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, 最新更新时间 , doi: 10.12073/j.hjxb.20220310001
摘要:
为获得激光熔覆Inconel 718粉末在Q690高强钢板上的最优熔覆工艺参数，设计响应曲面法中的BBD(Box-Benhnken Design)试验设计模型. 构建输入变量(激光功率、扫描速度、送粉速率)与响应值(稀释率、热影响区深度、显微硬度)之间的数学模型，通过主成分分析法建立熔覆层综合评价指标，利用差分进化算法进行寻优，确定最优工艺参数. 采用最优工艺参数进行试验验证，对其最优工艺参数下试件的宏观形貌与组织形态进行观察与分析，并与优选出的试件进行响应值比较. 结果表明，最优工艺参数为激光功率1 800 W、扫描速度28 mm/s、送粉速率1.9 r/min，该参数下获得的热影响区深度为294 μm，稀释率为14.2%，显微硬度为276.6 HV0.5. 最优工艺参数下的试件热影响区深度减小了6.8%，稀释率降低了24.7%，显微硬度增大了21.7%，且最优试件中的组织形态为较小的树枝晶与少量的胞状晶.
为获得激光熔覆Inconel 718粉末在Q690高强钢板上的最优熔覆工艺参数，设计响应曲面法中的BBD(Box-Benhnken Design)试验设计模型. 构建输入变量(激光功率、扫描速度、送粉速率)与响应值(稀释率、热影响区深度、显微硬度)之间的数学模型，通过主成分分析法建立熔覆层综合评价指标，利用差分进化算法进行寻优，确定最优工艺参数. 采用最优工艺参数进行试验验证，对其最优工艺参数下试件的宏观形貌与组织形态进行观察与分析，并与优选出的试件进行响应值比较. 结果表明，最优工艺参数为激光功率1 800 W、扫描速度28 mm/s、送粉速率1.9 r/min，该参数下获得的热影响区深度为294 μm，稀释率为14.2%，显微硬度为276.6 HV0.5. 最优工艺参数下的试件热影响区深度减小了6.8%，稀释率降低了24.7%，显微硬度增大了21.7%，且最优试件中的组织形态为较小的树枝晶与少量的胞状晶.
, 最新更新时间 , doi: 10.12073/j.hjxb.20220327002
摘要:
针对现有的等离子弧-MIG复合焊接过程中的双弧排斥问题，基于MIG焊丝位移规律性改变提出了一种新型的MIG焊丝振荡与等离子弧共熔池的复合焊接工艺. 通过调节MIG焊丝电机转速(振荡频率)和振荡振幅进行了焊接工艺试验. 结果表明，随着电机转速(振荡频率0 ~ 41 Hz)的增加，等离子弧与MIG电弧排斥减弱，耦合趋势增大. 尤其是电机转速为2 000 r/min(振荡频率33 Hz)时，共熔池复合焊接效果较好；MIG焊炬振荡振幅为1 mm时，电弧形状最为稳定，但振荡频率和振荡振幅过大均不利于焊接过程稳定性；MIG焊炬振荡提高了熔滴过渡频率，使焊丝尖部呈现小熔滴过渡，减小了焊接飞溅. 对接试验力学性能测试表明，抗拉强度、抗弯强度均随振荡频率的提高呈现先增大后减小趋势，分析认为MIG焊炬振荡具有一定搅拌熔池的作用，有效提高了焊接接头的力学性能.
针对现有的等离子弧-MIG复合焊接过程中的双弧排斥问题，基于MIG焊丝位移规律性改变提出了一种新型的MIG焊丝振荡与等离子弧共熔池的复合焊接工艺. 通过调节MIG焊丝电机转速(振荡频率)和振荡振幅进行了焊接工艺试验. 结果表明，随着电机转速(振荡频率0 ~ 41 Hz)的增加，等离子弧与MIG电弧排斥减弱，耦合趋势增大. 尤其是电机转速为2 000 r/min(振荡频率33 Hz)时，共熔池复合焊接效果较好；MIG焊炬振荡振幅为1 mm时，电弧形状最为稳定，但振荡频率和振荡振幅过大均不利于焊接过程稳定性；MIG焊炬振荡提高了熔滴过渡频率，使焊丝尖部呈现小熔滴过渡，减小了焊接飞溅. 对接试验力学性能测试表明，抗拉强度、抗弯强度均随振荡频率的提高呈现先增大后减小趋势，分析认为MIG焊炬振荡具有一定搅拌熔池的作用，有效提高了焊接接头的力学性能.
, 最新更新时间 , doi: 10.12073/j.hjxb.20220909003
摘要:
为了获得铝钢电磁脉冲焊接接头中性盐雾介质的腐蚀过程及机理，对5%NaCl腐蚀后的焊接接头进行拉剪试验，并采用带能谱的扫描电子显微镜进行断口微观形貌分析. 结果表明，铝钢电磁脉冲焊接接头中性盐雾腐蚀3天后的抗剪强度由原态74 MPa降为33 MPa，为原态的51.9%，腐蚀7天时，焊缝完全失效；在焊缝外围，粒子流击碎铝板表面氧化物生成粒状腐蚀物NaAlO2，焊缝上FeAl3破碎，露出铝被快速腐蚀为Al(OH)3；在铝板表面撞击产生凹坑和嵌入钢板表面片状铝的位置最先被腐蚀，NaCl液体堆积并在表层金属下流动腐蚀，并沿着腐蚀坑互连方向扩展，再向焊缝存在FeAl3相的连接区延伸；当氧化膜或焊缝被NaCl介质腐蚀抬起且破碎后，向着铝基体深层腐蚀，形成多而深的沟壑或凹坑，这成为接头快速失效的主要腐蚀机理.
为了获得铝钢电磁脉冲焊接接头中性盐雾介质的腐蚀过程及机理，对5%NaCl腐蚀后的焊接接头进行拉剪试验，并采用带能谱的扫描电子显微镜进行断口微观形貌分析. 结果表明，铝钢电磁脉冲焊接接头中性盐雾腐蚀3天后的抗剪强度由原态74 MPa降为33 MPa，为原态的51.9%，腐蚀7天时，焊缝完全失效；在焊缝外围，粒子流击碎铝板表面氧化物生成粒状腐蚀物NaAlO2，焊缝上FeAl3破碎，露出铝被快速腐蚀为Al(OH)3；在铝板表面撞击产生凹坑和嵌入钢板表面片状铝的位置最先被腐蚀，NaCl液体堆积并在表层金属下流动腐蚀，并沿着腐蚀坑互连方向扩展，再向焊缝存在FeAl3相的连接区延伸；当氧化膜或焊缝被NaCl介质腐蚀抬起且破碎后，向着铝基体深层腐蚀，形成多而深的沟壑或凹坑，这成为接头快速失效的主要腐蚀机理.
, 最新更新时间 , doi: 10.12073/j.hjxb.20220908001
摘要:
研究了添加质量分数为30% ~ 70% CuSn预合金粉复合银钎料在T2紫铜基体上的润湿铺展过程，并讨论了CuSn预合金粉复合银钎料在紫铜基体上的润湿铺展机理.结果表明,在与紫铜基体的润湿铺展过程中，初始接触角由30%CuSn 的119°降低到70%CuSn 的94°.最终接触角由30%CuSn 的15°下降到70%CuSn 的7°. 当粉芯中CuSn合金粉含量为60%时，钎料在铜板上的润湿面积达到530.04 mm2，相比于未添加CuSn合金粉时提高了约66%.由于低熔点CuSn预合金粉的前驱润湿作用使复合银钎料表面张力降低，初始接触角和最终接触角随着CuSn预合金粉含量的增加而减小. CuSn预合金粉在钎焊过程中先于BAg30CuZnSn钎料外皮熔化，形成熔融的铜锡液态合金薄层，降低了固液界面张力.随后，熔化的BAg30CuZnSn箔带在先期熔化的铜锡液态薄层上铺展，并与其发生溶质原子的扩散反应，最终形成液态复合钎料. 低熔点CuSn预合金粉的加入，使复合银钎料在铜上的润湿性能显著改善. 添加40%CuSn预合金粉复合银钎料与铜基体的反应润湿界面均匀致密，其中白色富(Ag)相互连接，Sn元素主要分布于富Ag相和周围的锡青铜相中.
研究了添加质量分数为30% ~ 70% CuSn预合金粉复合银钎料在T2紫铜基体上的润湿铺展过程，并讨论了CuSn预合金粉复合银钎料在紫铜基体上的润湿铺展机理.结果表明,在与紫铜基体的润湿铺展过程中，初始接触角由30%CuSn 的119°降低到70%CuSn 的94°.最终接触角由30%CuSn 的15°下降到70%CuSn 的7°. 当粉芯中CuSn合金粉含量为60%时，钎料在铜板上的润湿面积达到530.04 mm2，相比于未添加CuSn合金粉时提高了约66%.由于低熔点CuSn预合金粉的前驱润湿作用使复合银钎料表面张力降低，初始接触角和最终接触角随着CuSn预合金粉含量的增加而减小. CuSn预合金粉在钎焊过程中先于BAg30CuZnSn钎料外皮熔化，形成熔融的铜锡液态合金薄层，降低了固液界面张力.随后，熔化的BAg30CuZnSn箔带在先期熔化的铜锡液态薄层上铺展，并与其发生溶质原子的扩散反应，最终形成液态复合钎料. 低熔点CuSn预合金粉的加入，使复合银钎料在铜上的润湿性能显著改善. 添加40%CuSn预合金粉复合银钎料与铜基体的反应润湿界面均匀致密，其中白色富(Ag)相互连接，Sn元素主要分布于富Ag相和周围的锡青铜相中.
, 最新更新时间 , doi: 10.12073/j.hjxb.20220309001
摘要:
针对忽略焊接力学不均匀性的名义应变法评价焊接接头低周疲劳性能不准确的问题，提出一种考虑焊接接头力学不均匀性、基于弹塑性有限元计算的局部应变法，对焊接接头的低周疲劳性能进行准确评价. 通过耐热钢电弧焊接头光滑试样和焊缝光滑试样的低周疲劳试验，以及焊接接头光滑试样在加载过程中的弹塑性有限元计算，采用名义应变法和局部应变法分别对耐热钢电弧焊接头光滑试样进行低周疲劳性能评价. 结果表明，耐热钢电弧焊接头在低周疲劳载荷下断裂于焊缝区域. 采用名义应变法评价该焊接接头时，结果偏保守. 由于局部应变法考虑了焊接接头的力学不均匀性，基于断裂微区的局部应变进行疲劳性能评价，发现采用局部应变法得到的焊接接头应变—寿命曲线与断裂微区焊缝的应变—寿命曲线一致.
针对忽略焊接力学不均匀性的名义应变法评价焊接接头低周疲劳性能不准确的问题，提出一种考虑焊接接头力学不均匀性、基于弹塑性有限元计算的局部应变法，对焊接接头的低周疲劳性能进行准确评价. 通过耐热钢电弧焊接头光滑试样和焊缝光滑试样的低周疲劳试验，以及焊接接头光滑试样在加载过程中的弹塑性有限元计算，采用名义应变法和局部应变法分别对耐热钢电弧焊接头光滑试样进行低周疲劳性能评价. 结果表明，耐热钢电弧焊接头在低周疲劳载荷下断裂于焊缝区域. 采用名义应变法评价该焊接接头时，结果偏保守. 由于局部应变法考虑了焊接接头的力学不均匀性，基于断裂微区的局部应变进行疲劳性能评价，发现采用局部应变法得到的焊接接头应变—寿命曲线与断裂微区焊缝的应变—寿命曲线一致.
, 最新更新时间 , doi: 10.12073/j.hjxb.20220306001
摘要:
通过激光选区熔化(selective laser melting, SLM)技术制备了17-4PH不锈钢，采用电子背散射衍射(electron backscattered diffraction, EBSD)和透射电子显微镜(transmission electron microscope, TEM)等方法对沉积态和固溶态试样微观组织结构进行了分析. 通过示波冲击试验确定了裂纹萌生扩展的特征阶段和动态裂纹扩展阻力曲线(J−R曲线)，研究了微观组织与动态断裂性能之间的关系. 结果表明，沉积态试样主要由<100>择优且沿增材方向拉长的δ铁素体柱状晶、取向随机的细小马氏体，以及少量奥氏体组成，不同截面具有显著的组织各向异性；大尺寸δ铁素体柱状晶与细小晶粒的结合面作为薄弱环节，使其脆性增加，J−R曲线的撕裂模量较低，以准解理方式断裂. 固溶热处理明显弱化组织各向异性，微观组织由尺寸细小、均匀的马氏体组成，其冲击吸收能量提升1倍，动态断裂韧性优良，属于韧性断裂. 大尺寸δ铁素体柱状晶与周围细小马氏体晶粒界面结合较弱是沉积态17-4PH不锈钢动态断裂性能较差的主要原因.
通过激光选区熔化(selective laser melting, SLM)技术制备了17-4PH不锈钢，采用电子背散射衍射(electron backscattered diffraction, EBSD)和透射电子显微镜(transmission electron microscope, TEM)等方法对沉积态和固溶态试样微观组织结构进行了分析. 通过示波冲击试验确定了裂纹萌生扩展的特征阶段和动态裂纹扩展阻力曲线(J−R曲线)，研究了微观组织与动态断裂性能之间的关系. 结果表明，沉积态试样主要由<100>择优且沿增材方向拉长的δ铁素体柱状晶、取向随机的细小马氏体，以及少量奥氏体组成，不同截面具有显著的组织各向异性；大尺寸δ铁素体柱状晶与细小晶粒的结合面作为薄弱环节，使其脆性增加，J−R曲线的撕裂模量较低，以准解理方式断裂. 固溶热处理明显弱化组织各向异性，微观组织由尺寸细小、均匀的马氏体组成，其冲击吸收能量提升1倍，动态断裂韧性优良，属于韧性断裂. 大尺寸δ铁素体柱状晶与周围细小马氏体晶粒界面结合较弱是沉积态17-4PH不锈钢动态断裂性能较差的主要原因.
, 最新更新时间 , doi: 10.12073/j.hjxb.20220617003
摘要:
选用5A06铝合金和Ti6Al4V钛合金为母材，ER4047焊丝和粉状Nocolok钎剂为填充材料，采用激光熔钎焊和激光-CMT复合熔钎焊两种焊接方法，并对两种焊接接头的微观组织和力学性能进行对比分析. 结果表明，激光熔钎焊与激光-CMT复合熔钎焊在合适的焊接工艺下均容易获得连续、稳定的焊接接头. 铝/钛激光熔钎焊和激光-CMT复合熔钎焊焊缝中部组织均为α-Al固溶体和Al-Si共晶组织.激光熔钎焊和激光-CMT复合熔钎焊均在钛合金上表面处界面反应层最厚，其厚度分别小于10和6 μm.激光熔钎焊焊缝偏钛侧界面主要为锯齿状，激光-CMT复合熔钎焊焊缝偏钛侧界面主要为层片状. 激光熔钎焊和激光-CMT复合熔钎焊焊接接头均断裂在焊缝区，焊接接头平均抗拉强度分别为252 和209 MPa，激光熔钎焊比激光-CMT复合熔钎焊接头抗拉强度高20%，而激光-CMT复合熔钎焊比激光熔钎焊焊接效率提升约1.5倍.
选用5A06铝合金和Ti6Al4V钛合金为母材，ER4047焊丝和粉状Nocolok钎剂为填充材料，采用激光熔钎焊和激光-CMT复合熔钎焊两种焊接方法，并对两种焊接接头的微观组织和力学性能进行对比分析. 结果表明，激光熔钎焊与激光-CMT复合熔钎焊在合适的焊接工艺下均容易获得连续、稳定的焊接接头. 铝/钛激光熔钎焊和激光-CMT复合熔钎焊焊缝中部组织均为α-Al固溶体和Al-Si共晶组织.激光熔钎焊和激光-CMT复合熔钎焊均在钛合金上表面处界面反应层最厚，其厚度分别小于10和6 μm.激光熔钎焊焊缝偏钛侧界面主要为锯齿状，激光-CMT复合熔钎焊焊缝偏钛侧界面主要为层片状. 激光熔钎焊和激光-CMT复合熔钎焊焊接接头均断裂在焊缝区，焊接接头平均抗拉强度分别为252 和209 MPa，激光熔钎焊比激光-CMT复合熔钎焊接头抗拉强度高20%，而激光-CMT复合熔钎焊比激光熔钎焊焊接效率提升约1.5倍.
, 最新更新时间 , doi: 10.12073/j.hjxb.20220330001
摘要:
建立叠层封装(packaging on packaging，POP)堆叠焊点有限元模型，基于ANAND本构方程，分析了热循环载荷下焊点应力分布状态及热疲劳寿命；基于灵敏度法分析了POP封装结构参数对焊点热应力的影响显著性；基于响应曲面法建立POP堆叠焊点热应力与结构参数的回归方程，并结合粒子群算法对结构参数进行了优化. 结果表明，焊点与铜焊盘接触处应力最大，该处会率先产生裂纹，上层焊点高度和下层焊点高度对POP堆叠焊点热应力影响较为显著；最优结构参数水平组合为上层焊点高度0.35 mm、下层焊点高度0.28 mm、中层印刷电路板厚度0.26 mm，优化后上、下两层焊点的最大热应力分别下降了0.816和1.271 MPa，延长了POP堆叠焊点热疲劳寿命.
建立叠层封装(packaging on packaging，POP)堆叠焊点有限元模型，基于ANAND本构方程，分析了热循环载荷下焊点应力分布状态及热疲劳寿命；基于灵敏度法分析了POP封装结构参数对焊点热应力的影响显著性；基于响应曲面法建立POP堆叠焊点热应力与结构参数的回归方程，并结合粒子群算法对结构参数进行了优化. 结果表明，焊点与铜焊盘接触处应力最大，该处会率先产生裂纹，上层焊点高度和下层焊点高度对POP堆叠焊点热应力影响较为显著；最优结构参数水平组合为上层焊点高度0.35 mm、下层焊点高度0.28 mm、中层印刷电路板厚度0.26 mm，优化后上、下两层焊点的最大热应力分别下降了0.816和1.271 MPa，延长了POP堆叠焊点热疲劳寿命.
, 最新更新时间 , 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，剪切强度先增大后减小. 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剪切强度. 此外，在焊接时间为3 min、焊接温度为230 ℃时，接头的钎着率最高(99.14%)，剪切强度达到最大值(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，剪切强度先增大后减小. 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剪切强度. 此外，在焊接时间为3 min、焊接温度为230 ℃时，接头的钎着率最高(99.14%)，剪切强度达到最大值(51.8 MPa).
, 最新更新时间 , doi: 10.12073/j.hjxb.20211114001
摘要:
采用低功率脉冲激光诱导双TIG复合焊接热源(LITTW)实现了6 mm厚TA2纯钛中厚板的高效焊接，基于Ti粒子的动力学行为，研究了激光脉冲对电弧等离子体的影响. 结果表明，LITTW比激光诱导单TIG焊接(LISTW)的电弧能量更加集中，焊接能耗仅为LISTW的50.9%，速度却达到LISTW的2.3倍. 激光脉冲作用后，电弧等离子体由能量集中状态恢复到原始电弧形态存在一个恢复时间，在本试验条件下，LITTW的恢复时间为6.5 ms，比LISTW延长了3 ms. LITTW中稳定的匙孔形态为Ti粒子持续向电弧等离子体转移提供了条件，延长了电弧等离子体的恢复时间.
采用低功率脉冲激光诱导双TIG复合焊接热源(LITTW)实现了6 mm厚TA2纯钛中厚板的高效焊接，基于Ti粒子的动力学行为，研究了激光脉冲对电弧等离子体的影响. 结果表明，LITTW比激光诱导单TIG焊接(LISTW)的电弧能量更加集中，焊接能耗仅为LISTW的50.9%，速度却达到LISTW的2.3倍. 激光脉冲作用后，电弧等离子体由能量集中状态恢复到原始电弧形态存在一个恢复时间，在本试验条件下，LITTW的恢复时间为6.5 ms，比LISTW延长了3 ms. LITTW中稳定的匙孔形态为Ti粒子持续向电弧等离子体转移提供了条件，延长了电弧等离子体的恢复时间.
, 最新更新时间 , doi: 10.12073/j.hjxb.20211208002
摘要:
为了实现船舶焊接件数字模型中焊缝特征参数的精确提取，进而完成机器人数据库系统中焊接工艺的自适应快速匹配和快速选择，提出了基于空间位置和轮廓线距离的船舶焊缝特征参数提取算法. 首先基于海伦公式识别待判定面来确定接头空间位置关系，并结合最小轮廓线距离完成焊缝特征识别；然后基于轮廓线总条数和最小轮廓线距离的两端点，识别出焊缝坡口处特征点及线；最后基于三类焊接接头所建的数学模型提取出与焊接工艺相关的焊缝特征参数. 测试结果表明，文中焊缝特征参数提取算法能准确识别4类接头形式和10种坡口类型，以及准确提取焊缝间隙、坡口夹角和焊接件板厚等参数，具有焊缝特征识别广且信息提取齐全的优点. 与其他相关识别算法相比，文中算法的识别率达到100%，而识别效率提升了16.06%，从而进一步验证了算法的有效性.
为了实现船舶焊接件数字模型中焊缝特征参数的精确提取，进而完成机器人数据库系统中焊接工艺的自适应快速匹配和快速选择，提出了基于空间位置和轮廓线距离的船舶焊缝特征参数提取算法. 首先基于海伦公式识别待判定面来确定接头空间位置关系，并结合最小轮廓线距离完成焊缝特征识别；然后基于轮廓线总条数和最小轮廓线距离的两端点，识别出焊缝坡口处特征点及线；最后基于三类焊接接头所建的数学模型提取出与焊接工艺相关的焊缝特征参数. 测试结果表明，文中焊缝特征参数提取算法能准确识别4类接头形式和10种坡口类型，以及准确提取焊缝间隙、坡口夹角和焊接件板厚等参数，具有焊缝特征识别广且信息提取齐全的优点. 与其他相关识别算法相比，文中算法的识别率达到100%，而识别效率提升了16.06%，从而进一步验证了算法的有效性.
, 最新更新时间 , doi: 10.12073/j.hjxb.20220222002
摘要:
针对传统晶体管式电阻点焊电源负载持续率低，电源输出模式单一和焊接接头一致性差等问题，设计了一种可实现电容快速充放电的变极性晶体管式微电阻点焊电源. 分析了电源负载特性，设计了基于全桥逆变 + H桥双相斩波电路的电源主电路拓扑，设计了基于高性能STM32双核控制器的数字化电源控制系统，提出了多阶段变脉宽式电容组快速充电方法，开展了电源输出特性测试和铜-镍薄片单面双点工艺试验. 试验结果表明，设计的电源输出负载持续率可达5%以上，极性切换时间可低至0.1 ms以下，变极性输出模式可有效解决单极性模式下因极性效应现象造成的焊点尺寸不一的问题，电压控制模式焊接过程焊接接头性能优于电流控制模式和功率控制模式.
针对传统晶体管式电阻点焊电源负载持续率低，电源输出模式单一和焊接接头一致性差等问题，设计了一种可实现电容快速充放电的变极性晶体管式微电阻点焊电源. 分析了电源负载特性，设计了基于全桥逆变 + H桥双相斩波电路的电源主电路拓扑，设计了基于高性能STM32双核控制器的数字化电源控制系统，提出了多阶段变脉宽式电容组快速充电方法，开展了电源输出特性测试和铜-镍薄片单面双点工艺试验. 试验结果表明，设计的电源输出负载持续率可达5%以上，极性切换时间可低至0.1 ms以下，变极性输出模式可有效解决单极性模式下因极性效应现象造成的焊点尺寸不一的问题，电压控制模式焊接过程焊接接头性能优于电流控制模式和功率控制模式.
, 最新更新时间 , doi: 10.12073/j.hjxb.20211231001
摘要:
为了实现对焊缝表面缺陷的自动检测与分类，研究一种有效识别焊缝表面缺陷的激光视觉检测方法. 通过激光视觉传感器采集焊缝图像并进行预处理，包括图像分割，灰度化，平滑去噪以及焊缝轮廓提取. 采用方向梯度直方图(Histogram of Oriented Gradient, HOG)提取焊缝激光条纹轮廓图像的特征向量. 其次，基于5折-交叉验证网格搜索方法进行模型参数寻优，最终建立了支持向量机(Support Vector Machine, SVM)智能模型识别与分类焊缝表面缺陷. 通过调整焊缝轮廓提取算法、HOG特征维度得到不同特征数据并进行对比、分析焊缝缺陷的识别效果. 在相同试验条件下，发现支持向量机比随机森林分类器、K最近邻分类器以及朴素贝叶斯分类器的识别率更高，达到97.86%. 基于HOG-SVM的焊缝表面缺陷智能识别方法可有效提高焊缝缺陷(气孔、凹陷、咬边)及无缺陷的分类精度.
为了实现对焊缝表面缺陷的自动检测与分类，研究一种有效识别焊缝表面缺陷的激光视觉检测方法. 通过激光视觉传感器采集焊缝图像并进行预处理，包括图像分割，灰度化，平滑去噪以及焊缝轮廓提取. 采用方向梯度直方图(Histogram of Oriented Gradient, HOG)提取焊缝激光条纹轮廓图像的特征向量. 其次，基于5折-交叉验证网格搜索方法进行模型参数寻优，最终建立了支持向量机(Support Vector Machine, SVM)智能模型识别与分类焊缝表面缺陷. 通过调整焊缝轮廓提取算法、HOG特征维度得到不同特征数据并进行对比、分析焊缝缺陷的识别效果. 在相同试验条件下，发现支持向量机比随机森林分类器、K最近邻分类器以及朴素贝叶斯分类器的识别率更高，达到97.86%. 基于HOG-SVM的焊缝表面缺陷智能识别方法可有效提高焊缝缺陷(气孔、凹陷、咬边)及无缺陷的分类精度.
, 最新更新时间 , doi: 10.12073/j.hjxb.20220325011
摘要:
基于改善M390高碳马氏体不锈钢与304奥氏体不锈钢焊接接头的力学性能特别是提高焊接接头硬度，以达到高端刀具生产的要求，对冷金属过渡焊接M390高碳马氏体不锈钢与304奥氏体不锈钢获得的焊接接头进行不同工艺的热处理研究. 采用拉伸、维氏显微硬度测试及扫描电镜(SEM)表征不同热处理工艺的焊接接头力学性能及微观组织演变，统计了不同热处理工艺下焊接接头中M390母材、M390细晶区和M390粗晶区等区域的碳化物分布，研究了不同热处理工艺下焊接接头的断裂机理. 研究结果表明，在1 150 ℃水淬热处理工艺下焊接接头既满足刀具钢硬度的要求，又具有良好的力学性能，可以作为M390/304焊接接头的最佳热处理工艺，对应焊接接头的抗拉强度和断后伸长率为502 MPa和20.8 %，抗拉强度和断后伸长率分别是焊态的98%和95%. 1 150 ℃水淬热处理工艺的M390母材、细晶区和粗晶区中碳化物平均尺寸最小，碳化物形貌以细小的块状均匀分布. 淬火温度升高，抗拉强度和断后伸长率均呈现出先下降后升高的趋势，随着冷却速度的减小，抗拉强度和断后伸长率均呈现出下降的趋势. 不同热处理工艺下焊接接头的断裂位置在M390粗晶区和焊缝的界面位置，在此位置处硬度差异很大，存在应力分布不均匀现象.
基于改善M390高碳马氏体不锈钢与304奥氏体不锈钢焊接接头的力学性能特别是提高焊接接头硬度，以达到高端刀具生产的要求，对冷金属过渡焊接M390高碳马氏体不锈钢与304奥氏体不锈钢获得的焊接接头进行不同工艺的热处理研究. 采用拉伸、维氏显微硬度测试及扫描电镜(SEM)表征不同热处理工艺的焊接接头力学性能及微观组织演变，统计了不同热处理工艺下焊接接头中M390母材、M390细晶区和M390粗晶区等区域的碳化物分布，研究了不同热处理工艺下焊接接头的断裂机理. 研究结果表明，在1 150 ℃水淬热处理工艺下焊接接头既满足刀具钢硬度的要求，又具有良好的力学性能，可以作为M390/304焊接接头的最佳热处理工艺，对应焊接接头的抗拉强度和断后伸长率为502 MPa和20.8 %，抗拉强度和断后伸长率分别是焊态的98%和95%. 1 150 ℃水淬热处理工艺的M390母材、细晶区和粗晶区中碳化物平均尺寸最小，碳化物形貌以细小的块状均匀分布. 淬火温度升高，抗拉强度和断后伸长率均呈现出先下降后升高的趋势，随着冷却速度的减小，抗拉强度和断后伸长率均呈现出下降的趋势. 不同热处理工艺下焊接接头的断裂位置在M390粗晶区和焊缝的界面位置，在此位置处硬度差异很大，存在应力分布不均匀现象.
, 最新更新时间 , doi: 10.12073/j.hjxb.20220121002
摘要:
为探究炸药覆盖层厚度对爆炸焊接的影响，采用ANSYS/LS-DYNA软件并结合SPH-FEM耦合算法，对不同覆层厚度下的爆炸焊接试验进行三维数值模拟. 文中采用厚度为 20 mm 的Q235钢和厚度为 2.5 mm 的304不锈钢作为基板和复板. 根据相应的材料参数理论计算了焊接过程中的动态参数，并以此建立爆炸焊接窗口. 仿真结果表明，与无覆盖层爆炸焊接相比，覆盖层厚度为15 mm、 30 mm 和45 mm 时冲击速度分别提高了39.3%， 58.1%和68.8%，碰撞压力分别增大了41.0%， 65.6% 和80.6%. 仿真结果与试验结果基本一致. 利用SPH法进行二维数值模拟，得到了装配炸药覆盖层时复板与基板的复合界面. 仿真结果表明，复合板在覆层厚度为15 mm时具有良好的波形复合界面，且界面波形与试验金相分析结果较为吻合.
为探究炸药覆盖层厚度对爆炸焊接的影响，采用ANSYS/LS-DYNA软件并结合SPH-FEM耦合算法，对不同覆层厚度下的爆炸焊接试验进行三维数值模拟. 文中采用厚度为 20 mm 的Q235钢和厚度为 2.5 mm 的304不锈钢作为基板和复板. 根据相应的材料参数理论计算了焊接过程中的动态参数，并以此建立爆炸焊接窗口. 仿真结果表明，与无覆盖层爆炸焊接相比，覆盖层厚度为15 mm、 30 mm 和45 mm 时冲击速度分别提高了39.3%， 58.1%和68.8%，碰撞压力分别增大了41.0%， 65.6% 和80.6%. 仿真结果与试验结果基本一致. 利用SPH法进行二维数值模拟，得到了装配炸药覆盖层时复板与基板的复合界面. 仿真结果表明，复合板在覆层厚度为15 mm时具有良好的波形复合界面，且界面波形与试验金相分析结果较为吻合.
, 最新更新时间 , doi: 10.12073/j.hjxb.20220106003
摘要:
利用电子背散射衍射(EBSD)技术研究了微米级选区激光熔化制备316L不锈钢横向拉伸试样和法向拉伸试样在8%、18%和28%拉伸应变下的晶界特征分布. 结果表明，随着拉伸应变的增加，横向试样和法向试样的Σ3晶界比例显著增加，Σ9 + Σ27晶界比例明显降低. Σ3晶界有效隔断了一般大角度晶界的贯通性. 通过微矩形截面法对Σ3特殊晶界的共格/非共格特征进行测定，其中，横向试样在18%拉伸应变下以Σ3ic为主，约占60%，而法向拉伸试样在同样条件下以Σ3c为主，约占73%. 进一步分析指出，非共格Σ3ic晶界的迁移并与Σ9晶界的汇合是促进拉伸应变过程中Σ3特殊晶界比例升高的原因.
利用电子背散射衍射(EBSD)技术研究了微米级选区激光熔化制备316L不锈钢横向拉伸试样和法向拉伸试样在8%、18%和28%拉伸应变下的晶界特征分布. 结果表明，随着拉伸应变的增加，横向试样和法向试样的Σ3晶界比例显著增加，Σ9 + Σ27晶界比例明显降低. Σ3晶界有效隔断了一般大角度晶界的贯通性. 通过微矩形截面法对Σ3特殊晶界的共格/非共格特征进行测定，其中，横向试样在18%拉伸应变下以Σ3ic为主，约占60%，而法向拉伸试样在同样条件下以Σ3c为主，约占73%. 进一步分析指出，非共格Σ3ic晶界的迁移并与Σ9晶界的汇合是促进拉伸应变过程中Σ3特殊晶界比例升高的原因.
, 最新更新时间 , doi: 10.12073/j.hjxb.20220123001
摘要:
针对中厚板机器人焊接运动仿真、多层多道路径规划等需求，开发了一种基于WebGL的开放的机器人焊接离线编程系统.首先搭建了基于激光视觉传感的机器人MAG焊接系统，接着利用JavaScript，WebGL等技术搭建了仿真平台，通过传感器获取焊道的三维点云数据，利用点云处理技术对焊道特征信息进行提取，在此基础上，进一步提出了对20 mm厚的开V形坡口钢板的多层多道路径规划策略，最终完成了V形坡口4层10道的焊接实验.结果表明，该系统对机器人焊接自动化、智能化关键技术提供了可靠的实现途径.
针对中厚板机器人焊接运动仿真、多层多道路径规划等需求，开发了一种基于WebGL的开放的机器人焊接离线编程系统.首先搭建了基于激光视觉传感的机器人MAG焊接系统，接着利用JavaScript，WebGL等技术搭建了仿真平台，通过传感器获取焊道的三维点云数据，利用点云处理技术对焊道特征信息进行提取，在此基础上，进一步提出了对20 mm厚的开V形坡口钢板的多层多道路径规划策略，最终完成了V形坡口4层10道的焊接实验.结果表明，该系统对机器人焊接自动化、智能化关键技术提供了可靠的实现途径.
, 最新更新时间 , doi: 10.12073/j.hjxb.20220123002
摘要:
对9 mm厚板AZ31B镁合金进行静止轴肩搅拌摩擦焊(stationary shoulder friction stir welding，SSFSW)工艺试验，探讨搅拌针转速(500 ~ 1000 r/min)对焊缝组织及力学性能的影响规律. 结果表明，在给定焊接速度80 mm/min下，搅拌针转速在600 ~ 800 r/min范围可获得表面光滑、无内部缺陷的对接焊缝，当转速为1 000 r/min时焊缝表面出现不连续凹坑但内部仍无缺陷. 随着转速增加，晶粒尺寸由(11.11 ± 1.68) μm增加到(18.95 ± 1.83) μm；在700 r/min时焊核区晶粒尺寸沿板厚差异最小. 焊缝中间硬度分布具有不均匀性且随转速增加而减小，最大差异为10.97 HV，最低硬度47 HV位于前进侧的热力影响区与焊核区界面处. 在700 r/min下接头力学性能最佳，强度系数为90.2%、对应断后伸长率为母材69.3%. 随着转速增加，断裂模式由韧-脆混合断裂转变为剪切-韧性混合断裂.
对9 mm厚板AZ31B镁合金进行静止轴肩搅拌摩擦焊(stationary shoulder friction stir welding，SSFSW)工艺试验，探讨搅拌针转速(500 ~ 1000 r/min)对焊缝组织及力学性能的影响规律. 结果表明，在给定焊接速度80 mm/min下，搅拌针转速在600 ~ 800 r/min范围可获得表面光滑、无内部缺陷的对接焊缝，当转速为1 000 r/min时焊缝表面出现不连续凹坑但内部仍无缺陷. 随着转速增加，晶粒尺寸由(11.11 ± 1.68) μm增加到(18.95 ± 1.83) μm；在700 r/min时焊核区晶粒尺寸沿板厚差异最小. 焊缝中间硬度分布具有不均匀性且随转速增加而减小，最大差异为10.97 HV，最低硬度47 HV位于前进侧的热力影响区与焊核区界面处. 在700 r/min下接头力学性能最佳，强度系数为90.2%、对应断后伸长率为母材69.3%. 随着转速增加，断裂模式由韧-脆混合断裂转变为剪切-韧性混合断裂.
, 最新更新时间 , doi: 10.2073/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.
, 最新更新时间 , doi: 10.2073/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%.
, 最新更新时间 , doi: 10.2073/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.
