大幅度提高了其耐腐蚀性能,热影响区中沉淀相回溶及粗化较TIG焊接头热影响区较弱,耐腐蚀性能存在一定提高,搅拌摩擦焊接头的高电化学均质性宏观表现为其整体腐蚀速率的显著降低.
阶梯形正反螺纹搅拌针对2A12-T4铝合金 FSLW接头力学性能的影响
赵华夏, 李若青, 李浩然
当前状态:  doi: 10.12073/j.hjxb.20220102002
[摘要](11) [HTML全文](0) [PDF 1693KB](4)
摘要:
搅拌针上螺纹分布情况会对搅拌摩擦焊接头内部材料流动行为产生重要影响,进而影响接头成形及力学性能. 采用锥形螺纹搅拌针和阶梯形正反螺纹搅拌针进行2A12-T4铝合金搅拌摩擦搭接焊试验,对比分析了两种搅拌针下搅拌摩擦搭接焊接头横截面形貌、显微组织、拉剪性能及接头断裂位置. 结果表明,两种搅拌针下接头横截面形貌均呈现“碗状”. 然而,在阶梯形正反螺纹搅拌针焊接下搭接界面后退侧出现特有的“括号”形貌. 相对于锥形螺纹搅拌针,阶梯形正反螺纹搅拌针下的接头热机影响区与热影响区晶粒分布相差不大,但焊核区晶粒细化程度更加明显;接头在焊接速度80 mm/min下可获得最大拉剪性能,其值为10.39 kN. 阶梯形正反螺纹搅拌针下接头界面后退侧出现的“括号”形貌阻碍了裂纹向焊核区区进一步扩展,断裂模式表现为拉伸断裂.
6082-T6铝合金无减薄搅拌摩擦焊接头组织与性能
李充, 田亚林, 齐振国, 王崴, 杨彦龙, 王依敬
当前状态:  doi: 10.12073/j.hjxb.20220104001
[摘要](5) [HTML全文](0) [PDF 1963KB](0)
摘要:
为解决传统搅拌摩擦焊接过程中的焊缝减薄问题,以轨道交通领域常用的6082-T6铝合金作为研究对象,从零轴肩下压量的角度出发,通过轴肩端面圆形内凹槽及搅拌针周向螺纹复合三铣平面的设计,获得了无减薄且成形良好的焊接接头. 结果表明,当焊接速度一定时,转速的增加可提高焊接接头所受的热输入,抑制焊缝缺陷的产生. 相较于转速400, 600 r/min下的接头可焊区间得到了有效拓宽,焊接速度最高可达400 mm/min;焊接过程的热循环受焊接速度与转速的耦合作用. 焊接热循环过大,焊缝易出现粗大组织,影响焊接接头的强度. 在转速600 r/min、焊接速度500 mm/min的参数下,接头抗拉强度达254 MPa,为母材强度的80%.
AZ31镁合金双面对称搅拌摩擦焊接头疲劳性能
闫志峰, 王卓然, 王树邦, 张红霞, 贺秀丽, 董鹏
当前状态:  doi: 10.12073/j.hjxb.20211119001
[摘要](34) [HTML全文](3) [PDF 2524KB](14)
摘要:
针对搅拌摩擦单面焊两侧热输入不均匀性导致疲劳强度低的问题,采用双面对称搅拌摩擦焊方法对10 mm厚的AZ31镁合金板材进行焊接,并研究其疲劳性能. 结果表明,双面对称搅拌摩擦焊接头的屈服强度为130 MPa,与单面焊的屈服强度123 MPa相比提高了5%;其疲劳极限为88 MPa,比单面焊接头的50 MPa提高了76%;双面对称接头疲劳裂纹萌生在上/下侧的前进侧位置,并跨越上/下侧焊缝交界面,最终在下/上侧焊缝的后退侧RS区域瞬断,其疲劳断口均为以解离特征为主的脆性断裂. 双面对称焊接头其中一面应变范围与单面搅拌摩擦焊的应变较高的后退侧接近. 通过双面搅拌摩擦焊接的镁合金接头疲劳强度得到了大幅度提升,疲劳寿命得到了延长.
基于声发射多特征融合的搅拌摩擦焊缺陷监测
孙屹博, 龙海威, 邹丽, 杨鑫华
当前状态:  doi: 10.12073/j.hjxb.20211126004
[摘要](38) [HTML全文](13) [PDF 1540KB](5)
摘要:
搅拌摩擦焊(friction stir welding, FSW)是一个多物理场耦合过程,焊接过程中声发射信号与焊接缺陷具有关联性. 基于声发射检测与多特征融合研究FSW缺陷监测方法,实时检测固介中的声发射信号,利用短时傅里叶变换、小波变换、梅尔频谱对声发射信号进行分析,确定焊接缺陷与声发射信号之间的相关性,最后通过concat融合方法构建多特征向量. 结果表明,FSW在预制缺陷处具有不同的声发射信号特征. 短时傅里叶、小波变换的主要频段集中在20 kHz,出现缺陷时功率分别达到−40,0.8 dB以上,梅尔频谱的主要频段集中在3.5 kHz出现缺陷时功率达到−40 dB以上. 应用多层神经网络分别建立基于单特征、多特征向量的焊接缺陷识别模型,多特征向量的焊接缺陷识别模型在数据集中的平均识别率达到97%,比基于单一特征缺陷识别模型提高18%. 研究的多特征缺陷识别模型能更准确地对焊接状态进行识别与监测.
加工道次对FSP制备高熵合金增强铝基复合材料组织和性能的影响
李鹏, 廉润康, 马超群, 董红刚
当前状态:  doi: 10.12073/j.hjxb.20211230001
[摘要](18) [HTML全文](3) [PDF 7352KB](1)
摘要:
采用搅拌摩擦加工制备了以AlCoCrFeNi2.1高熵合金为增强相的6061铝合金复合材料(AlCoCrFeNi2.1/6061Al),重点研究了加工道次对复合材料组织均匀性、界面结合以及力学性能的影响. 结果表明,随搅拌摩擦加工道次的增加,AlCoCrFeNi2.1/6061Al复合材料组织均匀性及力学性能均得到明显改善. 复合材料中基体与增强相界面结合良好,界面处扩散层厚度随加工道次增加而增大. 相较于不添加增强相的6道次搅拌摩擦加工铝合金,AlCoCrFeNi2.1增强相颗粒的引入可进一步细化晶粒并提高抗拉强度,且随着加工道次增加,复合材料抗拉强度及断后伸长率均显著升高. 2,4道次下的断口存在明显的颗粒聚集区,而6道次下断口表面颗粒分布均匀且呈现大量韧窝,为典型的韧性断裂. 该现象主要归因于载荷传递效应、弥散强化和细晶强化3大强化机制.
2A14-T4铝合金厚板搅拌摩擦焊接头微观组织和力学性能
刘会杰, 高一嵩, 张全胜, 赵慧慧
当前状态:  doi: 10.12073/j.hjxb.20210615001
[摘要](35) [HTML全文](8) [PDF 5158KB](4)
摘要:
随着工业技术的进步,航空航天、交通运输等领域对构件的承载能力提出了越来越高的需求,采用搅拌摩擦焊的方法对9 mm厚2A14-T4铝合金进行连接,并对高强铝合金厚板接头沿厚度方向不同区域的微观组织和力学性能进行研究 .结果表明,在转速400 r/min、焊接速度100 mm/min条件下能够获得表面成形良好的焊缝,接头抗拉强度为360 MPa,达到母材强度的83.9%. 接头微观组织沿厚度方向存在显著差异,焊缝上部、中部、下部晶粒尺寸逐渐减小,其平均直径分别为7.9,5.0和2.8 μm. 焊缝底部断口出现小而浅的等轴状韧窝.接头断裂位置和最低显微硬度均出现在接头后退侧的热机影响区;同时接头显微硬度呈现“W”形分布,且沿厚度方向分布存在差别,焊缝上部、中部、下部显微硬度最低值分别为99.9,97.9和94.7 HV.
航天电子产品CCGA加固工艺可靠性分析
王海超, 彭小伟, 郭帆, 丁颖洁, 陈强
当前状态:  doi: 10.12073/j.hjxb.20210907001
[摘要](44) [HTML全文](4) [PDF 5287KB](6)
摘要:
航天电子产品大量应用CCGA(陶瓷柱栅阵列封装)器件,其装焊质量与器件本体尺寸和加固工艺息息相关.文中通过试验和数值仿真方法,研究印制板约束、器件加固工艺对大尺寸CCGA焊点可靠性的影响.仿真与试验结果表明,优化CCGA周围印制板约束方式、使用EC-2216环氧胶加固CCGA本体均可大幅降低随机振动过程中焊点受力.使用少量环氧胶加固CCGA本体提高焊点抗机械振动能力的同时,对焊点抗热疲劳性能影响较小,满足QJ3086A高可靠装焊要求;随着环氧胶量增多,焊点抗热疲劳性能显著下降,焊点在温差变化较大的服役环境下存在失效风险;在充分优化PCB约束以降低板级振动响应的情况下,使用硅橡胶GD414加固器件本体也满足航天电子产品高可靠装配要求.以上研究结果可为CCGA器件加固工艺提供参考.
低频相位对双丝双脉冲GMAW熔滴过渡和 焊缝成形的影响
吴开源, 陈梓威, 黄浩, 谢沛民
当前状态:  doi: 10.12073/j.hjxb.20211102001
[摘要](31) [HTML全文](0) [PDF 2964KB](7)
摘要:
为了提高双丝双脉冲熔化极气体保护焊(gas metal arc welding, GMAW)的焊缝成形质量,探究低频相位对熔滴过渡和焊缝成形的影响,在高频同步的前提下分别对低频同步和交替模式进行了试验. 通过高速摄影拍摄了低频同步和交替模式的熔滴过渡过程,再结合焊接过程中电流变化,分析了熔滴过渡对熔池的影响机制. 结果表明,交替模式可以减少熔滴的碰撞融合,进而减少大体积熔滴对熔池的冲击,减少了飞溅. 交替模式比同步模式的焊缝平整性更好,余高方差更小,鱼鳞纹规则,焊缝成形美观.
基于不同算法的金属管棒爆炸焊接模拟
缪广红, 胡昱, 艾九英, 祁俊翔, 马秋月, 孙志皓, 马宏昊, 沈兆武
当前状态:  doi: 10.12073/j.hjxb.20211219002
[摘要](41) [HTML全文](7) [PDF 6072KB](10)
摘要:
选取1060铝管/T2铜棒为爆炸复合棒制备材料,T2铜管/Q235钢管为爆炸复合管制备材料,利用ANSYS/LS-DYNA软件并结合拉格朗日法、拉格朗日-欧拉耦合(ALE)法及光滑粒子流体动力学与有限元(SPH-FEM)耦合法三种算法,对一次制备两组爆炸复合管棒的爆炸焊接试验进行数值模拟.结果表明,拉格朗日法的前期建模最为简洁,ALE法其次;模拟过程中SPH-FEM耦合法耗时最多,ALE法耗时最短;三种算法所测得的碰撞速度与理论计算值存在0.9 ~ 5.3 %的误差,其中SPH-EFM耦合法的误差最小,拉格朗日法的误差最大. 利用管材内部的能量累积原理解释了焊接过程中外部复合管出现的扩径情况,并结合T2铜管/Q235钢管复合界面的压力分布验证了所产生的现象.
GCr15表面TiC/Fe复合层的制备及其与基体结合性能研究
赵娜娜, 姚特立, 王子晗, 章晨曦, 王乐豪, 李淑娟
当前状态:  doi: 10.12073/j.hjxb.20211126001
[摘要](29) [HTML全文](0) [PDF 4898KB](2)
摘要:
本研究以GCr15和TC4为原料,采用热压扩散原位反应在GCr15表面制备TiC/Fe复合层. 利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、自动划痕仪和显微硬度仪测试表征复合层的物相组成、显微组织、复合层的界面结合性能和显微硬度的变化. 结果表明,在1000 ℃-40 MPa下保温2 h,4 h和6 h后TiC/Fe复合层厚度分别为5 μm,7 μm和10 μm,复合层厚度均匀,与基体界面平整,其表面物相组成仅为TiC和α-Fe相,复合层的显微硬度最高达到2453.7 HV0.05,约为轴承钢基体的5倍. 显微划痕与拉伸试验可知1000 ℃-40 MPa下保温4 h所得复合层与基体界面结合的临界载荷为58.5 N,界面结合强度大于221 MPa,表明热压扩散原位制备GCr15表面TiC/Fe复合层与基体之间具有优异的结合性能,对基体保护作用良好.
填充泡沫Ti/AlSiMg的SiC钎焊接头组织性能研究
李娟, 李立新, 秦庆东, 凃泉, 何鹏
当前状态:  doi: 10.12073/j.hjxb.20211213001
[摘要](60) [HTML全文](0) [PDF 2516KB](7)
摘要:
为丰富陶瓷钎料设计思路,提出了一种泡沫Ti/AlSiMg新型复合钎料,通过Ti元素的溶入提高钎料与SiC陶瓷之间的界面结合力,利用泡沫Ti与Al基钎料之间的界面反应获得原位增强的钎缝,从而提升接头力学性能.在钎焊温度700 oC,焊接时间60 min和压力10 MPa进行真空钎焊,采用OM、SEM、EDS、XRD、EPMA和剪切试验对接头组织、成分和性能进行分析. 结果表明,填充泡沫Ti/AlSiMg复合钎料所得接头结构为“SiC/Al/Ti(Al,Si)3/原位增强Ti基复合层/ Ti(Al,Si)3/Al/SiC”,断裂发生在Al合金界面层和SiC陶瓷之间,部分SiC陶瓷从母材表面拔下,Ti元素的溶入提高了Al合金界面层与SiC陶瓷之间的界面结合力,接头剪切强度达110.7 MPa.
基于工件与外部可消耗工具摩擦的焊接技术 研究进展
刘小超, 倪中华, 崔远驰, 武传松, 石磊, 藤井英俊
当前状态:  doi: 10.12073/j.hjxb.20211015003
[摘要](19) [HTML全文](1) [PDF 10096KB](7)
摘要:
摩擦焊是一类依靠摩擦产热来实现材料连接的固相焊接技术,具有接头质量高、焊接变形小、节能环保等优点,广泛应用于航空航天、交通运输、矿山机械、海洋装备等领域. 近年来,摩擦焊技术发展迅速,一些改型的工艺相继产生. 文中首先根据相互摩擦的对象属性对摩擦焊技术进行了分类,其次主要对基于工件与外部可消耗工具相互摩擦的焊接技术进行了综述,重点介绍了径向摩擦焊、摩擦-铆接、摩擦塞补焊、摩擦堆焊、以及涡流搅拌摩擦焊的基本工艺原理和最新研究进展,同时对以上工艺技术的未来发展展开了讨论,以期为相关领域的科研工作者提供参考.
SiO2-BN复相陶瓷润湿性及其接头微观组织研究
杨景红, 刘甲坤, 付曦, 魏文庆, 叶超超, 刘永胜, 张丽霞
当前状态:  doi: 10.12073/j.hjxb.20210908002
[摘要](24) [HTML全文](2) [PDF 5872KB](3)
摘要:
采用座滴法开展Ag-21Cu-4.5Ti合金钎料对SiO2-BN复相陶瓷润湿与铺展行为研究. 利用SEM、XRD分析润湿界面微观组织以及形成机理. 通过调控SiO2-BN复相陶瓷中BN含量,研究Ag-21Cu-4.5Ti/SiO2-BN复相陶瓷润湿体系的润湿模型. 结果表明,Ag-21Cu-4.5Ti/SiO2-BN复相陶瓷润湿体系的典型界面反应产物为TiN和TiB2,随着体系BN含量的增加,润湿性逐渐变好. 对SiO2-BN复相陶瓷与Nb进行钎焊试验,典型界面组织为SiO2-BN复相陶瓷/TiN + TiB2/Ti2Cu + (Ag,Cu)/(βTi,Nb)/Nb. 接头抗剪强度随着钎焊温度升高先增大后减小,当钎焊温度为880 ℃,保温时间10 min时,钎焊接头抗剪强度最高,到达39 MPa.
基于解析算法与J积分法的耐候钢接头疲劳裂纹扩展分析
李宁, 王宗正, 赵子豪, 王晖, EkkarutViyanit
当前状态:  doi: 10.12073/j.hjxb.20220121003
[摘要](25) [HTML全文](0) [PDF 3497KB](3)
摘要:
为准确描述焊接接头疲劳裂纹在扩展中的动态过程,借助多阵元超声相控阵设备对12 mm厚耐候钢对接接头的表面裂纹扩展动态进行实时监测,得到半椭圆型裂纹深度、长度与寿命的演化关系.借助Abaqus建立有限元分析模型,将裂纹几何变化历程输入,计算裂纹尖端7个方向的能量释放率,获得裂纹尖端应力强度因子幅值.将裂纹尖端(θ=90º)的K值与BS7910标准中推荐解析公式对比分析,其结果吻合性好.在此基础上,分别采用简化公式与两阶段扩展模型计算试样的疲劳寿命,结果表明,两阶段裂纹扩展模型能准确地预测对接接头裂纹的疲劳寿命,且与试验结果高度吻合.
腐蚀环境下自冲铆接头竞争失效机制及力学性能分析
杨进, 邢保英, 何晓聪, 曾凯, 周路
当前状态:  doi: 10.12073/j.hjxb.20211024002
[摘要](81) [HTML全文](1) [PDF 1282KB](22)
摘要:
为研究腐蚀环境下自冲铆接头失效模式的转变机理和力学性能特征,采用0.6 mol/L的NaCl溶液对多组自冲铆接头进行周浸腐蚀试验,通过力学测试、竞争失效机制及扫描电子显微镜对接头的静力学性能及失效模式进行分析. 结果表明,异质接头的失效模式随腐蚀周期延长由Ⅰ向Ⅲ转变,转变速率取决于接头材质,同质接头的失效模式不受腐蚀周期的影响. 短期腐蚀下,搭接区板间腐蚀产物使得同质和异质接头静强度均有所上升;异质接头上升幅度较大,腐蚀后期其静强度较同质接头损失严重. 异质接头稳定性较差,凸模制备的同质组合接头较平模稳定性好. 异质接头电化学腐蚀剧烈,下板铆接点底部材料的脱落由应力集中所产生的撕裂纹所致.
热等静压扩散结合V4Cr4Ti和RAFM钢及其界面特性
张启航, 李佳霖, 谌继明, 王长浩, 杨波, 张弛
当前状态:  doi: 10.12073/j.hjxb.20211119002
[摘要](57) [HTML全文](4) [PDF 3387KB](11)
摘要:
低活化铁素体/马氏体(RAFM)钢及钒合金被认为是未来核聚变反应堆第一壁的候选结构材料,性能各有优劣,可满足近中期应用要求. 本研究采用热等静压技术在 800 ℃/150 MPa /2 h下实现V4Cr4Ti合金和RAFM钢CLF-1的固态扩散连接,对其界面微观组织、元素扩散特征以及剪切力学性能进行了分析. 结果表明,CLF-1钢在距离连接界面120 μm区域内出现脱碳层,而V4Cr4Ti侧存在宽约1.5 μm的高硬脆碳化物层;V4Cr4Ti/CLF-1钢连接界面无缺陷,接头室温剪切强度最高达238 MPa. 断口分析表明,断裂发生于靠近钒合金侧的高硬脆碳化物层,断口表现出整体韧性,局部脆性断裂的特征.
基于PSO-OSSART算法的非轴对称电弧发射系数重建质量评价
洪海涛, 王璐, 韩永全, 昌乐
当前状态:  doi: 10.12073/j.hjxb.20210823001
[摘要](26) [HTML全文](15) [PDF 1387KB](6)
摘要:
针对有序子集-联合重建算法(ordered subsets - simultaneous algebraic reconstruction technique, OSSART)重建参数选取主观性强的不足,提出以重建区域误差最小为适应度的随机优化粒子群算法(particle swarm optimization, PSO)来获取最佳重建参数,并对非轴对称电弧发射系数稀疏角度重建质量进行评价. 结果表明,与最大似然函数-期望值最大化算法相比,基于粒子群的OSSART算法不仅能够在大投射角度间隔条件下使重建误差明显降低,而且具有更强的边缘保持能力,能够有效提高电弧中心区域的重建质量.采用OSSART算法,应在180°范围内至少等间距采集6次特征谱线投影,才能保证变极性等离子-熔化极气体保护复合焊接(VPPA-MIG)电弧发射系数场的重建质量.试验结果为非轴对称电弧可靠光谱诊断提供理论依据.
核用ODS钢电阻点焊性能
魏世同, 刘琛, 贾昕, 陆善平, 李依依
当前状态:  doi: 10.12073/j.hjxb.20210928001
[摘要](22) [HTML全文](1) [PDF 2379KB](5)
摘要:
为评价ODS钢的电阻点焊性能,使用金相显微镜及扫描电镜观察了9CrYWT-ODS钢焊点不同区域的组织,测试了焊点的拉剪性能,确定了合适的焊接电流范围. 结果表明,焊点不同区域内氧化相尺寸存在明显差异,热影响区回火区温度较低,氧化相细小,热影响区相变区温度较高,氧化相有所长大,熔核区温度很高,氧化相明显粗化. 此外随着焊接电流增大,熔核尺寸增大导致焊点拉剪强度升高的同时,失效方式由界面失效逐渐转变为部分界面-部分焊点拔出失效,之后进一步转变为完全焊点拔出失效,继续增大电流到飞溅产生时,熔核尺寸减小引起拉剪强度降低,失效方式再次转变为部分界面-部分焊点拔出失效和界面失效. 根据拉剪性能测试结果确定合适的焊接电流范围为6.6 ~ 7.0 kA.
高匹配搭接角焊缝力学性能及应用效果分析
许彦, 刘迎来, 聂向晖, 丰振军, 李亮, 杨锋平
当前状态:  doi: 10.12073/j.hjxb.20211021001
[摘要](26) [HTML全文](0) [PDF 4857KB](2)
摘要:
采用等匹配和高匹配焊材完成了高钢级B型套筒修复高钢级管道的试验研究. 结果表明,等匹配焊接和高匹配焊接的角焊缝焊接接头都具有良好的拉伸强度和冲击韧性,高匹配焊接接头熔覆金属的冲击韧性略低于等匹配,其焊接接头延展性略差;施焊后等匹配搭接角焊缝未发现焊接缺陷,焊接接头维氏硬度最大值为293 HV10,出现在角焊缝外表面与套筒搭接焊缝处;高匹配搭接角焊缝出现了起源于角焊缝外表面层的横向裂纹,且该焊接接头硬度整体偏高,最大值出现在外表面中心位置焊缝处,为403 HV10,与裂纹起裂位置对应,其产生原因与焊接过程中不同部位熔池金属冷却速率有关,尤其是外表面盖面焊处冷却速度较快,外壁层硬度值异常偏高,萌生裂纹.因此建议搭接角焊缝焊接焊材选择时,在不影响密封和承载前提下,可尝试降低焊缝匹配强度等级.
轧制 + 增材TC4合金电子束焊接接头组织与性能
闫泰起, 吴宇, 程序, 李安, 张述泉
当前状态:
[摘要](449) [HTML全文](221) [PDF 1235KB](39)
摘要:
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}相析出,越靠近焊缝等轴晶尺寸越大;增材侧热影响区组织形态变化较小,β晶粒形态保持柱状晶形态,无等轴晶区产生,晶内组织转变为马氏体\begin{document}$\alpha '$\end{document}相. 焊缝两侧热影响区显微硬度变化趋势相同,均为越靠近焊缝中心,显微硬度越高,焊接重熔区硬度最高,达400 HV左右. 焊接接头力学性能与TC4钛合金锻件相当,且断裂位置均位于激光沉积母材区域.
船用耐蚀钢DH36光纤激光-MIG复合焊接接头组织和性能
高艳, 崔丽, 常耀卿, 顾长石, 贺定勇
当前状态:  doi: 10.12073/j.hjxb.20180320001
[摘要](232) [HTML全文](51) [PDF 1199KB](32)
摘要:
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.
窄间隙摆动焊炬电弧传感试验系统的开发
刘文吉, 关真宇, 李亮玉, 岳建锋
当前状态:
[摘要](275) [HTML全文](154) [PDF 945KB](9)
摘要:
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.
T91马氏体耐热钢激光填丝焊工艺
祁小勇, 叶兵, 余世文, 喻亮
当前状态:  doi: 10.12073/j.hjxb.201940
[摘要](365) [HTML全文](91) [PDF 1011KB](32)
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.
优先发表为 经同行评议确定正式录用的文章按照期刊特定板式排版后的文件,可以根据DOI进行引用。
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6061-T6铝合金中空薄壁型材双轴肩搅拌摩擦焊工具设计与工艺分析
张颖川, 马国栋, 代鹏, 王敬水, 金炜
当前状态:  doi: 10.12073/j.hjxb.20210512001
[摘要](15) [HTML全文](1) [PDF 2474KB](2)
摘要:
基于双轴肩搅拌摩擦焊热输入的理论分析,建立了焊接工具结构尺寸特征值与待焊工件厚度之间的工程模型.利用该工程模型,设计并优化得到适用于厚度为2.5 mm的6061-T6铝合金薄板的双轴肩搅拌摩擦焊工具.使用该工具对中空薄壁型材进行焊接,并对焊接工艺参数进行优化. 结果表明,当焊接工具转速为1 000 r/min、焊接速度为600 mm/min时,可以得到综合力学性能最佳的焊接接头,其中正面焊缝焊接接头抗拉强度可达231 MPa,为母材抗拉强度的77%,弯曲角度达180°;反面焊缝焊接接头抗拉强度可达226 MPa,为母材抗拉强度的76%,弯曲角度达180°.
冷喷涂对2219铝合金搅拌摩擦焊接头残余应力与力学性能的影响
祁志伟, 杨夏炜, 邹阳帆, 汤化伟, 李文亚
当前状态:  doi: 10.12073/j.hjxb.20211231002
[摘要](17) [HTML全文](0) [PDF 1549KB](1)
摘要:
为了改善铝合金搅拌摩擦焊接头残余应力与力学性能,在4 mm厚2219铝合金搅拌摩擦焊接头上表面进行冷喷涂试验,研究分析了冷喷涂前后接头残余应力与力学性能的变化. 结果表明,焊态接头纵向残余应力呈不对称“M”形分布,残余应力峰值位于前进侧靠轴肩附近;冷喷涂后,接头残余应力大幅度降低,残余应力峰值由186 MPa降低至43 MPa.涂层沉积厚度约200 μm,涂层与基体界面产生了较大的塑性变形,基体界面附近组织晶粒得以细化.由于冷喷涂过程的喷丸效应,接头上表面显微硬度平均提高了25 HV,作用深度约1 mm.接头拉伸性能也获得明显改善,抗拉强度提升6.3%,断后伸长率提升78.6%,焊态与冷喷涂态的拉伸试样均在接头前进侧的热影响区附近发生断裂,符合在低硬度区或弱结合面产生裂纹并扩展的弱区断裂的特征.
SiCp/2009Al复合材料搅拌摩擦焊T形接头组织与力学性能
张振, 薛鹏, 王东, 王全兆, 倪丁瑞, 肖伯律, 马宗义
当前状态:  doi: 10.12073/j.hjxb.20220104002
[摘要](13) [HTML全文](0) [PDF 1943KB](4)
摘要:
在工具转速800 ~ 1200 r/min、焊接速度100 ~ 150 mm/min的工艺参数下,对6 mm厚的硬态(自然时效态)体积分数为15% SiCp/2009Al复合材料轧制板材进行T形搅拌摩擦焊(friction stir welding, FSW),均获得了致密无缺陷的接头. 结果表明,FSW过程中,剧烈塑性变形使焊核区部分SiC颗粒发生一定程度的破碎,破碎程度随转速的增加而增加,随焊接速度的增加而减弱;焊核区中的微米级强化相发生破碎、溶解,并沿焊核区细晶界面析出. T形接头横板两侧各存在2个低硬度区,靠近焊核区的低硬度区的硬度比远离焊核区的低硬度区的硬度低;固定焊接速度为100 mm/min时,转速从800 r/min增加到1200 r/min时,接头的抗拉强度不变;固定转速为800 r/min时,将焊接速度从100 mm/min增加到150 mm/min时,接头的抗拉强度轻微降低. 接头拉伸过程中在横板与竖板交界处受应力最大,所有接头均在此区域断裂.
5A06铝合金静止轴肩搅拌摩擦焊T形接头组织与性能
秦丰, 张春波, 周军, 乌彦全, 梁武, 巫瑞智
当前状态:  doi: 10.12073/j.hjxb.20220201001
[摘要](24) [HTML全文](17) [PDF 2654KB](5)
摘要:
采用静止轴肩搅拌摩擦焊方法实现了10 mm厚5A06铝合金T形接头的焊接. 通过低主轴转速匹配高焊接速度与高主轴转速匹配低焊接速度两组不同的焊接参数,结合拉伸试验、宏观与微观金相分析、电子背散射衍射(electron backscattered diffraction,EBSD)分析与扫描电镜(scanning electron microscope,SEM)断口分析,研究了热输入对焊接接头力学性能与组织的影响. 结果表明,在两组焊接参数下均可获得无孔洞缺陷的全焊透T形接头,焊缝表面光滑平整,几乎无减薄发生;热输入不同会改变搅拌针与周围材料的摩擦形式,引起焊缝出现弱结合缺陷,并影响接头抗拉强度; 在高主轴转速匹配低焊接速度时,焊缝中心重叠区顶部易产生弱结合缺陷,导致接头抗拉强度较低,为198 MPa,拉伸试样断裂在筋板. 在低主轴转速匹配高焊接速度时,焊缝无缺陷存在,接头抗拉强度为287 MPa, 拉伸试样断裂在底板.
高强铝合金可变转速回填式搅拌摩擦点焊温度场及接头组织性能调控
赵运强, 赵宇佳, 刘喆, 林志成, 董春林, 邓军
当前状态:  doi: 10.12073/j.hjxb.20220102001
[摘要](9) [HTML全文](2) [PDF 1429KB](4)
摘要:
针对7B04-T74铝合金,采用可变转速回填式搅拌摩擦点焊(variable rotation speed-refill friction stir spot welding, V-RFSSW)新方法开展了数值仿真及试验研究. 结果表明,V-RFSSW温度场围绕搅拌头轴线呈圆形对称分布,焊点高温区域集中在搅拌套空腔内部. 与扎入阶段转速相同的常规回填式搅拌摩擦点焊(refill friction stir spot welding, RFSSW)相比,V-RFSSW新方法既可在扎入阶段使材料充分塑化,以保证焊点成形,同时,通过降低回填阶段搅拌头转速降低焊接峰值温度及高温停留时间,抑制组分液化的发生,避免了共晶相的生成. V-RFSSW与常规RFSSW接头显微硬度均呈“W”形分布,且扎入阶段转速相同的情况下V-RFSSW接头搅拌区平均硬度更高. 在拉剪载荷下两种接头均以“纽扣”形式发生断裂,其中V-RFSSW接头拉剪失效载荷为8835 N,高于RFSSW接头的8162 N.
6061-T6/7075-T6异种铝合金搅拌摩擦焊接头组织与性能
高士康, 周利, 张欣盟, 张军峰, 李高辉, 赵洪运
当前状态:  doi: 10.12073/j.hjxb.20210616003
[摘要](9) [HTML全文](1) [PDF 7301KB](4)
摘要:
利用搅拌摩擦焊实现了2 mm厚7075-T6/6061-T6异种铝合金连接,并对材料放置位置和转速对接头成形与组织性能的影响进行了分析. 结果表明,7075-T6铝合金置于前进侧时更有利于焊接过程中材料的迁移行为,焊缝成形及接头性能更优.当焊接速度为150 mm/min、转速为1 000 r/min时,可获得内部无明显缺陷、外观良好的异种铝合金接头;热力影响区相较与母材的小角度晶界含量增加,焊核区发生动态再结晶,小角度晶界转化为大角度晶界;接头拉伸性能随转速的增加,呈现先增加后减小的趋势.接头的平均抗拉强度和断后伸长率分别达到231 MPa和4.0%. 接头的断裂位置位于6061侧焊核区,与接头硬度最小位置相吻合.
2195-T6铝锂合金搅拌摩擦焊接头微观组织结构与力学性能
戴翔, 石磊, 武传松, 蒋元宁, 高嵩, 傅莉
当前状态:  doi: 10.12073/j.hjxb.20210524002
[摘要](16) [HTML全文](2) [PDF 9148KB](4)
摘要:
采用搅拌摩擦焊对2 mm厚的2195-T6铝锂合金进行焊接,利用OM,SEM,EBSD等分析技术探讨焊接速度对接头组织结构与力学性能的影响. 结果表明,搅拌头转速为800 r/min、焊接速度在120 ~ 210 mm/min范围内,焊核区晶粒均较为细小,平均晶粒尺寸约为1 μm. 随着焊接速度的提高,大角度晶界含量增大,焊核区的{110}<110>织构和{011}<100>戈斯织构消失. 接头硬度的最低值均出现在后退侧热影响区,且在焊接速度为180 mm/min时,接头的抗拉强度与断后伸长率达到最大值,最大抗拉强度为467 MPa,约为母材的86.3%,此时断后伸长率为4.9%,断裂模式为韧性断裂,但断口呈现一定的脆性断裂特征.
摩擦增材辅助Ti/Al搅拌摩擦搭接接头特征分析
吕宗亮, 刘景麟, 韩振宇, 朱栋, 万龙, 黄永宪
当前状态:  doi: 10.12073/j.hjxb.20211229003
[摘要](25) [HTML全文](3) [PDF 2969KB](11)
摘要:
为解决Ti/Al异种材料搅拌摩擦焊接接头强度低、搅拌针磨损等问题,提出一种摩擦增材辅助搅拌摩擦搭接焊(friction addition-friction stir lap welding, FA-FSLW)技术. 该新工艺延续了固相连接的优势,具有热输入量低、界面金属间化合物薄等特点.文中研究了以6082铝合金作预沉积层辅助实现3 mm厚2A12铝合金板与4 mm厚TC4钛合金板之间的连接,焊接过程中搅拌头扎入铝沉积层而不接触钛表面,得到抗拉载荷最大为12.2 kN的接头.结果表明, FA-FSLW复合焊接头的界面迁移越大,接头承载越小.同时,发现界面处的Ti, Al元素发生了明显互扩散,Si元素在界面偏聚,与Ti, Al元素发生冶金反应后形成层状纳米级Ti-Al-Si金属间化合物,为提高接头强度奠定基础.
搅拌摩擦增材制造关键技术与装备发展
温琦, 刘景麟, 孟祥晨, 黄永宪, 万龙
当前状态:  doi: 10.12073/j.hjxb.20210616004
[摘要](28) [HTML全文](5) [PDF 5040KB](9)
摘要:
搅拌摩擦增材制造 (friction stir additive manufacturing, FSAM) 是一种全新的固相增材技术,解决了材料熔化而产生气孔、裂纹等问题,大幅度提高增材制造零件的机械性能,提升制造组件的结构利用率,被认为是金属增材制造领域的重大突破. 介绍了增材制造技术发展历史及特点,总结了固相增材技术优势,阐述了FSAM技术的基本概念、成形原理、发展趋势、组织微观结构演变行为以及力学性能;归纳了当前FSAM所采用的设备类型及其控制系统,重点分析了该技术未来发展应用所面临的挑战及机遇.
FSS/ASS厚壁异种钢“TIG冷焊 + UNGW”组合焊的接头组织及性能
郑韶先, 汪军平, 赵锡龙, 史伟
当前状态:  doi: 10.12073/j.hjxb.20210720001
[摘要](65) [HTML全文](8) [PDF 6294KB](12)
摘要:
为了有效解决铁素体不锈钢的焊接热影响区晶粒易粗化问题,以及奥氏体不锈钢焊接时在接头部分熔合区及其附近热影响区内因易形成蠕虫状δ铁素体而显著降低该区域耐腐蚀性的问题,文中提出了“TIG冷焊 + UNGW”的组合焊接工艺,并进行了1Cr17/1Cr18Ni9Ti厚壁异种不锈钢的焊接,同时对所得接头的显微组织、力学性能及耐腐蚀性进行了测试与分析. 结果表明,组合焊接头的1Cr17母材热影响区晶粒未发生粗化,并且1Cr18Ni9Ti母材部分熔合区及其附近热影响区内未形成蠕虫状δ铁素体;组合焊接头的抗拉强度优于1Cr17母材,并且1Cr17母材热影响区的冲击吸收能量与1Cr17母材相当;组合焊接头的熔敷层、1Cr18Ni9Ti母材、1Cr17母材、UNGW焊缝区及完整接头的耐腐蚀性呈依次下降的趋势.
显示方式:
高性能焊接与评价
新型马氏体耐热钢蠕变-疲劳性能与寿命预测
赵雷, 冯国才, 徐连勇, 韩永典, 荆洪阳
2022, 43(5): 1-7.   doi: 10.12073/j.hjxb.20220101003
[摘要](196) [HTML全文](18) [PDF 1513KB](88)
摘要:
针对P92和G115新型马氏体耐热钢进行了应力控制下蠕变-疲劳性能研究,分析了保载时间和峰值应力对应力控制下蠕变-疲劳性能的影响规律. 结果表明,应力控制下蠕变-疲劳过程中蠕变变形和损伤主导了蠕变-疲劳寿命. 蠕变-疲劳寿命随峰值应力和保载时间的增加而下降,同时相同峰值应力下,G115钢的蠕变-疲劳寿命约是P92钢的8~10倍,但G115钢对峰值应力与保载时间的交互作用更为敏感. 材料高温强度的变化导致G115钢的蠕变-疲劳性能优于P92钢. 针对应力控制下蠕变-疲劳寿命预测,研究了能量法、应变能密度耗竭法、频率分离法和回线能量法等. 并基于应力控制蠕变-疲劳非弹性应变损伤机制,提出了最小循环蠕变速率法和基于纯蠕变的最小蠕变速率法. 结果表明:最小循环蠕变速率法预测精度最高,而基于纯蠕变的最小蠕变速率法对高寿命区预测良好,而低寿命区误差偏大.
NiFe基合金激光增材制造热裂纹形成机理及调控
王帅, 付立铭, 袁勇, 尹宏飞, 徐济进, 谷月峰
2022, 43(5): 8-13.   doi: 10.12073/j.hjxb.20220101001
[摘要](176) [HTML全文](22) [PDF 6135KB](45)
摘要:
针对NiFe基高温合金增材制造过程易出现热裂纹的问题,开展该合金热裂纹形成机理的研究,提出通过层间温度控制以及粉末氮化的方法,降低NiFe基高温合金激光增材过程中的热裂纹敏感性. 结果表明,热裂纹的出现主要是由于元素偏析以及热应力所引发的,热裂纹位置大多在大角度晶界处,这是由于大角度晶界中能量较高,在冷却过程中,晶界内液膜的存贮时间较长,从而造成偏析加剧. 当层间温度较低,冷却速度加快,能够减少合金中有害碳化物的长大,降低了大角度晶界比例,从而抑制热裂纹的出现. 粉末预氮化通过预先将Ti, Nb等元素进行氮化,形成稳定氮化物,在抑制开裂敏感性元素偏析的同时增加了形核点,促进晶粒细化,从而降低该合金的热裂纹敏感性.
表层组织状态对6005A铝合金MIG焊接头液化裂纹及疲劳性能的影响
韩晓辉, 李帅贞, 吴来军, 檀财旺, 李刚卿, 宋晓国
2022, 43(5): 14-20.   doi: 10.12073/j.hjxb.20210825004
[摘要](91) [HTML全文](4) [PDF 5133KB](24)
摘要:
采用扫描电镜、透射电镜、电子背散射衍射和高周疲劳试验,研究了表层组织状态对轨道交通用6005A铝合金MIG焊接头液化裂纹及疲劳性能的影响. 结果表明,粗晶组织晶界附近第二相粗大,导致热影响区晶界液膜厚度达到8 ~ 10 μm,使得液化晶界抵抗拉应力的能力降低,从而对液化裂纹缺陷更敏感. 因表层粗晶组织形成的液化裂纹成为疲劳过程中可能的裂纹源,对接头疲劳性能产生不利影响. 改善母材表层粗晶组织可以抑制液化裂纹的形成,提高接头疲劳性能. 在1 × 107循环周次下,表层粗晶接头疲劳强度为93 MPa,表层细晶接头疲劳强度为107 MPa.
基于单边缺口拉伸试样的环缝接头阻力曲线确定方法对比
龚宝明, 田润明, 刘秀国, 邓彩艳, 王东坡
2022, 43(5): 21-28.   doi: 10.12073/j.hjxb.20210610001
[摘要](88) [HTML全文](4) [PDF 1145KB](16)
摘要:
近些年单边缺口拉伸(SENT)试样被用于管道基于应变的设计与评估,并且相关机构发展了一些断裂韧性的测试标准,包括DNVGL-RP-F108,CANMET,BMT,USP以及英国国家标准BS 8571等. 但相关测试标准之间在测试原理、测试方法以及断裂韧性计算方法上还存在较大差异,有必要对它们之间的区别进行进一步的研究. 文中以API X80管线钢环缝接头为研究对象,对夹持式单边缺口拉伸(SENT)试样的裂纹尖端张开位移(δ)和J积分阻力曲线不同确定方法进行了对比. 结果表明,通过拟合计算J-R曲线、δ-R曲线以及初始断裂韧性值J0.2δ0.2,给出了SENT试样断裂韧性阻力曲线计算的推荐公式.
高速列车TC4钛合金焊接构架强度及寿命评估
习文顺, 任鑫焱, 张金元, 郭峰, 吴圣川, 李忠文, 韩晓辉
2022, 43(5): 29-35.   doi: 10.12073/j.hjxb.20210930001
[摘要](79) [HTML全文](9) [PDF 1452KB](23)
摘要:
对TC4钛合金进行TIG电弧焊接试验,获取了TC4钛合金母材和焊接接头的硬度分布、基本力学和高周疲劳性能;建立含有假轴的钛合金焊接构架有限元仿真模型,分别校核了新型TC4钛合金和现役S355耐候钢构架的静强度和疲劳强度;基于实测疲劳载荷谱和线性Miner疲劳累积损伤理论,分别评估了TC4钛合金和S355耐候钢构架的疲劳寿命. 结果表明,钛合金和耐候钢构架的最小静强度安全系数分别为2.8和1.5,均大于安全系数阈值,满足设计要求;此外,钛合金和耐候钢构架临界安全部位均位于修正Goodman疲劳极限图的包络范围之内,满足设计要求,且TC4钛合金Goodman疲劳极限图的包络空间远大于S355耐候钢. 在典型8级载荷谱下,若以年运营30 × 107 m估计,构架各关键部位均满足服役寿命35年的设计要求,且TC4钛合金构架估算年限约为S355耐候钢构架的2倍. 研究结果为更高速度和更高安全等级转向架构架的强度及结构设计提供科学依据.
MAG和激光扫描-电弧复合焊X80钢接头组织和性能
李泽宇, 徐连勇, 郝康达, 赵雷, 荆洪阳
2022, 43(5): 36-42.   doi: 10.12073/j.hjxb.20220101002
[摘要](141) [HTML全文](23) [PDF 2595KB](33)
摘要:
在激光焊接打底情况下,对比研究了熔化极活性气体保护电弧焊(MAG)和激光扫描-电弧复合焊(OLAHW)工艺对X80管线钢接头成形、显微组织和力学性能(显微硬度、拉伸性能和冲击韧性)的影响规律. 结果表明,两种工艺下均能获得无气孔、夹渣和裂纹缺陷,成形良好的焊接接头,接头组织均主要由针状铁素体(AF)和M-A组元组成. 因为更小的焊接热输入和更快的冷却速度,以及激光束扫描促进形核作用,OLAHW填充接头组织中形成较MAG填充接头更多的针状铁素体和更细小的M-A组元. MAG和OLAHW两种填充工艺下接头平均显微硬度和拉伸强度接近,但OLAHW焊接接头的硬度变化相对MAG接头更平缓、硬度值波动较小,且OLAHW填充接头热影响区和焊缝区冲击吸收能量分别为277和217 J,较MAG填充接头分别提高了64%和42%.
AlCoCrFeNi2.1高熵合金电子束焊接接头耐蚀性
冯道臣, 郑文健, 高国奔, 周州, 贺艳明, 杨建国
2022, 43(5): 43-48.   doi: 10.12073/j.hjxb.20220101006
[摘要](60) [HTML全文](10) [PDF 1963KB](19)
摘要:
为明确高熵合金焊接接头耐腐蚀行为,采用电子束方法对共晶双相AlCoCrFeNi2.1高熵合金进行焊接,并运用电化学腐蚀方法研究了接头耐蚀性.结果表明,焊缝区域(FZ)自腐蚀电位相比母材(BM)提高0.16 V左右,耐蚀性增强,自腐蚀电流减小了一个数量级,腐蚀速率明显降低.焊接接头母材区域腐蚀坑呈纵深扩展趋势,而焊缝区域腐蚀坑呈横向扩展,并表现出明显的相选择性腐蚀现象.焊缝区域的晶粒细化显著,硬度升高,两相分布呈现密集的“网络”状,元素分布更加均匀,大角度晶界增加,这都增强了焊接接头的耐点蚀穿孔的能力.
光束摆动和氮气合金化对钼合金接头组织和性能的影响
于涵, 潘隆政, 张林杰, 梁文生, 白立安
2022, 43(5): 49-55.   doi: 10.12073/j.hjxb.20220101005
[摘要](53) [HTML全文](2) [PDF 2628KB](11)
摘要:
钼合金熔化焊接存在晶粒粗大、晶间偏析问题,导致接头力学性能差,采用激光束摆动和氮气合金化方法开展试验研究.结果表明,单独采用光束摆动措施后,焊缝区平均晶粒尺寸减小约28%,焊缝中心显微硬度从190 HV提高到200 HV,钼合金对接接头抗拉强度从29.83 MPa提高到130.03 MPa.单独采用氮气合金化(保护气体10 % N2 + 90 % Ar)的方法后,焊缝中心显微硬度从190 HV提高到240 HV,钼合金对接接头抗拉强度从29.83 MPa提高到350.94 MPa;在同时采用激光摆动与氮气合金化时接头抗拉强度达到了439.43 MPa,为母材抗拉强度的67.8%,且断裂模式由沿晶断裂转变为了沿晶断裂与穿晶解理断裂并存;分析认为氮气合金化对接头性能的强化效果得益于晶内和晶界处Mo2N相的生成.
Q960E焊接粗晶区组织的再热脆化与软化分析
董现春, 张楠, 张侠洲, 田志凌
2022, 43(5): 56-62.   doi: 10.12073/j.hjxb.20210702002
[摘要](64) [HTML全文](2) [PDF 2450KB](14)
摘要:
为了精确获得不同温度梯度条件下焊接热影响区的组织和性能,采用焊接热模拟的方式对一种低碳当量Q960E及其对比钢进行了两次模拟热循环试验,并获得了一次热模拟后的CGHAZ,以及二次热模拟后的未变粗晶热影响区(UA CGHAZ)、过临界粗晶热影响区(SCR CGHAZ)、临界粗晶热影响区(ICR CGHAZ)和亚临界粗晶热影响区(SR CGHAZ)的显微组织,开展了组织分析、冲击韧性测试和硬度表征.结果表明,低碳当量Q960E和高碳当量对比钢的ICR CGHAZ和SR CGHAZ均有再热脆化敏感性,在−40 ℃下对比钢的SR CGHAZ的冲击韧性低至9 J,其晶界点状和条状碳化物分布是再热脆化的主要原因;低碳当量Q960E的SR CGHAZ软化最为严重,其原因是细晶强化、位错强化和析出强化联合丧失造成的.
某构件焊缝疲劳开裂的寿命预测方法应用对比
陈秉智, 何正平, 李向伟, 兆文忠
2022, 43(5): 63-68.   doi: 10.12073/j.hjxb.20210824001
[摘要](44) [HTML全文](14) [PDF 2132KB](9)
摘要:
某轨道车辆的一个横向减振器座的焊缝在服役过程中出现了疲劳裂纹. 为了找到疲劳开裂的原因,在获得疲劳载荷谱的情况下,分别采用名义应力法、热点应力法以及结构应力法对开裂焊缝进行了疲劳寿命数值仿真计算. 数值仿真计算的结果表明,与名义应力和热点应力法相比较,结构应力法的计算结果最符合实际情况,且在焊缝应力集中的识别能力上,结构应力法也明显优于其它两种方法. 结合具体的工程实例,进一步讨论了3种方法的本质差异,得出在焊接结构抗疲劳设计的过程中,结构应力法最值得在应用中普遍推广.
附加超声对6061-T6铝合金/Q235钢搅拌摩擦焊搭接工艺优化
刘涛, 高嵩, 肖光春, 吴程浩, 石磊, 孙志平
2022, 43(5): 69-75.   doi: 10.12073/j.hjxb.20220101007
[摘要](89) [HTML全文](10) [PDF 3966KB](20)
摘要:
采用超声振动强化搅拌摩擦焊接工艺实现了6061-T6铝合金和Q235钢异种金属的有效连接,考察了超声能量对焊缝成形、接头组织、力学性能以及焊接载荷的影响.结果表明,施加超声能量可以显著改善焊缝表面成形,增加铝/钢界面区和焊核区的宽度.超声振动细化了焊核区和热力影响区的晶粒组织,改变了搭接接头的断裂机制和断裂位置,提高了接头的力学性能.对焊接过程中焊接载荷的变化进行分析,发现施加超声能量后搅拌头扭矩、焊接轴向力和主轴输出功率均有所下降.
焊接结构超高周疲劳主S-N曲线拟合及寿命预测方法
周韶泽, 郭硕, 陈秉智, 张军, 兆文忠
2022, 43(5): 76-82.   doi: 10.12073/j.hjxb.20211116002
[摘要](86) [HTML全文](6) [PDF 2422KB](22)
摘要:
超声波疲劳试验是获得焊接接头超高周疲劳强度的实用方法. 目前还没有有效方法能够预测和评估任意焊接接头形式的超声超高周疲劳寿命. 文中提出了一种超声简谐共振条件下,评估焊接接头疲劳寿命的瞬态结构应力法,以及超声超高周疲劳主S-N曲线拟合方法. 基于已公开的300个焊接接头试验数据,拟合了铝合金焊接接头20 kHz超高周主S-N曲线. 通过共振模型瞬态仿真分析,后雨流计数获得响应等效结构应力谱,与超高周疲劳主S-N曲线预测焊接结构疲劳寿命. 结果表明,结构应力集中系数不会因焊接接头受到振动或外载大小变化而改变;拟合的超高周疲劳主S-N曲线是一条新的m = 16.5的窄带,将主S-N曲线法理论的适用范围拓展到了超高周区域,可用于任意接头形式的焊接结构件超声振动超高周疲劳寿命预测.
N和O元素引入对GPCA-TIG焊焊缝冲击韧性的影响
黄勇, 郭卫, 王艳磊
2022, 43(5): 83-89.   doi: 10.12073/j.hjxb.20210919001
[摘要](41) [HTML全文](6) [PDF 1011KB](8)
摘要:
通过外层气体引入O和N元素,气体熔池耦合活性TIG焊(gas pool coupled activating TIG welding)可以实现深熔深、高质量和连续焊接. 为了研究清楚O和N元素引入对焊缝冲击韧性的影响规律和机理,针对SUS304不锈钢分别测试了外层气体为O2,N2和O2 + N2时的焊缝低温冲击韧性,并从焊缝组织成分、析出物种类及形态以及晶粒取向等方面分析了其影响机理. 结果表明,外层气体引入对GPCA-TIG焊焊缝低温冲击韧性影响较大,单独引入O2时将明显降低,单独引入N2时降低较少,而同时引入O2和N2将增加焊缝金属低温冲击韧性. O和N元素同时引入增强GPCA-TIG焊缝金属低温冲击韧性的机理主要在于:焊缝组织较细,金属中的O和N元素含量和所形成的非金属夹杂物的增加程度和铁素体数量的下降程度都较少,却增加了奥氏体晶粒大角度晶界数量以及铁素体晶粒与奥氏体晶粒之间位向关系的匹配性,从而使得裂纹不易扩展,韧性增强.
低合金高强钢激光电弧复合焊热模拟热影响区组织与冲击韧性
鲍亮亮, 潘春宇, 刘福建, 张新明, 韩涛
2022, 43(5): 90-97.   doi: 10.12073/j.hjxb.20210817001
[摘要](53) [HTML全文](1) [PDF 2197KB](12)
摘要:
采用焊接热模拟技术制备了低合金高强钢激光电弧复合焊热影响区的均匀化组织试样,并结合示波冲击试验和组织精细化表征技术分析了热模拟试样组织与韧性之间的关系. 结果表明,热模拟粗晶区、细晶区组织为板条马氏体,临界区组织为马氏体和晶界碳化物,亚临界区组织为回火马氏体;峰值温度对热模拟试样裂纹形成功影响不大,对裂纹扩展功具有较大影响;热模拟临界区和粗晶区试样抵抗裂纹扩展的能力较差;当峰值温度相同时,热模拟粗晶区试样的冲击吸收能量随冷却速度的变化不大. 峰值温度主要影响热模拟粗晶区试样裂纹稳定扩展功,峰值温度越高,裂纹稳定扩展功越低. 热模拟粗晶区试样断裂过程属于裂纹扩展控制,马氏体板条块是控制其裂纹稳定扩展的微观组织单元.
基于磁控冶金的铝/钢异种金属焊接特性
闫飞, 周一凡, 唐本刊, 胥永刚, 王春明
2022, 43(5): 98-103.   doi: 10.12073/j.hjxb.20220101004
[摘要](70) [HTML全文](4) [PDF 1239KB](20)
摘要:
预置纵向交变磁场对铝/钢异种材料进行激光搭接深熔焊试验,采用金相显微镜、扫描电镜等分析方法研究交变磁场对接头宏观形貌、显微组织、元素分布、力学性能及其断裂方式的影响. 结果表明,外加交变磁场作用下铝/钢接头焊缝的熔宽减小、熔深增加. 交变磁场诱导焊缝熔池中产生的电磁力促使界面层形成的IMCs由连续分布转向离散分布,成分偏析和裂纹缺陷得到抑制. 界面层IMCs可能由ζ-FeAl2,θ-FeAl3和β2-FeAl组成. 与未加磁场相比,外加磁场辅助激光焊接可以提高接头的载荷能力,这主要归功于结合面积的增加与焊缝IMCs组织的细化.
7075铝合金TIG焊焊缝的组织和性能与耐腐蚀性
郭立祥, 李小平, 刘骁, 王斌, 王壮壮
2022, 43(5): 104-112.   doi: 10.12073/j.hjxb.20210811001
[摘要](112) [HTML全文](10) [PDF 6845KB](36)
摘要:
采用自研的7075铝合金焊丝对7075铝合金板材进行焊接试验,研究焊接电流(160 ~ 180 A)对焊缝组织和性能与耐蚀性的影响;同时观察T6热处理(480 ℃ + 1 h,120 ℃ + 24 h)后性能的变化.结果表明,焊缝组织均匀为等轴晶,而且随电流增大晶粒尺寸不断增加,热处理后晶界变窄,明显看出析出相变少;XRD和SEM检测发现焊接后焊缝主要由β相(β-AlCu3)、η相(MgZn2)和少量的AlCuMg相组成,同时检测出有Al13Fe4金属间化合物和少量的Mg2Si;热处理后合金元素固溶溶入基体,时效后并没有析出常见的强化相,仅发现Al13Fe4,Mg2Si和少量的Al5Fe3,SiO2杂质相.通过热处理,元素由热处理前的偏析严重,转变为热处理后的分布均匀,降低焊缝处的自腐蚀电位;同时阻抗和相位角均得到提升,耐蚀性最好的为经过热处理后电流165 A的焊缝.
峰值电流模式PSFB-ZVS PWM逆变弧焊电源的完整小信号模型及控制环路设计
何亚宁
[摘要](1413) [PDF 991KB](1630)
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.
英文摘要
[摘要](269) [PDF 250KB](1300)
摘要:
Cu-Al异种金属超声焊接过程模拟
李欢, 曹彪, 杨景卫, 崔晓宇
[摘要](1134) [PDF 2358KB](1173)
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.
铝/钢电弧辅助激光对接熔钎焊铺展特性
樊丁, 王斌, 李春玲, 黄健康, 余淑荣
[摘要](844) [PDF 1213KB](1135)
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.
小电流脉冲TIG弧的谐振现象及其交流阻抗特性分析
牛永, 宋永伦, 曾周末
[摘要](3490) [PDF 490KB](1027)
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.