2018年 第39卷 第3期
2018, 39(3): 1-5.
doi: 10.12073/j.hjxb.2018390057
摘要:
通过透射电子显微镜、扫描电子显微镜、拉伸试验机和显微硬度计对6082-T6铝合金搅拌摩擦焊接头焊缝区组织演变和力学性能进行分层研究. 结果表明，在焊核区上层，材料发生塑性变形，晶格畸变能增加，为降低能量，大量的位错集聚成亚结构边界发生动态回复. 同时在焊接热循环的作用下发生动态再结晶，导致焊缝区上层晶粒细小. 在焊核区下层，主要受到搅拌针搅拌作用，轴肩产热通过扩散过程传递到下层的热量减少，发生动态回复和动态再结晶程度低于焊缝上层，晶粒粗大. 前进侧和后退侧热影响区均出现棒状β′沉淀相. 对应焊缝上、下两层硬度都呈“W”形分布，焊缝上层硬度高于焊缝下层硬度，最小值出现在前进侧. 沿着焊缝长度方向上层和下层的抗拉强度分别为205，186 MPa，呈降低趋势，为韧性断裂.
通过透射电子显微镜、扫描电子显微镜、拉伸试验机和显微硬度计对6082-T6铝合金搅拌摩擦焊接头焊缝区组织演变和力学性能进行分层研究. 结果表明，在焊核区上层，材料发生塑性变形，晶格畸变能增加，为降低能量，大量的位错集聚成亚结构边界发生动态回复. 同时在焊接热循环的作用下发生动态再结晶，导致焊缝区上层晶粒细小. 在焊核区下层，主要受到搅拌针搅拌作用，轴肩产热通过扩散过程传递到下层的热量减少，发生动态回复和动态再结晶程度低于焊缝上层，晶粒粗大. 前进侧和后退侧热影响区均出现棒状β′沉淀相. 对应焊缝上、下两层硬度都呈“W”形分布，焊缝上层硬度高于焊缝下层硬度，最小值出现在前进侧. 沿着焊缝长度方向上层和下层的抗拉强度分别为205，186 MPa，呈降低趋势，为韧性断裂.
2018, 39(3): 6-10.
doi: 10.12073/j.hjxb.2018390058
摘要:
采用元胞自动机法和有限差分法建立了宏微观耦合下的焊接熔池微观组织凝固模型，对Ti-45Al合金焊后凝固过程中的枝晶生长形貌和溶质场浓度分布进行模拟,并通过试验对模拟结果进行验证. 讨论分析了焊接热输入、内部形核数和表面传热系数对枝晶生长及形貌的影响. 结果表明，熔池内的组织主要由柱状晶和等轴晶两种形态组成. 热输入的增加和传热系数的减少均有助于柱状晶的生长，而内部形核数越大则越有利于等轴晶的生长. 所建立模型的计算结果与试验结果在关于枝晶生长的定向研究中有较好吻合.
采用元胞自动机法和有限差分法建立了宏微观耦合下的焊接熔池微观组织凝固模型，对Ti-45Al合金焊后凝固过程中的枝晶生长形貌和溶质场浓度分布进行模拟,并通过试验对模拟结果进行验证. 讨论分析了焊接热输入、内部形核数和表面传热系数对枝晶生长及形貌的影响. 结果表明，熔池内的组织主要由柱状晶和等轴晶两种形态组成. 热输入的增加和传热系数的减少均有助于柱状晶的生长，而内部形核数越大则越有利于等轴晶的生长. 所建立模型的计算结果与试验结果在关于枝晶生长的定向研究中有较好吻合.
2018, 39(3): 11-15.
doi: 10.12073/j.hjxb.2018390059
摘要:
针对压缩机叶片激光再制造成形精度要求高、形状及形变控制难度大以及成形过程自动化、智能化水平低的工程实际情况，以边部非规则体积损伤压缩机薄壁叶片成形为目标，设计并实现了叶片激光再制造成形闭环控制系统，实现了形状及形变尺寸的闭环监测和激光功率的在线调节，开展了体积损伤薄壁叶片的激光再制造成形闭环控制. 试验结果表明, 叶片形状恢复充分，表层无裂纹，系统尺寸监测精度可达0.1 mm，系统参数反馈周期为0.5 s，采样频率为2 Hz.
针对压缩机叶片激光再制造成形精度要求高、形状及形变控制难度大以及成形过程自动化、智能化水平低的工程实际情况，以边部非规则体积损伤压缩机薄壁叶片成形为目标，设计并实现了叶片激光再制造成形闭环控制系统，实现了形状及形变尺寸的闭环监测和激光功率的在线调节，开展了体积损伤薄壁叶片的激光再制造成形闭环控制. 试验结果表明, 叶片形状恢复充分，表层无裂纹，系统尺寸监测精度可达0.1 mm，系统参数反馈周期为0.5 s，采样频率为2 Hz.
2018, 39(3): 16-20.
doi: 10.12073/j.hjxb.2018390060
摘要:
根据铝-铜异种材料对接搅拌头偏置搅拌摩擦焊接特点，利用ANSYS软件，模拟焊接过程中的瞬态变化温度场以及焊缝区域各点的热循环曲线. 通过对比分析了移动焊接稳定阶段焊缝横向、纵向及厚度方向各点的最高温度变化；对比不同焊接参数的变化对焊接温度变化的影响，确定主要影响因素为搅拌头转速. 通过试验采集特征点热循环曲线与模拟比较的结果吻合度良好，验证了热源模型与散热模型的准确性. 温度场模拟结果表明,异种材料偏置搅拌摩擦焊过程中温度最高值出现在焊缝中心偏铝合金侧位置.
根据铝-铜异种材料对接搅拌头偏置搅拌摩擦焊接特点，利用ANSYS软件，模拟焊接过程中的瞬态变化温度场以及焊缝区域各点的热循环曲线. 通过对比分析了移动焊接稳定阶段焊缝横向、纵向及厚度方向各点的最高温度变化；对比不同焊接参数的变化对焊接温度变化的影响，确定主要影响因素为搅拌头转速. 通过试验采集特征点热循环曲线与模拟比较的结果吻合度良好，验证了热源模型与散热模型的准确性. 温度场模拟结果表明,异种材料偏置搅拌摩擦焊过程中温度最高值出现在焊缝中心偏铝合金侧位置.
2018, 39(3): 21-25.
doi: 10.12073/j.hjxb.2018390061
摘要:
在TIG-MIG复合焊中，先引燃的TIG焊电弧能够辅助MIG焊实现非接触引弧，且在整个非接触引弧过程中不产生焊接飞溅. 利用电信号与高速摄像同步采集系统获取MIG焊引弧过程的电弧电压、焊接电流和电弧图像，研究了先引燃的TIG焊电弧及其参数变化对MIG焊引弧过程及引弧方式的影响. 结果表明，细长放电通道形成于MIG焊丝末端与TIG焊电弧之间是TIG焊电弧辅助MIG焊实现非接触引弧的关键；TIG焊电弧辅助MIG焊实现非接触引弧对TIG焊接参数的变化具有良好的适应性. 此外，基于气体间隙击穿的流注理论，探讨了细长放电通道的形成过程，揭示了TIG焊电弧辅助MIG焊实现非接触引弧的机理.
在TIG-MIG复合焊中，先引燃的TIG焊电弧能够辅助MIG焊实现非接触引弧，且在整个非接触引弧过程中不产生焊接飞溅. 利用电信号与高速摄像同步采集系统获取MIG焊引弧过程的电弧电压、焊接电流和电弧图像，研究了先引燃的TIG焊电弧及其参数变化对MIG焊引弧过程及引弧方式的影响. 结果表明，细长放电通道形成于MIG焊丝末端与TIG焊电弧之间是TIG焊电弧辅助MIG焊实现非接触引弧的关键；TIG焊电弧辅助MIG焊实现非接触引弧对TIG焊接参数的变化具有良好的适应性. 此外，基于气体间隙击穿的流注理论，探讨了细长放电通道的形成过程，揭示了TIG焊电弧辅助MIG焊实现非接触引弧的机理.
2018, 39(3): 26-30.
doi: 10.12073/j.hjxb.2018390062
摘要:
有色金属微型零件超声焊接时，由于焊头面积小，输入焊接区域能量少，界面有效连接面积不足，影响焊接接头的力学性能. 针对这一问题，结合超声焊接与电阻焊的特点，研制了超声-电阻复合焊接系统. 对铜、铝异种金属进行了超声-电阻复合焊接工艺试验，并与相同工艺条件下的超声焊接进行了对比. 结果表明，电流对超声能的输出有促进作用，使换能器的峰值功率有明显的增加；超声使焊接起始阶段界面接触电阻迅速减小并消失；在复合能量的作用下，输入焊接区域总能量有较大提高，焊接区域温度和加热速率显著增加.
有色金属微型零件超声焊接时，由于焊头面积小，输入焊接区域能量少，界面有效连接面积不足，影响焊接接头的力学性能. 针对这一问题，结合超声焊接与电阻焊的特点，研制了超声-电阻复合焊接系统. 对铜、铝异种金属进行了超声-电阻复合焊接工艺试验，并与相同工艺条件下的超声焊接进行了对比. 结果表明，电流对超声能的输出有促进作用，使换能器的峰值功率有明显的增加；超声使焊接起始阶段界面接触电阻迅速减小并消失；在复合能量的作用下，输入焊接区域总能量有较大提高，焊接区域温度和加热速率显著增加.
2018, 39(3): 31-35.
doi: 10.12073/j.hjxb.2018390063
摘要:
为实现IC10定向凝固高温合金高效、高质量的激光熔覆，开发了通水冷却装置实现激光熔覆过程中的强制冷却，研究了不同冷却条件对激光熔覆层定向凝固组织生长和硬度的影响. 结果表明，相较于无冷却条件，在同样激光熔覆工艺参数下采用强制冷却进行激光熔覆会改变熔覆层形貌，并提高柱状晶在熔覆层中的体积分数，有助于得到更多定向连续生长的柱状晶. 此外，强制冷却对于熔覆层各区域硬度无明显影响，但由于强制冷却条件下熔覆层中柱状晶增多，因此高硬度区域增大.
为实现IC10定向凝固高温合金高效、高质量的激光熔覆，开发了通水冷却装置实现激光熔覆过程中的强制冷却，研究了不同冷却条件对激光熔覆层定向凝固组织生长和硬度的影响. 结果表明，相较于无冷却条件，在同样激光熔覆工艺参数下采用强制冷却进行激光熔覆会改变熔覆层形貌，并提高柱状晶在熔覆层中的体积分数，有助于得到更多定向连续生长的柱状晶. 此外，强制冷却对于熔覆层各区域硬度无明显影响，但由于强制冷却条件下熔覆层中柱状晶增多，因此高硬度区域增大.
2018, 39(3): 36-41.
doi: 10.12073/j.hjxb.2018390064
摘要:
为研究Q800高强钢焊接工字形截面的纵向残余应力分布规律，采用线切割法对4个试件进行试验研究，分析腹板和翼缘板件宽厚比对残余应力的影响，研究各板间残余应力的相互影响及其自平衡性，提出Q800高强钢焊接工字形截面的残余应力分布模型和计算公式. 结果表明,Q800高强钢工字形截面的残余应力分布形式与普通强度钢材的一致. 焊缝和火焰切割边附近呈现残余拉应力，且随着宽厚比的变化呈不规律变化；翼缘外伸部分中部和腹板中部都呈现基本恒定的残余压应力，且随着板件宽厚比的提高而相应减小；其余部位是从残余拉应力到残余压应力转变的过渡区域；翼缘和腹板内的残余应力基本满足自平衡条件，二者没有相互间的影响作用.
为研究Q800高强钢焊接工字形截面的纵向残余应力分布规律，采用线切割法对4个试件进行试验研究，分析腹板和翼缘板件宽厚比对残余应力的影响，研究各板间残余应力的相互影响及其自平衡性，提出Q800高强钢焊接工字形截面的残余应力分布模型和计算公式. 结果表明,Q800高强钢工字形截面的残余应力分布形式与普通强度钢材的一致. 焊缝和火焰切割边附近呈现残余拉应力，且随着宽厚比的变化呈不规律变化；翼缘外伸部分中部和腹板中部都呈现基本恒定的残余压应力，且随着板件宽厚比的提高而相应减小；其余部位是从残余拉应力到残余压应力转变的过渡区域；翼缘和腹板内的残余应力基本满足自平衡条件，二者没有相互间的影响作用.
2018, 39(3): 42-46.
doi: 10.12073/j.hjxb.2018390065
摘要:
针对三维金属熔焊技术经历多次重叠热循环，层间等待时间直接影响成形质量和焊缝微观组织及可能引起的成形缺陷，建立了基于Sysweld求解器的单道多层直线往返堆积路径有限元模型，并进行加工试验验证. 结果表明，数值模拟技术可准确得到金属熔焊复杂的温度场及循环曲线，随层数的增加，热量累积，热源后方热影响区不断扩大，需设置层间等待时间保证成形质量. 等待时间大于30 s时，焊缝区经历明显的温度循环，成形质量较好. 等待时间越长，焊缝微观组织晶粒越均匀细密.
针对三维金属熔焊技术经历多次重叠热循环，层间等待时间直接影响成形质量和焊缝微观组织及可能引起的成形缺陷，建立了基于Sysweld求解器的单道多层直线往返堆积路径有限元模型，并进行加工试验验证. 结果表明，数值模拟技术可准确得到金属熔焊复杂的温度场及循环曲线，随层数的增加，热量累积，热源后方热影响区不断扩大，需设置层间等待时间保证成形质量. 等待时间大于30 s时，焊缝区经历明显的温度循环，成形质量较好. 等待时间越长，焊缝微观组织晶粒越均匀细密.
2018, 39(3): 47-51.
doi: 10.12073/j.hjxb.2018390066
摘要:
针对一种拉伸试验断裂于热影响区附近的X70管线环焊接头，通过数值仿真和韧性试验分别获得断裂驱动力和断裂阻力曲线. 在此基础上使用切线法预测该环焊接头具有较高的拉伸应变容量，与宽板拉伸试验结果一致. 结果表明，与现行标准中要求焊接接头强匹配，并且拉伸试验不应断于“近缝区”的准则相比，使用延性撕裂行为进行热影响区软化环焊接头的定量分析，可以避免对材料性能的过度要求，并且能科学有效的预测环焊接头拉伸应变容量.
针对一种拉伸试验断裂于热影响区附近的X70管线环焊接头，通过数值仿真和韧性试验分别获得断裂驱动力和断裂阻力曲线. 在此基础上使用切线法预测该环焊接头具有较高的拉伸应变容量，与宽板拉伸试验结果一致. 结果表明，与现行标准中要求焊接接头强匹配，并且拉伸试验不应断于“近缝区”的准则相比，使用延性撕裂行为进行热影响区软化环焊接头的定量分析，可以避免对材料性能的过度要求，并且能科学有效的预测环焊接头拉伸应变容量.
2018, 39(3): 52-56.
doi: 10.12073/j.hjxb.2018390067
摘要:
为了减小薄板结构的焊接变形，基于电子束高频偏转扫描技术在焊缝两侧添加辅助扫描热源实现了多束流电子束焊接及焊前预热. 建立了矩形均匀加热辅助热源模型，采用热弹塑性有限元分析方法对1.5 mm厚304不锈钢薄板进行多束流电子束焊接数值模拟，并进行了试验验证. 结果表明，焊后残余应力和变形的实测结果与模拟结果吻合良好，多束流电子束焊接方法不仅可以改变熔池前方材料的受力状态，而且可以减小熔池形成瞬间熔池前方材料的压应力峰值，有利于减小熔池的前方压缩塑性应变，进而减小薄板结构的焊接变形.
为了减小薄板结构的焊接变形，基于电子束高频偏转扫描技术在焊缝两侧添加辅助扫描热源实现了多束流电子束焊接及焊前预热. 建立了矩形均匀加热辅助热源模型，采用热弹塑性有限元分析方法对1.5 mm厚304不锈钢薄板进行多束流电子束焊接数值模拟，并进行了试验验证. 结果表明，焊后残余应力和变形的实测结果与模拟结果吻合良好，多束流电子束焊接方法不仅可以改变熔池前方材料的受力状态，而且可以减小熔池形成瞬间熔池前方材料的压应力峰值，有利于减小熔池的前方压缩塑性应变，进而减小薄板结构的焊接变形.
2018, 39(3): 57-60.
doi: 10.12073/j.hjxb.2018390068
摘要:
为研究PM-TZM钼合金电子束焊接特性，对其进行了电子束焊接试验，分别对接头显微组织及力学性能进行了分析. 结果表明，PM-TZM钼合金电子束焊缝呈“钉状”几何特征，熔合线附近有链状气孔出现. 焊缝区由粗大的等轴晶及柱状晶组成，热影响区晶粒相比于母材明显长大. 接头各区域硬度值不同，焊缝区硬度与母材相当，硬度最低值出现在两侧热影响区.PM-TZM合金电子束焊接接头有较大的性能损失. 接头室温最高抗拉强度378 MPa，为母材抗拉强度的47%，1 000℃抗拉强度168 MPa. 接头拉伸断裂均发生于焊缝区，呈典型的脆性解理断裂特征.
为研究PM-TZM钼合金电子束焊接特性，对其进行了电子束焊接试验，分别对接头显微组织及力学性能进行了分析. 结果表明，PM-TZM钼合金电子束焊缝呈“钉状”几何特征，熔合线附近有链状气孔出现. 焊缝区由粗大的等轴晶及柱状晶组成，热影响区晶粒相比于母材明显长大. 接头各区域硬度值不同，焊缝区硬度与母材相当，硬度最低值出现在两侧热影响区.PM-TZM合金电子束焊接接头有较大的性能损失. 接头室温最高抗拉强度378 MPa，为母材抗拉强度的47%，1 000℃抗拉强度168 MPa. 接头拉伸断裂均发生于焊缝区，呈典型的脆性解理断裂特征.
2018, 39(3): 61-66.
doi: 10.12073/j.hjxb.2018390069
摘要:
采用感应加热的方式引燃Ti-Si-C(摩尔比3∶1∶2)及Ti-Si-C-Al(摩尔比3∶1∶2∶0.1)体系的自蔓延燃烧反应并实现了SiC陶瓷间的连接. 通过对不同工艺参数下生成产物中Ti3SiC2相的相对含量的分析，初步优选出最佳工艺参数为50 A感应电流下加热、30 A感应电流下保温30 min以及1 MPa的连接压力，得到的SiC/TSC/SiC和SiC/TSC-Al/SiC接头平均抗剪强度分别为32.9和66.8 MPa. 微观结构和成分分析的结果表明，SiC/TSC/SiC及SiC/TSC-Al/SiC接头处均显示出良好的界面结合，无明显气孔或裂纹等缺陷.XRD的物相分析结果表明，SiC/TSC-Al/SiC接头的中间层产物中主要含有Ti3SiC2相及少量TiC和Ti-Si的化合物；而SiC/TSC/SiC接头则主要以TiC为主，这就导致了前者的平均抗剪强度超过了后者的两倍.
采用感应加热的方式引燃Ti-Si-C(摩尔比3∶1∶2)及Ti-Si-C-Al(摩尔比3∶1∶2∶0.1)体系的自蔓延燃烧反应并实现了SiC陶瓷间的连接. 通过对不同工艺参数下生成产物中Ti3SiC2相的相对含量的分析，初步优选出最佳工艺参数为50 A感应电流下加热、30 A感应电流下保温30 min以及1 MPa的连接压力，得到的SiC/TSC/SiC和SiC/TSC-Al/SiC接头平均抗剪强度分别为32.9和66.8 MPa. 微观结构和成分分析的结果表明，SiC/TSC/SiC及SiC/TSC-Al/SiC接头处均显示出良好的界面结合，无明显气孔或裂纹等缺陷.XRD的物相分析结果表明，SiC/TSC-Al/SiC接头的中间层产物中主要含有Ti3SiC2相及少量TiC和Ti-Si的化合物；而SiC/TSC/SiC接头则主要以TiC为主，这就导致了前者的平均抗剪强度超过了后者的两倍.
2018, 39(3): 67-70.
doi: 10.12073/j.hjxb.2018390070
摘要:
以2024-T4铝合金为对象进行了搅拌摩擦扩散焊试验，首次提出并使用涡状搅拌针，且对比分析了涡状搅拌针数量对横截面形貌、材料流动行为与力学性能的影响. 结果表明,涡状搅拌针作用下的搭接界面未出现明显的弯曲现象，增加涡状针的数量有利于增加焊核区底部的宽度. 当采用4个涡状结构的搅拌针时，发生拉伸断裂模式的搭接接头有效连接宽度与断裂载荷均大于具有6个涡状结构的搅拌针，其值分别为11.74 mm及17 531.83 N.
以2024-T4铝合金为对象进行了搅拌摩擦扩散焊试验，首次提出并使用涡状搅拌针，且对比分析了涡状搅拌针数量对横截面形貌、材料流动行为与力学性能的影响. 结果表明,涡状搅拌针作用下的搭接界面未出现明显的弯曲现象，增加涡状针的数量有利于增加焊核区底部的宽度. 当采用4个涡状结构的搅拌针时，发生拉伸断裂模式的搭接接头有效连接宽度与断裂载荷均大于具有6个涡状结构的搅拌针，其值分别为11.74 mm及17 531.83 N.
2018, 39(3): 71-74.
doi: 10.12073/j.hjxb.2018390071
摘要:
以TiO2粉末作为添加介质进行铝合金电阻点焊. 焊接过程中利用实时传感技术对电阻点焊熔核形核过程的电极电压与焊接电流信号进行实时检测，通过对检测信号的计算和分析得到熔核形核动态电阻曲线，研究TiO2粉末介质对熔核形核与生长过程电阻特征的影响. 结果表明，随着TiO2粉末介质的介入，熔核形核动态过程发生变化，表现出不同的动态电阻特征. 由动态电阻曲线提取的接触电阻、终了电阻和形核电阻热效应3个特征值均能反映TiO2粉末介质对熔核形核质量特征的影响，且终了电阻、形核电阻热与焊点最大承载力高度线性相关，可作为检测熔核形核质量的依据.
以TiO2粉末作为添加介质进行铝合金电阻点焊. 焊接过程中利用实时传感技术对电阻点焊熔核形核过程的电极电压与焊接电流信号进行实时检测，通过对检测信号的计算和分析得到熔核形核动态电阻曲线，研究TiO2粉末介质对熔核形核与生长过程电阻特征的影响. 结果表明，随着TiO2粉末介质的介入，熔核形核动态过程发生变化，表现出不同的动态电阻特征. 由动态电阻曲线提取的接触电阻、终了电阻和形核电阻热效应3个特征值均能反映TiO2粉末介质对熔核形核质量特征的影响，且终了电阻、形核电阻热与焊点最大承载力高度线性相关，可作为检测熔核形核质量的依据.
2018, 39(3): 75-78.
doi: 10.12073/j.hjxb.2018390072
摘要:
采用明弧自保护法制备Fe-Cr-C-B-Nb系耐磨堆焊合金，借助光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)等手段，分析堆焊层中的物相组成，探究熔池中硬质相析出顺序，研究B和Nb元素含量对其显微组织和耐磨性影响. 结果表明，制备的堆焊合金显微组织为马氏体+残余奥氏体+ M23(C,B)6+NbC,NbC先于M23(C,B)6生成. 当堆焊层中B元素含量为0.21%，Nb元素含量为1.44%时，可以使堆焊合金有较高的硬度和耐磨性. 洛氏硬度可达69 HRC±1.5 HRC，磨损量为0.037 6 g. 过量的B元素不利于NbC析出，而使Nb元素固溶强化硼化物和基体. 耐磨性试验结果表明，M23(C,B)6和NbC两种硬质相显著改善了Fe-Cr-C-B-Nb系堆焊合金的耐磨性.
采用明弧自保护法制备Fe-Cr-C-B-Nb系耐磨堆焊合金，借助光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)等手段，分析堆焊层中的物相组成，探究熔池中硬质相析出顺序，研究B和Nb元素含量对其显微组织和耐磨性影响. 结果表明，制备的堆焊合金显微组织为马氏体+残余奥氏体+ M23(C,B)6+NbC,NbC先于M23(C,B)6生成. 当堆焊层中B元素含量为0.21%，Nb元素含量为1.44%时，可以使堆焊合金有较高的硬度和耐磨性. 洛氏硬度可达69 HRC±1.5 HRC，磨损量为0.037 6 g. 过量的B元素不利于NbC析出，而使Nb元素固溶强化硼化物和基体. 耐磨性试验结果表明，M23(C,B)6和NbC两种硬质相显著改善了Fe-Cr-C-B-Nb系堆焊合金的耐磨性.
2018, 39(3): 79-82.
doi: 10.12073/j.hjxb.2018390073
摘要:
采用氩弧熔敷法制备了Ti3SiC2-TiSi2-TiB2复合材料，并对其在高温氩气退火过程中的相稳定性进行了分析. 结果表明，Ti3SiC2相在氩气保护和1 450℃高温条件下具有稳定性，而原位合成的含碳的TiSi2(Cx)固溶体相在退火过程中通过原子扩散而发生分解，其转化产物主要为Ti3SiC2及少量的SiC稳定相. 退火后，熔覆样品中Ti3SiC2的体积含量比退火前增加了4.8%. 热力学计算结果表明，样品在退火过程中通过原子扩散引起的反应机制为TiSi2(Cx)→Ti3SiC2+SiC,并提出了Ti3SiC2-TiSi2-TiB2熔覆复合材料在退火过程中的原子扩散反应模型. 退火试验分析结果表明，钨极氩弧熔敷法与高温退火相结合的复合工艺可以提高Ti3SiC2-TiSi2-TiB2熔覆复合材料的整体热稳定性.
采用氩弧熔敷法制备了Ti3SiC2-TiSi2-TiB2复合材料，并对其在高温氩气退火过程中的相稳定性进行了分析. 结果表明，Ti3SiC2相在氩气保护和1 450℃高温条件下具有稳定性，而原位合成的含碳的TiSi2(Cx)固溶体相在退火过程中通过原子扩散而发生分解，其转化产物主要为Ti3SiC2及少量的SiC稳定相. 退火后，熔覆样品中Ti3SiC2的体积含量比退火前增加了4.8%. 热力学计算结果表明，样品在退火过程中通过原子扩散引起的反应机制为TiSi2(Cx)→Ti3SiC2+SiC,并提出了Ti3SiC2-TiSi2-TiB2熔覆复合材料在退火过程中的原子扩散反应模型. 退火试验分析结果表明，钨极氩弧熔敷法与高温退火相结合的复合工艺可以提高Ti3SiC2-TiSi2-TiB2熔覆复合材料的整体热稳定性.
2018, 39(3): 83-88.
doi: 10.12073/j.hjxb.2018390074
摘要:
以自保护药芯焊丝(414N-O)为研究对象，借助焊道表面成形系数来评价自保护药芯焊丝激光-电弧复合热源堆焊焊道的表面成形特征，研究了自保护药芯焊丝激光-电弧复合热源堆焊过程中堆焊参数对焊道表面成形的影响. 结果表明,复合热源堆焊过程中，激光的加入明显降低了自保护药芯焊丝电弧作用点漂移概率，有效地克服了自保护药芯焊丝长弧堆焊气孔问题，降低了电弧对工件表面的作用能量. 堆焊参数中，光丝前后位置和光丝间距对焊道表面成形特征起决定性影响，激光前置时光丝间距对焊道表面成形影响显著，激光后置时则影响较小；光丝间距DLA=0 mm和DLA=+2 mm时，有利于焊道表面成形;光丝间距DLA=-2 mm时，恶化了焊道表面成形；激光功率、堆焊速度、堆焊电流和堆焊电压对焊道余高影响显著,激光功率、堆焊电流和堆焊电压对焊道表面成形系数影响显著,焊丝伸出长度对焊道余高和焊道表面成形系数影响较小.
以自保护药芯焊丝(414N-O)为研究对象，借助焊道表面成形系数来评价自保护药芯焊丝激光-电弧复合热源堆焊焊道的表面成形特征，研究了自保护药芯焊丝激光-电弧复合热源堆焊过程中堆焊参数对焊道表面成形的影响. 结果表明,复合热源堆焊过程中，激光的加入明显降低了自保护药芯焊丝电弧作用点漂移概率，有效地克服了自保护药芯焊丝长弧堆焊气孔问题，降低了电弧对工件表面的作用能量. 堆焊参数中，光丝前后位置和光丝间距对焊道表面成形特征起决定性影响，激光前置时光丝间距对焊道表面成形影响显著，激光后置时则影响较小；光丝间距DLA=0 mm和DLA=+2 mm时，有利于焊道表面成形;光丝间距DLA=-2 mm时，恶化了焊道表面成形；激光功率、堆焊速度、堆焊电流和堆焊电压对焊道余高影响显著,激光功率、堆焊电流和堆焊电压对焊道表面成形系数影响显著,焊丝伸出长度对焊道余高和焊道表面成形系数影响较小.
2018, 39(3): 89-93，116.
doi: 10.12073/j.hjxb.2018390075
摘要:
提出了一种用于2219铝合金焊接的新方法，焊前在待焊表面预先涂敷一层除气去膜活性剂，实现了2219铝合金的直流正极性焊接. 研究不同的活性剂浓度对2219铝合金直流正极性活性TIG焊(A-TIG)焊缝表面成形、气孔缺陷、微观组织以及力学性能的影响. 结果表明,当活性剂浓度为10%时可以获得无气孔缺陷、表面成形和力学性能良好的2219铝合金直流A-TIG焊缝. 与变极性TIG焊相比，焊接过程电弧稳定性好，热输入小，焊缝质量优异.
提出了一种用于2219铝合金焊接的新方法，焊前在待焊表面预先涂敷一层除气去膜活性剂，实现了2219铝合金的直流正极性焊接. 研究不同的活性剂浓度对2219铝合金直流正极性活性TIG焊(A-TIG)焊缝表面成形、气孔缺陷、微观组织以及力学性能的影响. 结果表明,当活性剂浓度为10%时可以获得无气孔缺陷、表面成形和力学性能良好的2219铝合金直流A-TIG焊缝. 与变极性TIG焊相比，焊接过程电弧稳定性好，热输入小，焊缝质量优异.
2018, 39(3): 94-98.
doi: 10.12073/j.hjxb.2018390076
摘要:
采用试验方法研究BGA封装结构中焊点的剪切力学行为. 分析并比较了Sn-3Ag-0.5Cu,Sn-0.3Ag-0.7Cu,Sn-0.3Ag-0.7Cu-0.07La和Sn-0.3Ag-0.7Cu-0.07La-0.05Ce四种钎料焊点在单板结构与板级结构中的力学性能. 结果表明, 单板结构中焊点的抗剪强度高于板级结构中焊点的抗剪强度. 在单板结构中，高银焊点的抗剪强度最大，加入稀土元素的低银焊点只是得到了一定程度上的改善，然而对于板级结构，加入稀土元素的低银焊点剪切力学性能基本与高银焊点相当. 在同等拘束条件下，低银焊点的延展性优于高银焊点. 此外，对于同一种钎料而言，单板结构中的焊点断裂在体钎料上，而板级结构则断裂在IMC/体钎料界面处.
采用试验方法研究BGA封装结构中焊点的剪切力学行为. 分析并比较了Sn-3Ag-0.5Cu,Sn-0.3Ag-0.7Cu,Sn-0.3Ag-0.7Cu-0.07La和Sn-0.3Ag-0.7Cu-0.07La-0.05Ce四种钎料焊点在单板结构与板级结构中的力学性能. 结果表明, 单板结构中焊点的抗剪强度高于板级结构中焊点的抗剪强度. 在单板结构中，高银焊点的抗剪强度最大，加入稀土元素的低银焊点只是得到了一定程度上的改善，然而对于板级结构，加入稀土元素的低银焊点剪切力学性能基本与高银焊点相当. 在同等拘束条件下，低银焊点的延展性优于高银焊点. 此外，对于同一种钎料而言，单板结构中的焊点断裂在体钎料上，而板级结构则断裂在IMC/体钎料界面处.
2018, 39(3): 99-102.
doi: 10.12073/j.hjxb.2018390077
摘要:
采用超声冲击复合电火花局部熔凝技术对DH36表面进行处理，将所获得的试样表面与超声冲击处理表面进行了对比研究. 结果表明,相对于超声冲击处理试样，超声冲击复合电火花熔凝处理后试样塑性变形区厚度大幅增加，表面形成约25 μm厚的细晶熔凝组织；表面硬度提高65.1%，硬化层深度约为55 μm，表面粗糙度降低79.6%；处理后试样体积磨损量减小且其磨损失效机制为粘着磨损. 超声冲击复合电火花熔凝后试样表面硬度、耐磨性提高，并改善表面粗糙度，表面处理效果优于超声冲击处理.
采用超声冲击复合电火花局部熔凝技术对DH36表面进行处理，将所获得的试样表面与超声冲击处理表面进行了对比研究. 结果表明,相对于超声冲击处理试样，超声冲击复合电火花熔凝处理后试样塑性变形区厚度大幅增加，表面形成约25 μm厚的细晶熔凝组织；表面硬度提高65.1%，硬化层深度约为55 μm，表面粗糙度降低79.6%；处理后试样体积磨损量减小且其磨损失效机制为粘着磨损. 超声冲击复合电火花熔凝后试样表面硬度、耐磨性提高，并改善表面粗糙度，表面处理效果优于超声冲击处理.
2018, 39(3): 103-106.
doi: 10.12073/j.hjxb.2018390078
摘要:
借助有限元方法研究CuCGA互连结构轴向压力载荷下的力学行为. 结果表明，直径0.32 mm、长径比5～11.5范围的铜焊柱压曲失稳前会因性能薄弱的钎焊圆角局部区域存在超过钎料极限强度的拉伸应力而引发局部微裂纹；而长径比11.5～16.5范围的铜焊柱则会首先发生屈曲失稳；在综合考虑钎焊圆角局部微裂纹失效和焊柱压曲失稳失效前提下，建立了铜柱长径比和阵列铜焊柱互连结构轴向压力载荷下临界应力的关系方程；轴向临界压应力在长径比5～11.5范围内几乎保持恒定，而在长径比11.5～16.5范围内轴向临界压应力随铜柱长径比λ0增加而降低，规律与描述大柔度杆的欧拉公式相符合.
借助有限元方法研究CuCGA互连结构轴向压力载荷下的力学行为. 结果表明，直径0.32 mm、长径比5～11.5范围的铜焊柱压曲失稳前会因性能薄弱的钎焊圆角局部区域存在超过钎料极限强度的拉伸应力而引发局部微裂纹；而长径比11.5～16.5范围的铜焊柱则会首先发生屈曲失稳；在综合考虑钎焊圆角局部微裂纹失效和焊柱压曲失稳失效前提下，建立了铜柱长径比和阵列铜焊柱互连结构轴向压力载荷下临界应力的关系方程；轴向临界压应力在长径比5～11.5范围内几乎保持恒定，而在长径比11.5～16.5范围内轴向临界压应力随铜柱长径比λ0增加而降低，规律与描述大柔度杆的欧拉公式相符合.
2018, 39(3): 107-111.
doi: 10.12073/j.hjxb.2018390079
摘要:
以低碳钢为母材的点焊结构为研究对象，分别使用调试引伸计、拉伸试验和ANSYS的数值仿真三种方法，研究点焊结构的变形和应力状态，得出角度变形与载荷之间的关系，仿真分析点焊结构分焊核、塑性环和母材三部分的力学模型的合理性. 采用点焊结构力学模型分析仿真结果. 结果表明，得出角度变形量随载荷之间的关系，过程中调整塑性环的屈服极限和塑形模量的数值，使得仿真的角度变形量和试验结果相一致. 有限元仿真的塑性环的屈服极限和塑形模量是可测的，可以为以后相关的研究提供参考.
以低碳钢为母材的点焊结构为研究对象，分别使用调试引伸计、拉伸试验和ANSYS的数值仿真三种方法，研究点焊结构的变形和应力状态，得出角度变形与载荷之间的关系，仿真分析点焊结构分焊核、塑性环和母材三部分的力学模型的合理性. 采用点焊结构力学模型分析仿真结果. 结果表明，得出角度变形量随载荷之间的关系，过程中调整塑性环的屈服极限和塑形模量的数值，使得仿真的角度变形量和试验结果相一致. 有限元仿真的塑性环的屈服极限和塑形模量是可测的，可以为以后相关的研究提供参考.
2018, 39(3): 112-116.
doi: 10.12073/j.hjxb.2018390080
摘要:
研制开发了一种带有预热功能的水下局部干法焊接专用排水罩. 该排水罩具有水下预热功能，适用于水下局部干法药芯焊丝半自动焊工艺，预热温度可达60～80℃. 排水罩内设计有一块覆盖于坡口周围的预热钢板，正式焊接前首先在该板上进行预热焊接，通过热传导来实现对焊接坡口的预热作用. 使用该排水罩在水池中进行了模拟焊接试验. 结果表明，焊接接头质量达到AWS D3.6M:2010规定的A级焊缝的各项性能要求. 与其它水下焊接方法的试验结果对比发现，采用所研制的带预热功能的固定式排水罩进行水下局部干法焊接时接头的最大硬度显著降低，韧性也有明显提高.
研制开发了一种带有预热功能的水下局部干法焊接专用排水罩. 该排水罩具有水下预热功能，适用于水下局部干法药芯焊丝半自动焊工艺，预热温度可达60～80℃. 排水罩内设计有一块覆盖于坡口周围的预热钢板，正式焊接前首先在该板上进行预热焊接，通过热传导来实现对焊接坡口的预热作用. 使用该排水罩在水池中进行了模拟焊接试验. 结果表明，焊接接头质量达到AWS D3.6M:2010规定的A级焊缝的各项性能要求. 与其它水下焊接方法的试验结果对比发现，采用所研制的带预热功能的固定式排水罩进行水下局部干法焊接时接头的最大硬度显著降低，韧性也有明显提高.
2018, 39(3): 117-119，123.
doi: 10.12073/j.hjxb.2018390081
摘要:
在焊接复杂的空间曲线或进行全位置焊接操作时，传统焊接机器人关节耦合、系统干涉现象较为普遍，焊接局限性明显. 为了克服焊枪位姿改变时的干涉现象，基于各位置焊缝角度和深度均动态变化的特征，设计出一款能调节自身工作角的新型焊枪，使焊枪自身能够具有一定的实时调节能力，在自动焊接过程中通过调节焊枪工作角配合机器人完成全位置焊接，增强机器人的实用性和可行性，满足较为复杂相贯曲线的焊接要求，使用OpenGL对焊枪运动学模型和焊接过程进行了仿真，仿真结果证明了所设计的自动焊接焊枪的有效性.
在焊接复杂的空间曲线或进行全位置焊接操作时，传统焊接机器人关节耦合、系统干涉现象较为普遍，焊接局限性明显. 为了克服焊枪位姿改变时的干涉现象，基于各位置焊缝角度和深度均动态变化的特征，设计出一款能调节自身工作角的新型焊枪，使焊枪自身能够具有一定的实时调节能力，在自动焊接过程中通过调节焊枪工作角配合机器人完成全位置焊接，增强机器人的实用性和可行性，满足较为复杂相贯曲线的焊接要求，使用OpenGL对焊枪运动学模型和焊接过程进行了仿真，仿真结果证明了所设计的自动焊接焊枪的有效性.
2018, 39(3): 120-123.
doi: 10.12073/j.hjxb.2018380082
摘要:
以高速摄影技术作为主要研究手段，研究钢轨交流闪光焊接过程过梁爆破特征，并结合热成像系统采集焊接过程温度场，以此为数据基础定量分析了钢轨交流闪光焊接过梁爆破特征. 结果表明,钢轨交流脉动闪光焊接工艺模式下，加速闪光阶段具有几个阶段中最高的闪光频次46.93次/s，脉动闪光阶段具有最低的闪光频次11.07次/s；连续闪光阶段闪光烈度为0.009 2 mm/次，是几个阶段中最强的，脉动阶段的闪光烈度最弱，为0.003 8 mm/次；从闪光加热因子来看，脉动阶段最高，符合了该阶段积累热量的主要目的；加速闪光阶段最低，是由于该阶段为了制造保护气氛产生的气化过梁带走了较多的热量；从闪光均匀度看，闪光最不均匀的阶段是闪平阶段，最均匀的阶段是脉动阶段，这恰恰说明了两待焊端面的微观平行情况在闪平阶段最差、脉动阶段最佳.
以高速摄影技术作为主要研究手段，研究钢轨交流闪光焊接过程过梁爆破特征，并结合热成像系统采集焊接过程温度场，以此为数据基础定量分析了钢轨交流闪光焊接过梁爆破特征. 结果表明,钢轨交流脉动闪光焊接工艺模式下，加速闪光阶段具有几个阶段中最高的闪光频次46.93次/s，脉动闪光阶段具有最低的闪光频次11.07次/s；连续闪光阶段闪光烈度为0.009 2 mm/次，是几个阶段中最强的，脉动阶段的闪光烈度最弱，为0.003 8 mm/次；从闪光加热因子来看，脉动阶段最高，符合了该阶段积累热量的主要目的；加速闪光阶段最低，是由于该阶段为了制造保护气氛产生的气化过梁带走了较多的热量；从闪光均匀度看，闪光最不均匀的阶段是闪平阶段，最均匀的阶段是脉动阶段，这恰恰说明了两待焊端面的微观平行情况在闪平阶段最差、脉动阶段最佳.
2018, 39(3): 124-128.
doi: 10.12073/j.hjxb.2018380083
摘要:
对钛合金自冲铆接头整体进行去应力退火处理，并对热处理前后的接头进行静拉伸及疲劳试验；采用三参数幂函数表达式对热处理前后接头的疲劳试验数据进行拟合，得到热处理前后接头的F-lgN曲线；运用扫描电子显微镜对疲劳失效后接头的铆钉断口进行微观观察，并对比分析去应力退火对接头疲劳特性的影响. 结果表明，铆钉断裂为接头在疲劳试验中的主要失效模式；去应力退火对接头疲劳失效模式有很大影响，使得接头在疲劳试验中的薄弱环节具有由铆钉向基板转变的趋势；去应力退火热处理提高了接头在中等寿命区的疲劳特性，但降低了钛合金自冲铆接头在长寿命区的疲劳特性.
对钛合金自冲铆接头整体进行去应力退火处理，并对热处理前后的接头进行静拉伸及疲劳试验；采用三参数幂函数表达式对热处理前后接头的疲劳试验数据进行拟合，得到热处理前后接头的F-lgN曲线；运用扫描电子显微镜对疲劳失效后接头的铆钉断口进行微观观察，并对比分析去应力退火对接头疲劳特性的影响. 结果表明，铆钉断裂为接头在疲劳试验中的主要失效模式；去应力退火对接头疲劳失效模式有很大影响，使得接头在疲劳试验中的薄弱环节具有由铆钉向基板转变的趋势；去应力退火热处理提高了接头在中等寿命区的疲劳特性，但降低了钛合金自冲铆接头在长寿命区的疲劳特性.
