2023年 第44卷 第4期
2023, 44(4): 1-6, 29.
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.
2023, 44(4): 7-13.
doi: 10.12073/j.hjxb.20220507001
摘要:
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.
2023, 44(4): 14-20.
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.
2023, 44(4): 21-29.
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.
2023, 44(4): 30-38.
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.
2023, 44(4): 39-44.
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%.
2023, 44(4): 45-49.
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.
2023, 44(4): 50-57.
doi: 10.12073/j.hjxb.20220522001
摘要:
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.
2023, 44(4): 58-62.
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.
2023, 44(4): 63-70.
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 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 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．
2023, 44(4): 71-76.
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.
2023, 44(4): 77-83.
doi: 10.12073/j.hjxb.20220507002
摘要:
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.
2023, 44(4): 84-92.
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.
2023, 44(4): 93-97.
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.
2023, 44(4): 98-104.
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.
2023, 44(4): 105-110.
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.
2023, 44(4): 111-119.
doi: 10.12073/j.hjxb.20220519002
摘要:
目前有关粉芯丝材增材制造的研究较少，其理论尚不成熟. 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. 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.
2023, 44(4): 120-128.
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%.
