2017年 第38卷 第6期
2017, 38(6): 1-5.
doi: 10.12073/j.issn.0253-360X.2017.06.001.
摘要:
为了实现传热、传质的解耦，提出了旁路耦合电弧焊接工艺（Arcing-wire PAW）.介绍了旁路耦合电弧焊接工艺的原理和系统组成，利用数据采集系统和高速摄像机对电信号和熔滴过渡进行同步采集，结合电信号变化和熔滴过渡行为分析不同焊接参数对熔滴过渡的影响.结果表明，送丝速度和MIG电流的变化改变了焊丝熔化的平衡位置，使得熔滴的过渡状态和频率发生了变化，焊丝垂直高度的变化使得焊丝充分利用熔池的热量实现稳定快速过渡.由于传热和传质可以分开控制且电弧形态在焊接方向被拉长，保证了高速焊接时焊接过程的稳定性.
为了实现传热、传质的解耦，提出了旁路耦合电弧焊接工艺（Arcing-wire PAW）.介绍了旁路耦合电弧焊接工艺的原理和系统组成，利用数据采集系统和高速摄像机对电信号和熔滴过渡进行同步采集，结合电信号变化和熔滴过渡行为分析不同焊接参数对熔滴过渡的影响.结果表明，送丝速度和MIG电流的变化改变了焊丝熔化的平衡位置，使得熔滴的过渡状态和频率发生了变化，焊丝垂直高度的变化使得焊丝充分利用熔池的热量实现稳定快速过渡.由于传热和传质可以分开控制且电弧形态在焊接方向被拉长，保证了高速焊接时焊接过程的稳定性.
2017, 38(6): 6-10.
摘要:
为开发出以航空煤油为燃料的新型高速燃气喷涂枪，需设计出高效的煤油雾化喷嘴.文中提出了一种双气流空气助力雾化喷嘴，并运用计算流体动力学（CFD）模拟技术计算了该喷嘴的气流场，分析了喷嘴主、辅气出口截面积比对雾化气流场分布的影响规律，发现主、辅气出口截面积比增大，气流的喷射锥角相应增大，最大速度减小.综合考虑喷射锥角和气流速度对雾化效果的影响，确定主、辅气出口截面积比在1.01~1.34范围内喷嘴雾化效果较好.利用高速摄像系统对优化喷嘴的喷雾形态进行了试验分析，发现拍摄到的喷雾形态和计算机模拟结果一致，具有良好的雾化效果.
为开发出以航空煤油为燃料的新型高速燃气喷涂枪，需设计出高效的煤油雾化喷嘴.文中提出了一种双气流空气助力雾化喷嘴，并运用计算流体动力学（CFD）模拟技术计算了该喷嘴的气流场，分析了喷嘴主、辅气出口截面积比对雾化气流场分布的影响规律，发现主、辅气出口截面积比增大，气流的喷射锥角相应增大，最大速度减小.综合考虑喷射锥角和气流速度对雾化效果的影响，确定主、辅气出口截面积比在1.01~1.34范围内喷嘴雾化效果较好.利用高速摄像系统对优化喷嘴的喷雾形态进行了试验分析，发现拍摄到的喷雾形态和计算机模拟结果一致，具有良好的雾化效果.
2017, 38(6): 11-14.
摘要:
在激光焊接过程中，金属蒸气和飞溅蕴含着丰富的焊接状态信息.以大功率盘形激光焊接304不锈钢为试验对象，应用紫外波段和可见光波段高速摄像机摄取焊接过程中金属蒸气和飞溅瞬态图像.分析图像区域纹理二阶统计特征——灰度共生矩阵，并用ASM（angular second moment）能量、惯性矩、熵和自相关性描述灰度共生矩阵，分析灰度共生矩阵与焊缝成形之间的关系，同时提取飞溅数量和面积、金属蒸气质心方位和金属蒸气高度等特征，建立BP（back propagation）神经网络模型，预测焊缝成形.结果表明，所分析方法能够有效反映金属蒸气、飞溅与焊接状态之间的关联，为在线监测大功率盘形激光焊接质量提供依据.
在激光焊接过程中，金属蒸气和飞溅蕴含着丰富的焊接状态信息.以大功率盘形激光焊接304不锈钢为试验对象，应用紫外波段和可见光波段高速摄像机摄取焊接过程中金属蒸气和飞溅瞬态图像.分析图像区域纹理二阶统计特征——灰度共生矩阵，并用ASM（angular second moment）能量、惯性矩、熵和自相关性描述灰度共生矩阵，分析灰度共生矩阵与焊缝成形之间的关系，同时提取飞溅数量和面积、金属蒸气质心方位和金属蒸气高度等特征，建立BP（back propagation）神经网络模型，预测焊缝成形.结果表明，所分析方法能够有效反映金属蒸气、飞溅与焊接状态之间的关联，为在线监测大功率盘形激光焊接质量提供依据.
2017, 38(6): 15-18.
摘要:
针对不同载荷方向对TC4钛合金激光焊缝的疲劳性能的影响展开对比试验分析，对激光直、斜焊缝的疲劳寿命和疲劳断口进行了对比计算与分析.结果表明，直焊缝试件的疲劳寿命相比斜焊缝的分散性小，斜焊缝试件的中值疲劳寿命是直焊缝的1.98倍；直、斜焊缝试件疲劳裂纹均起始于显微硬度最低的热影响区表面，直焊试件裂纹在焊缝区扩展至断裂，疲劳裂纹扩展区有脆性解理特征，而斜焊试件裂纹穿过焊缝进入母材扩展至断裂，扩展区有典型韧性扩展特征；在瞬断区，斜焊缝试件比直焊缝表现出更好的韧性.
针对不同载荷方向对TC4钛合金激光焊缝的疲劳性能的影响展开对比试验分析，对激光直、斜焊缝的疲劳寿命和疲劳断口进行了对比计算与分析.结果表明，直焊缝试件的疲劳寿命相比斜焊缝的分散性小，斜焊缝试件的中值疲劳寿命是直焊缝的1.98倍；直、斜焊缝试件疲劳裂纹均起始于显微硬度最低的热影响区表面，直焊试件裂纹在焊缝区扩展至断裂，疲劳裂纹扩展区有脆性解理特征，而斜焊试件裂纹穿过焊缝进入母材扩展至断裂，扩展区有典型韧性扩展特征；在瞬断区，斜焊缝试件比直焊缝表现出更好的韧性.
2017, 38(6): 19-24.
摘要:
采用不同表面形状的搅拌针对20 mm厚7075铝板进行焊接，分析其对焊缝金属沿轴向迁移的影响.结果表明，使用圆锥形搅拌针焊接时，随着旋转速度增加，焊核区面积、塑化金属沿两边向上迁移高度先增大后减小，疏松区面积则先减小后增大.同一焊缝中焊核区内塑化金属沿前进边向上迁移高度大于返回边.采用375 r/min旋转速度焊接时获得的焊核区面积、塑化金属向上迁移高度最大，疏松区面积最小.而使用三角平面搅拌针焊接时，瞬时空腔的出现增强了沿焊缝水平方向上"抽吸-挤压"效应，同时改善塑化金属沿轴向上的流动性，导致疏松缺陷消失.
采用不同表面形状的搅拌针对20 mm厚7075铝板进行焊接，分析其对焊缝金属沿轴向迁移的影响.结果表明，使用圆锥形搅拌针焊接时，随着旋转速度增加，焊核区面积、塑化金属沿两边向上迁移高度先增大后减小，疏松区面积则先减小后增大.同一焊缝中焊核区内塑化金属沿前进边向上迁移高度大于返回边.采用375 r/min旋转速度焊接时获得的焊核区面积、塑化金属向上迁移高度最大，疏松区面积最小.而使用三角平面搅拌针焊接时，瞬时空腔的出现增强了沿焊缝水平方向上"抽吸-挤压"效应，同时改善塑化金属沿轴向上的流动性，导致疏松缺陷消失.
2017, 38(6): 25-28.
摘要:
针对单边开坡口的非对称角根焊中熔透不稳定、成形质量差的问题，对其温度场及熔池成形规律进行分析从而优化焊接参数的选取，改善成形质量.考虑温度、对流、辐射和相变潜热对材料物理性能的影响，利用有限元分析软件建立了低碳钢非对称角焊缝有限元模型，并进行仿真计算.对比讨论了不同结构情况下焊接电流对温度场的影响，重点分析了非对称角焊接参数对背部熔宽的影响.结果表明，非对称角焊缝温度分布不均匀，背部熔宽对电流的变化十分敏感，焊接电流大小对熔池形状影响较大.通过试验得到三组熔透情况不同的焊缝，其热影响区形状尺寸与仿真结果吻合良好，从而验证了理论分析的有效性.
针对单边开坡口的非对称角根焊中熔透不稳定、成形质量差的问题，对其温度场及熔池成形规律进行分析从而优化焊接参数的选取，改善成形质量.考虑温度、对流、辐射和相变潜热对材料物理性能的影响，利用有限元分析软件建立了低碳钢非对称角焊缝有限元模型，并进行仿真计算.对比讨论了不同结构情况下焊接电流对温度场的影响，重点分析了非对称角焊接参数对背部熔宽的影响.结果表明，非对称角焊缝温度分布不均匀，背部熔宽对电流的变化十分敏感，焊接电流大小对熔池形状影响较大.通过试验得到三组熔透情况不同的焊缝，其热影响区形状尺寸与仿真结果吻合良好，从而验证了理论分析的有效性.
2017, 38(6): 29-32,36.
摘要:
对5A90铝锂合金电子束焊接头进行高温拉伸试验，使用光学显微镜观察试样变形过程中的组织演变，并对变形机理进行分析.结果表明，超塑性变形初期，接头超塑性变形机制以扩散导致的晶界迁移为主，焊缝细小等轴晶粒迅速长大.当应变大于100%时，接头中大晶粒开始发生动态再结晶，超塑性变形机制转变为动态再结晶机制.在超塑性变形过程中热影响区平均晶粒尺寸与焊缝平均晶粒尺寸逐渐接近，组织存在耦合均匀化过程.提出采用均匀化系数K来表征焊缝与热影响区的组织均匀化程度，随着变形的进行，K值逐渐升高.
对5A90铝锂合金电子束焊接头进行高温拉伸试验，使用光学显微镜观察试样变形过程中的组织演变，并对变形机理进行分析.结果表明，超塑性变形初期，接头超塑性变形机制以扩散导致的晶界迁移为主，焊缝细小等轴晶粒迅速长大.当应变大于100%时，接头中大晶粒开始发生动态再结晶，超塑性变形机制转变为动态再结晶机制.在超塑性变形过程中热影响区平均晶粒尺寸与焊缝平均晶粒尺寸逐渐接近，组织存在耦合均匀化过程.提出采用均匀化系数K来表征焊缝与热影响区的组织均匀化程度，随着变形的进行，K值逐渐升高.
2017, 38(6): 33-36.
摘要:
实现电流解耦的熔滴过渡，在足够低的焊接电流下仍能获得稳定的细颗粒或射滴过渡，将从根本上提升熔化极气体保护焊（GMAW）过程的稳定性和焊接质量.为此，文中提出了一种采用激光脉冲照射熔滴，利用蒸发反冲力驱动熔滴过渡的新方法.首先试验观测了光致蒸发现象，初步分析了激光蒸发反冲力的特征.进而观测分析了小电流下脉冲激光控制熔滴过渡的效果.结果表明，采用激光脉冲照射能够实现熔滴过渡与焊接电流的完全解耦，熔滴过渡随激光脉冲表现为一脉一滴的形式，熔滴飞行轨迹沿激光入射方向有一定偏转，但对焊缝成形无不良影响.
实现电流解耦的熔滴过渡，在足够低的焊接电流下仍能获得稳定的细颗粒或射滴过渡，将从根本上提升熔化极气体保护焊（GMAW）过程的稳定性和焊接质量.为此，文中提出了一种采用激光脉冲照射熔滴，利用蒸发反冲力驱动熔滴过渡的新方法.首先试验观测了光致蒸发现象，初步分析了激光蒸发反冲力的特征.进而观测分析了小电流下脉冲激光控制熔滴过渡的效果.结果表明，采用激光脉冲照射能够实现熔滴过渡与焊接电流的完全解耦，熔滴过渡随激光脉冲表现为一脉一滴的形式，熔滴飞行轨迹沿激光入射方向有一定偏转，但对焊缝成形无不良影响.
2017, 38(6): 37-40,46.
摘要:
针对磁控埋弧焊跟踪信号非线性，不平稳及常用滤波方法难以滤除其相近低频干扰信号的缺点，提出一种基于经验小波变换（EWT）的磁控埋弧焊焊缝跟踪信号分析方法.该方法继承了EMD分解与小波变换各自的优点，分解出电弧跟踪信号的固有模态，在频域自适应地构造带通滤波器组从而构造正交小波函数，提取具有紧支撑傅立叶频谱的调幅-调频（AM-FM）成分.将此方法用于埋弧焊磁控电弧传感器焊缝跟踪平台信号分析中，提取出了更精确的焊缝跟踪信号，并通过试验验证了此方法的有效性及精确性.同时分析了相近低频噪声的信息，为进一步的信号处理及跟踪系统的优化提供了理论依据.
针对磁控埋弧焊跟踪信号非线性，不平稳及常用滤波方法难以滤除其相近低频干扰信号的缺点，提出一种基于经验小波变换（EWT）的磁控埋弧焊焊缝跟踪信号分析方法.该方法继承了EMD分解与小波变换各自的优点，分解出电弧跟踪信号的固有模态，在频域自适应地构造带通滤波器组从而构造正交小波函数，提取具有紧支撑傅立叶频谱的调幅-调频（AM-FM）成分.将此方法用于埋弧焊磁控电弧传感器焊缝跟踪平台信号分析中，提取出了更精确的焊缝跟踪信号，并通过试验验证了此方法的有效性及精确性.同时分析了相近低频噪声的信息，为进一步的信号处理及跟踪系统的优化提供了理论依据.
2017, 38(6): 41-46.
摘要:
采用三种热输入进行3Cr耐候钢MAG焊，借助金相显微镜、扫描电子显微镜及透射电子显微镜分析了热输入对焊缝金属组织和性能的影响.结果表明，三种热输入焊缝金属组织主要由板条贝氏体、粒状贝氏体和M-A组元组成.随着焊接热输入的增加，焊缝组织中粒状贝氏体含量增加；M-A组元含量增加且尺寸增大.随着热输入的增加，焊缝金属冲击韧性降低.组织粗化、M-A组元含量增加尺寸增大是导致其韧性降低的主要原因.接头不同区域耐蚀性能相当，腐蚀产物主要由α-FeOOH组成.热输入为8~12 kJ，采用所选焊丝焊接高强耐候钢能够获得强韧性、耐蚀性匹配良好的焊接接头.热输入为8 kJ，接头综合性能最佳.
采用三种热输入进行3Cr耐候钢MAG焊，借助金相显微镜、扫描电子显微镜及透射电子显微镜分析了热输入对焊缝金属组织和性能的影响.结果表明，三种热输入焊缝金属组织主要由板条贝氏体、粒状贝氏体和M-A组元组成.随着焊接热输入的增加，焊缝组织中粒状贝氏体含量增加；M-A组元含量增加且尺寸增大.随着热输入的增加，焊缝金属冲击韧性降低.组织粗化、M-A组元含量增加尺寸增大是导致其韧性降低的主要原因.接头不同区域耐蚀性能相当，腐蚀产物主要由α-FeOOH组成.热输入为8~12 kJ，采用所选焊丝焊接高强耐候钢能够获得强韧性、耐蚀性匹配良好的焊接接头.热输入为8 kJ，接头综合性能最佳.
2017, 38(6): 47-50,78.
摘要:
为评价点焊接头的冲击性能，研发一台摆锤式冲击试验机和冲击夹具.利用LabVIEW软件和高速数据采集卡，开发了试验机的逻辑控制软件、人机界面、数据采集和处理系统，上述硬件设备和软件组成完整的点焊接头冲击性能测试系统.利用所研制的试验机对DP980材料的点焊试样进行冲击测试试验，得到了不同点焊电流条件下拉伸-剪切冲击性能评价参数.详细对比分析了采用不同测量或计算方法所获得的冲击力、摆锤最大剩余摆角以及总冲击吸收功.结果表明，试验机测量的冲击力是可靠的，数据分析处理算法是合理的，其测试结果可用于点焊接头冲击性能的评价.
为评价点焊接头的冲击性能，研发一台摆锤式冲击试验机和冲击夹具.利用LabVIEW软件和高速数据采集卡，开发了试验机的逻辑控制软件、人机界面、数据采集和处理系统，上述硬件设备和软件组成完整的点焊接头冲击性能测试系统.利用所研制的试验机对DP980材料的点焊试样进行冲击测试试验，得到了不同点焊电流条件下拉伸-剪切冲击性能评价参数.详细对比分析了采用不同测量或计算方法所获得的冲击力、摆锤最大剩余摆角以及总冲击吸收功.结果表明，试验机测量的冲击力是可靠的，数据分析处理算法是合理的，其测试结果可用于点焊接头冲击性能的评价.
2017, 38(6): 51-55.
摘要:
针对脉冲旁路耦合电弧焊（pulsed DE-GMAW）焊接过程中熔滴过渡和焊缝成形控制难题，基于高速摄像等在内的硬件系统和xPC的快速原型软件系统构成的试验系统，对不同的脉冲数量对熔滴过渡和焊缝成形的影响进行了分析.结果表明，在主路电流不变的情况下，随着双脉冲旁路电流的峰值脉冲数增加，自由过渡的次数增加；随着双脉冲旁路电流的基值脉冲数增加，短路过渡的次数增加.但较多的短路过渡次数会导致焊接过程不稳定，产生较大飞溅.在此基础上，确立了双脉冲旁路电流的双脉冲峰值脉冲数与基值脉冲数匹配来控制熔滴过渡方式，因此获得较好的焊缝成形.
针对脉冲旁路耦合电弧焊（pulsed DE-GMAW）焊接过程中熔滴过渡和焊缝成形控制难题，基于高速摄像等在内的硬件系统和xPC的快速原型软件系统构成的试验系统，对不同的脉冲数量对熔滴过渡和焊缝成形的影响进行了分析.结果表明，在主路电流不变的情况下，随着双脉冲旁路电流的峰值脉冲数增加，自由过渡的次数增加；随着双脉冲旁路电流的基值脉冲数增加，短路过渡的次数增加.但较多的短路过渡次数会导致焊接过程不稳定，产生较大飞溅.在此基础上，确立了双脉冲旁路电流的双脉冲峰值脉冲数与基值脉冲数匹配来控制熔滴过渡方式，因此获得较好的焊缝成形.
2017, 38(6): 56-60.
摘要:
文中对超声冲击处理前后的7A52铝合金焊接接头显微组织、显微硬度以及残余应力进行了分析，并对超声冲击处理前后的接头在不同循环应力比的加载条件下进行了疲劳试验.结果表明，经超声冲击处理后接头塑性变形层厚度在45~70 μm左右，母材区表面硬度提高了170%，焊缝区硬度提高了大约70%，改变了焊态残余应力分布，成功引入了压应力；在疲劳试验中，循环次数为2×106的条件下，加载应力循环比为0.1时，冲击态接头的疲劳强度为60.26 MPa，比疲劳强度为40.74 MPa的焊态试样提高了47.9%，而在加载应力循环比为0.45时，冲击态接头的疲劳强度为46.53 MPa，比疲劳强度为39.97 MPa的焊态试样提高了16.4%.
文中对超声冲击处理前后的7A52铝合金焊接接头显微组织、显微硬度以及残余应力进行了分析，并对超声冲击处理前后的接头在不同循环应力比的加载条件下进行了疲劳试验.结果表明，经超声冲击处理后接头塑性变形层厚度在45~70 μm左右，母材区表面硬度提高了170%，焊缝区硬度提高了大约70%，改变了焊态残余应力分布，成功引入了压应力；在疲劳试验中，循环次数为2×106的条件下，加载应力循环比为0.1时，冲击态接头的疲劳强度为60.26 MPa，比疲劳强度为40.74 MPa的焊态试样提高了47.9%，而在加载应力循环比为0.45时，冲击态接头的疲劳强度为46.53 MPa，比疲劳强度为39.97 MPa的焊态试样提高了16.4%.
2017, 38(6): 61-64.
摘要:
采用BNi68CrWB钎料粉末对K24和GH648异种高温合金进行钎焊连接，分析了接头典型界面组织，提出了钎焊过程反应机理.结果表明，接头由共晶区、等温凝固区和扩散区组成.共晶区由WB，CrB和镍基固溶体组成，等温凝固区为镍基固溶体，GH648侧扩散区由WB，WxBy，CrxBy，以及沿晶界析出的镍基固溶体和少量的Cr2Ni3相组成，K24侧扩散区与母材差异不明显.钎焊过程由元素富集、母材溶解、等温凝固和共晶凝固四个阶段组成.其中等温凝固阶段是钎焊过程中最关键的阶段，等温凝固不完全时，钎缝中央存在共晶组织，影响接头性能.钎焊温度1 150℃，保温120 min时，等温凝固完全，接头组织均匀，力学性能最优，室温拉剪强度可达323 MPa.
采用BNi68CrWB钎料粉末对K24和GH648异种高温合金进行钎焊连接，分析了接头典型界面组织，提出了钎焊过程反应机理.结果表明，接头由共晶区、等温凝固区和扩散区组成.共晶区由WB，CrB和镍基固溶体组成，等温凝固区为镍基固溶体，GH648侧扩散区由WB，WxBy，CrxBy，以及沿晶界析出的镍基固溶体和少量的Cr2Ni3相组成，K24侧扩散区与母材差异不明显.钎焊过程由元素富集、母材溶解、等温凝固和共晶凝固四个阶段组成.其中等温凝固阶段是钎焊过程中最关键的阶段，等温凝固不完全时，钎缝中央存在共晶组织，影响接头性能.钎焊温度1 150℃，保温120 min时，等温凝固完全，接头组织均匀，力学性能最优，室温拉剪强度可达323 MPa.
2017, 38(6): 65-68.
摘要:
利用超声波水浸聚焦入射法对1 mm厚的SUS304奥氏体不锈钢板点焊接头进行超声C扫描成像检测.分析了不同焊接工艺参数下的C扫描图像特征，甄别了飞溅、焊穿等典型焊接缺陷，并提取其对应的A扫描信号.基于C扫描图像对焊核直径进行了测量，并与焊核切口端面尺寸进行了比较.结果表明，基于超声波水浸聚焦入射法得到的C扫描图像，能有效观测焊核内部形貌特征.焊接电流超过8 kA，电极力小于2 700 N时，超声波C扫描图像中清晰反映出飞溅、焊穿等缺陷，其对应区域的A扫描信号与正常熔核区波形特征有明显差异；借助超声C扫描图像测得的焊核直径为4.39~5.25 mm.
利用超声波水浸聚焦入射法对1 mm厚的SUS304奥氏体不锈钢板点焊接头进行超声C扫描成像检测.分析了不同焊接工艺参数下的C扫描图像特征，甄别了飞溅、焊穿等典型焊接缺陷，并提取其对应的A扫描信号.基于C扫描图像对焊核直径进行了测量，并与焊核切口端面尺寸进行了比较.结果表明，基于超声波水浸聚焦入射法得到的C扫描图像，能有效观测焊核内部形貌特征.焊接电流超过8 kA，电极力小于2 700 N时，超声波C扫描图像中清晰反映出飞溅、焊穿等缺陷，其对应区域的A扫描信号与正常熔核区波形特征有明显差异；借助超声C扫描图像测得的焊核直径为4.39~5.25 mm.
2017, 38(6): 69-72,109.
摘要:
为了改善铝-铜搅拌摩擦焊对接接头的焊缝接头性能，文中采用对焊缝铜一侧引入外加热源的方法，来增加焊接热输入，提高铜侧材料的软化程度.结果表明，外加热源能够有效提高焊缝部位铜一侧的焊接温度，从而增加焊接过程中铜一侧的塑化流动性，形成成形良好的焊接接头.通过焊缝的物相对比可知，外加热源引起的温度场的改变，有效地减少了焊缝中CuAl，CuAl2等中间相的含量，增加了铜颗粒在焊缝中的含量.在力学性能上表现为有外加热源的焊缝拉伸强度较高，显微硬度分布均匀.
为了改善铝-铜搅拌摩擦焊对接接头的焊缝接头性能，文中采用对焊缝铜一侧引入外加热源的方法，来增加焊接热输入，提高铜侧材料的软化程度.结果表明，外加热源能够有效提高焊缝部位铜一侧的焊接温度，从而增加焊接过程中铜一侧的塑化流动性，形成成形良好的焊接接头.通过焊缝的物相对比可知，外加热源引起的温度场的改变，有效地减少了焊缝中CuAl，CuAl2等中间相的含量，增加了铜颗粒在焊缝中的含量.在力学性能上表现为有外加热源的焊缝拉伸强度较高，显微硬度分布均匀.
2017, 38(6): 73-78.
摘要:
用脉冲300 W Nd：YAG激光器、6轴机器人、5 m长的光纤、送粉系统及送粉专用喷嘴，建立了激光机器人熔覆系统.在低碳钢（SM400B）上熔覆Co基合金（Stellite-6）和碳化钒（VC）混合粉末（VC的质量分数变化范围为0~100%），并对熔覆层的形状和显微组织进行了分析.结果表明，在0~80%范围内随着混合粉末中VC的质量分数增加，VC初晶相的数量随之增加，同时熔深也随之增加；根据混合粉末中VC的质量分数的不同，熔覆层显微组织可分为两种类型，即亚共晶组织和过共晶组织；亚共晶组织由富钴的γ相与共晶组织组成，过共晶组织由初晶VC相与共晶组织组成.
用脉冲300 W Nd：YAG激光器、6轴机器人、5 m长的光纤、送粉系统及送粉专用喷嘴，建立了激光机器人熔覆系统.在低碳钢（SM400B）上熔覆Co基合金（Stellite-6）和碳化钒（VC）混合粉末（VC的质量分数变化范围为0~100%），并对熔覆层的形状和显微组织进行了分析.结果表明，在0~80%范围内随着混合粉末中VC的质量分数增加，VC初晶相的数量随之增加，同时熔深也随之增加；根据混合粉末中VC的质量分数的不同，熔覆层显微组织可分为两种类型，即亚共晶组织和过共晶组织；亚共晶组织由富钴的γ相与共晶组织组成，过共晶组织由初晶VC相与共晶组织组成.
2017, 38(6): 79-82.
摘要:
文中对DP600电阻点焊过程进行了数值模拟，分析了预压、焊接和维持阶段热力学行为.结果表明，熔核尺寸预测值与试验结果基本保持一致.相比于其它位置，熔核中心点温度在焊接阶段升高较快，而在维持阶段则下降较为缓慢.在焊接过程中，电极/工件和工件/工件接触面的接触压强变化明显，并通过工件热膨胀变形行为进行解释.在焊接阶段结束时，熔核中心区域由于热膨胀不匹配而产生径向压应力状态，这由工件的热膨胀不匹配而产生.焊点温度在维持阶段迅速下降，中心区域的压应力因此得到部分释放.另外，在模型中可以观察到与试验结果较为一致的工件间缺口及劈尖形区域.
文中对DP600电阻点焊过程进行了数值模拟，分析了预压、焊接和维持阶段热力学行为.结果表明，熔核尺寸预测值与试验结果基本保持一致.相比于其它位置，熔核中心点温度在焊接阶段升高较快，而在维持阶段则下降较为缓慢.在焊接过程中，电极/工件和工件/工件接触面的接触压强变化明显，并通过工件热膨胀变形行为进行解释.在焊接阶段结束时，熔核中心区域由于热膨胀不匹配而产生径向压应力状态，这由工件的热膨胀不匹配而产生.焊点温度在维持阶段迅速下降，中心区域的压应力因此得到部分释放.另外，在模型中可以观察到与试验结果较为一致的工件间缺口及劈尖形区域.
2017, 38(6): 83-86.
摘要:
设计了温度-定频振动两场耦合可靠性试验，应用两参数weibull统计分析和物理失效分析方法，分析了温度（25，100℃）对振动载荷下微焊点寿命的影响.结果表明，温度由25℃升高到100℃，振动载荷下的微焊点寿命显著提高，U1位置处焊点寿命提高了106%，U2位置处焊点寿命提高了180%；失效模式统计分析表明，随着温度的升高，焊点由界面裂纹（裂纹产生在界面处的金属间化合物与铜焊盘之间）转变为体钎料裂纹（裂纹产生在体钎料处），失效机制由脆性断裂转变为韧性断裂，失效机制的转变与焊点寿命密切相关.
设计了温度-定频振动两场耦合可靠性试验，应用两参数weibull统计分析和物理失效分析方法，分析了温度（25，100℃）对振动载荷下微焊点寿命的影响.结果表明，温度由25℃升高到100℃，振动载荷下的微焊点寿命显著提高，U1位置处焊点寿命提高了106%，U2位置处焊点寿命提高了180%；失效模式统计分析表明，随着温度的升高，焊点由界面裂纹（裂纹产生在界面处的金属间化合物与铜焊盘之间）转变为体钎料裂纹（裂纹产生在体钎料处），失效机制由脆性断裂转变为韧性断裂，失效机制的转变与焊点寿命密切相关.
2017, 38(6): 87-90.
摘要:
针对2024铝合金电子束定点焊物理输运特点，在质量守恒、动量守恒、能量守恒以及VOF方程的基础上，建立了电子束深熔焊三维数学模型，系统描述了加热阶段以及冷却回填阶段点焊熔池的温度场以及小孔的演变过程，并通过焊缝形貌对比对计算结果进行了试验验证.结果表明，蒸汽反冲压力是小孔形成和加深的主要驱动力；在小孔出现以后，加热阶段的熔池最高温度区间位于瞬态小孔的底部，而当熔池冷却时冷却速度由上至下逐渐增加，并导致了焊缝微观组织的晶粒细化.
针对2024铝合金电子束定点焊物理输运特点，在质量守恒、动量守恒、能量守恒以及VOF方程的基础上，建立了电子束深熔焊三维数学模型，系统描述了加热阶段以及冷却回填阶段点焊熔池的温度场以及小孔的演变过程，并通过焊缝形貌对比对计算结果进行了试验验证.结果表明，蒸汽反冲压力是小孔形成和加深的主要驱动力；在小孔出现以后，加热阶段的熔池最高温度区间位于瞬态小孔的底部，而当熔池冷却时冷却速度由上至下逐渐增加，并导致了焊缝微观组织的晶粒细化.
2017, 38(6): 91-95.
摘要:
应用有限元软件ABAQUS对搅拌摩擦点焊加筋壁板进行剪切稳定性计算，得到结构的失稳临界载荷；实施了铝合金搅拌摩擦焊加筋壁板剪切稳定性试验，得到结构的剪切失效形式及过程.结果表明，加筋壁板的破坏形式主要表现为焊点的脱焊或壁板的破损.提出了采用模拟焊点连接的有限元模型，分析了其在剪切载荷作用下的力学性能.结果表明，有限元计算结果与试验所得局部屈曲载荷较吻合，并模拟了剪切载荷作用下加筋壁板的失效过程，说明有限元模拟方法可以用来对该型结构的稳定性能进行分析，从而为该型结构的优化设计及工程应用提供分析参考.
应用有限元软件ABAQUS对搅拌摩擦点焊加筋壁板进行剪切稳定性计算，得到结构的失稳临界载荷；实施了铝合金搅拌摩擦焊加筋壁板剪切稳定性试验，得到结构的剪切失效形式及过程.结果表明，加筋壁板的破坏形式主要表现为焊点的脱焊或壁板的破损.提出了采用模拟焊点连接的有限元模型，分析了其在剪切载荷作用下的力学性能.结果表明，有限元计算结果与试验所得局部屈曲载荷较吻合，并模拟了剪切载荷作用下加筋壁板的失效过程，说明有限元模拟方法可以用来对该型结构的稳定性能进行分析，从而为该型结构的优化设计及工程应用提供分析参考.
2017, 38(6): 96-100.
摘要:
对高铌TiAl/Ti600合金进行了电子束焊接试验以便对高温钛合金与高铌TiAl合金高质焊接提供理论及试验依据，采用金相显微镜、扫描电子显微镜及X射线衍射仪等设备对焊接试样进行了分析.结果表明，高铌TiAl/Ti600接头极易产生裂纹缺陷.接头焊缝主要形成细针状α2-Ti3Al相及α-Ti相，而高铌TiAl侧热影响区呈现板条状及等轴组织形貌，Ti600侧热影响区为针状α'相.接头焊缝区硬度最大，达到586 HV，Ti600侧向高铌TiAl侧过渡过程中硬度逐渐增大，由焊缝到两侧热影响区硬度过渡梯度较大.高铌TiAl/Ti600电子束焊接头室温抗拉强度可达516 MPa，且接头断裂于偏高铌TiAl侧焊缝区，断裂性质为典型的脆性解理断裂，呈现穿晶断裂特征.
对高铌TiAl/Ti600合金进行了电子束焊接试验以便对高温钛合金与高铌TiAl合金高质焊接提供理论及试验依据，采用金相显微镜、扫描电子显微镜及X射线衍射仪等设备对焊接试样进行了分析.结果表明，高铌TiAl/Ti600接头极易产生裂纹缺陷.接头焊缝主要形成细针状α2-Ti3Al相及α-Ti相，而高铌TiAl侧热影响区呈现板条状及等轴组织形貌，Ti600侧热影响区为针状α'相.接头焊缝区硬度最大，达到586 HV，Ti600侧向高铌TiAl侧过渡过程中硬度逐渐增大，由焊缝到两侧热影响区硬度过渡梯度较大.高铌TiAl/Ti600电子束焊接头室温抗拉强度可达516 MPa，且接头断裂于偏高铌TiAl侧焊缝区，断裂性质为典型的脆性解理断裂，呈现穿晶断裂特征.
2017, 38(6): 101-104.
摘要:
对2060铝锂铝合金FSW接头性能进行分析，采用光学显微镜、SEM、EBSD等手段对2060铝锂合金的微观组织、拉伸性能、显微硬度、断口形貌、各向异性等性能进行分析.结果表明，最高强度系数为89.9%，最高延伸率为9.44%；FSW接头各向异性不明显；2060铝锂合金主要强化相为Al2CuLi，并且沿一定晶体学取向分布，对基体有较强的强化作用.在焊核区及热影响区处，析出相溶解，在冷却过程中析出并长大，与基体没有特定的晶体学取向关系，形成粗大的平衡相；由于焊接过程中剧烈的塑性变形与动态再结晶，织构变为弱织构，不存在明显的晶体学取向.
对2060铝锂铝合金FSW接头性能进行分析，采用光学显微镜、SEM、EBSD等手段对2060铝锂合金的微观组织、拉伸性能、显微硬度、断口形貌、各向异性等性能进行分析.结果表明，最高强度系数为89.9%，最高延伸率为9.44%；FSW接头各向异性不明显；2060铝锂合金主要强化相为Al2CuLi，并且沿一定晶体学取向分布，对基体有较强的强化作用.在焊核区及热影响区处，析出相溶解，在冷却过程中析出并长大，与基体没有特定的晶体学取向关系，形成粗大的平衡相；由于焊接过程中剧烈的塑性变形与动态再结晶，织构变为弱织构，不存在明显的晶体学取向.
2017, 38(6): 105-109.
摘要:
在低碳钢表面采用明弧堆焊的方法制备了不同氮含量的Fe-Cr-C-B-N系堆焊合金.借助X射线衍射仪（XRD）、光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、洛氏硬度计和湿砂磨损试验机对堆焊层的组织和性能进行分析.结果表明，堆焊层的显微组织为马氏体+奥氏体+BN+M23（C， B）6+M3（C， B）+M2B.随着氮添加量的增多，组织中有BN生成，初生奥氏体向针状马氏体转变，枝晶间共晶组织的数量减少；堆焊层硬度增加，磨损量出现先减少后增加的趋势.当堆焊层中氮的含量为0.17%时，基体组织与硬质相之间匹配良好，堆焊层的综合性能达到最佳，其硬度值为62.7 HRC，而磨损量仅为0.054 2 g.
在低碳钢表面采用明弧堆焊的方法制备了不同氮含量的Fe-Cr-C-B-N系堆焊合金.借助X射线衍射仪（XRD）、光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、洛氏硬度计和湿砂磨损试验机对堆焊层的组织和性能进行分析.结果表明，堆焊层的显微组织为马氏体+奥氏体+BN+M23（C， B）6+M3（C， B）+M2B.随着氮添加量的增多，组织中有BN生成，初生奥氏体向针状马氏体转变，枝晶间共晶组织的数量减少；堆焊层硬度增加，磨损量出现先减少后增加的趋势.当堆焊层中氮的含量为0.17%时，基体组织与硬质相之间匹配良好，堆焊层的综合性能达到最佳，其硬度值为62.7 HRC，而磨损量仅为0.054 2 g.
2017, 38(6): 110-114.
摘要:
利用数字化焊接电源在AA6061铝合金板上进行了单脉冲，双脉冲和梯形波三种脉冲熔化极焊接工艺的平板堆焊试验.分别通过改变基值时间、焊接速度两种方式来探讨焊接工艺参数对铝合金薄板脉冲MIG焊输入能量及显微组织的影响机理.结果表明，提高焊接速度和通过调节低能量脉冲群的脉冲个数与调节低能量脉冲群的脉冲基值时间来增大基值时间均可以降低热输入，且通过增大基值时间来降低热输入的方式能够细化焊缝组织中的晶粒尺寸，而增大焊接速度则可以提高焊接接头的硬度.
利用数字化焊接电源在AA6061铝合金板上进行了单脉冲，双脉冲和梯形波三种脉冲熔化极焊接工艺的平板堆焊试验.分别通过改变基值时间、焊接速度两种方式来探讨焊接工艺参数对铝合金薄板脉冲MIG焊输入能量及显微组织的影响机理.结果表明，提高焊接速度和通过调节低能量脉冲群的脉冲个数与调节低能量脉冲群的脉冲基值时间来增大基值时间均可以降低热输入，且通过增大基值时间来降低热输入的方式能够细化焊缝组织中的晶粒尺寸，而增大焊接速度则可以提高焊接接头的硬度.
2017, 38(6): 115-119.
摘要:
用窄搭接电阻缝焊机对汽车用SPCC（冷轧低碳普通钢板）进行焊接，采用超声冲击仪对缝焊接头进行处理；通过拉压疲劳试验、X射线应力分析仪、OM、SEM对处理和未处理的缝焊接头疲劳性能和组织进行测试和观察分析对比.结果表明，未经超声冲击处理的缝焊接头经5×104次交变载荷作用即在焊趾区萌生裂纹，裂纹与载荷方向呈45°；经超声冲击处理过的缝焊接头经1.88×106次交变载荷作用未发生断裂；超声冲击处理使缝焊接头表层晶粒细化并形成塑性变形层，降低了其表面的微裂纹缺陷造成的应力集中，使表面残余拉应力变为了压应力，有利于改善缝焊接头的疲劳性能.
用窄搭接电阻缝焊机对汽车用SPCC（冷轧低碳普通钢板）进行焊接，采用超声冲击仪对缝焊接头进行处理；通过拉压疲劳试验、X射线应力分析仪、OM、SEM对处理和未处理的缝焊接头疲劳性能和组织进行测试和观察分析对比.结果表明，未经超声冲击处理的缝焊接头经5×104次交变载荷作用即在焊趾区萌生裂纹，裂纹与载荷方向呈45°；经超声冲击处理过的缝焊接头经1.88×106次交变载荷作用未发生断裂；超声冲击处理使缝焊接头表层晶粒细化并形成塑性变形层，降低了其表面的微裂纹缺陷造成的应力集中，使表面残余拉应力变为了压应力，有利于改善缝焊接头的疲劳性能.
2017, 38(6): 120-124.
摘要:
采用高速摄像装置及汉诺威弧焊分析仪分析了金红石型药芯焊丝在100% CO2及80% Ar+20% CO2气体保护焊时的熔滴过渡模式及电弧形态.结果表明，100% CO2气体保护焊时小、中、大参数均出现排斥过渡特征，随电弧电压与焊接电流增加，熔滴尺寸减小，过渡频率增加，出现滴状过渡，波形呈锯齿状；80% Ar+20% CO2气体保护焊时以滴状过渡为主，大参数时出现射滴过渡，波形近似直线.前者渣柱仅出现于熔滴形成长大的初期，后者在熔滴过渡全过程均有渣柱存在，且对熔滴过渡有一定的导向与稳定作用.这与电弧形态不同，熔滴与渣柱受电弧热作用的效果不同有关.
采用高速摄像装置及汉诺威弧焊分析仪分析了金红石型药芯焊丝在100% CO2及80% Ar+20% CO2气体保护焊时的熔滴过渡模式及电弧形态.结果表明，100% CO2气体保护焊时小、中、大参数均出现排斥过渡特征，随电弧电压与焊接电流增加，熔滴尺寸减小，过渡频率增加，出现滴状过渡，波形呈锯齿状；80% Ar+20% CO2气体保护焊时以滴状过渡为主，大参数时出现射滴过渡，波形近似直线.前者渣柱仅出现于熔滴形成长大的初期，后者在熔滴过渡全过程均有渣柱存在，且对熔滴过渡有一定的导向与稳定作用.这与电弧形态不同，熔滴与渣柱受电弧热作用的效果不同有关.
2017, 38(6): 125-128.
摘要:
采用两种不同比例CuSnTiNi混合单质金属粉，对金刚石在1 040℃保温5 min进行了真空钎焊试验.利用SEM，EDS及XRD对金刚石焊后界面微结构和钎料的微观组织进行了测试分析.结果表明，适合钎焊金刚石的活性成分为BCu70Sn15Ti10Ni5（质量分数，%），该钎料能够在钎焊时首先合金化，在金刚石表面形成了断续的TiC，实现了金刚石的高强度连接，金刚石的热损伤较小，钎料组织由α-Cu固溶体、δ-Cu31Sn8等相组成，该钎料显微硬度为130~180 HV0.1，比CuSnTi有较高的硬度.
采用两种不同比例CuSnTiNi混合单质金属粉，对金刚石在1 040℃保温5 min进行了真空钎焊试验.利用SEM，EDS及XRD对金刚石焊后界面微结构和钎料的微观组织进行了测试分析.结果表明，适合钎焊金刚石的活性成分为BCu70Sn15Ti10Ni5（质量分数，%），该钎料能够在钎焊时首先合金化，在金刚石表面形成了断续的TiC，实现了金刚石的高强度连接，金刚石的热损伤较小，钎料组织由α-Cu固溶体、δ-Cu31Sn8等相组成，该钎料显微硬度为130~180 HV0.1，比CuSnTi有较高的硬度.
