2022年, 第0卷, 第6期　
刊出日期：2022-06-30

  

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试验研究
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  环焊接头强度对高应变海洋管道轴向承载能力的影响

  何小东, 李为卫, 吉玲康, 池强, 霍春勇

  焊接. 2022, 0(6): 1-7,23. https://doi.org/10.12073/j.hj.20220111002

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  基于应变设计的油气输送管道，环焊接头的强度对管道轴向变形能力起着至关重要的作用。以OD559×31.8 mm L485高应变海洋管道环缝为研究对象，采用有限元方法和数字图像相关法(DIC)拉伸试验及宽板拉伸试验，研究了GMAW环焊接头不同区域的强度变化对管道轴向承载能力的影响。结果表明，随焊缝金属强度的升高，管道轴向极限载荷和轴向平均应变增大，失效位置由焊缝向热影响区和母材转移；根焊金属占比小，热影响区很窄，高强匹配时根焊金属和热影响区强度对管道轴向极限载荷和轴向平均应变影响较小；在轴向载荷下，低强匹配环焊接头的母材、热影响区和焊缝的轴向应力和轴向应变分布极不均匀。受母材的拘束作用和焊缝金属自身的形变强化，低强匹配焊接接头的抗拉强度高于全焊缝金属，但变形和屈服主要集中在焊缝区域，容易导致管道环焊缝断裂失效。
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  波形钢腹板梁T形接头焊接温度场分析

  冀伟, 张鹏, 姜红

  焊接. 2022, 0(6): 8-14. https://doi.org/10.12073/j.hj.20220128003

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  为研究波形钢腹板梁T形接头焊接温度场的分布情况，基于热弹-塑性理论和有限元理论，利用Simufact Welding软件，采用双椭球热源模型并配置相关参数，对其T形接头用CO₂气体保护电弧焊在环境温度为20℃的温度场进行仿真分析和试验验证。分析不同环境温度对金属熔池冷却速率的影响程度。结果表明，数值模拟所选用的热源类型及相关参数合理，焊接热输入充足，焊接熔深适中，底板和腹板连接良好；模拟所得焊件热影响区分布为不规则封闭椭圆形，表现出一定的温度梯度，与试验所得吻合良好；焊接模拟过程中，焊缝处温度达到材料熔点1 500℃，所呈现的等温线在热源前方密集，后方稀疏且具有一定的梯度，与实际焊接过程热传递类似；焊后冷却过程中，焊缝及附近温度迅速下降，温度梯度迅速降低，温度场辐射范围不断增大；金属熔池的冷却速率与环境温度呈反比关系。为同类桥梁焊接温度场分析提供参考。
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  高气压环境脉冲频率对超音频脉冲TIG焊接头焊缝成形和性能的影响

  王海龙, 杨建伟, 黄松涛, 焦向东

  焊接. 2022, 0(6): 15-23. https://doi.org/10.12073/j.hj.20220215002

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  高气压环境会对焊接过程造成很大的负面作用,试验以焊接接头的熔宽、熔深、余高和维氏硬度作为主要评价指标,分析环境压力以及压力环境下脉冲频率对超音频直流脉冲TIG焊接头焊缝成形和性能的影响。结果表明，同一环境压力下,随着脉冲频率的提高,焊缝区的熔宽逐渐减小,熔深逐渐增加;随着脉冲频率的提高,热影响区的宽度和深度随之减小,热影响区的整体尺寸变小,表明超音频直流脉冲TIG焊在高压环境下具有减小热影响区的优势,进而提高焊接接头的质量。焊丝填充区的熔宽和熔深随脉冲频率的提高而减小,余高的整体变化不大,脉冲频率对焊缝余高的影响有限。在同种环境压力下不同脉冲频率得到的焊缝硬度曲线整体趋势相同,硬度值依次按焊缝区—熔合区—热影响区—母材顺序不断降低。随环境压力的提高,焊缝区金属冷却速率加快,焊缝中脆硬组织增加，进而使硬度增大。
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  铅合金熔滴冲击45钢冷基板与45钢表面熔池的对比试验

  张永恒, 杜军, 王勇超, 魏正英

  焊接. 2022, 0(6): 24-32. https://doi.org/10.12073/j.hj.20220221001

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  针对特殊装备领域传统钢/铅粘接结构中存在的粘接层易老化脱落、长期稳定性差的问题，提出一种熔滴沉积复合TIG焊(gas tungsten arc welding)电弧增材制造新工艺，用于制造钢/铅双金属结构。文中比较性地研究了铅合金熔滴冲击铺展45钢冷基板与45钢表面熔池后的凝固形貌，通过引入无量纲数研究了熔滴冲击速度、温度对熔滴铺展凝固形貌的影响规律，利用OM，LSCM，SEM，EDS，XRD以及显微硬度测试等方法与手段，分析了熔滴沉积复合TIG电弧增材制造钢/铅双金属试样的界面微观组织结构与显微硬度。结果表明，铅合金堆积层铺展因子随熔滴冲击速度的增加呈明显非线性增加；界面层金属间化合物主要为FeSb₂和FeSn₂，其厚度随电弧热输入的增加而增加；钢/铅界面处的显微硬度明显高于铅合金堆积层和45钢母材；界面层中心左侧的硬度值达到最大值，为785.3 HV，45钢一侧平均硬度为343.7 HV，铅合金一侧平均硬度为24.3 HV。
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  保护气体对(Nb, Ti)C增强铁基复合堆焊层组织与性能的影响

  曾邦兴, 胡永俊, 邹晓东, 牛犇, 易江龙

  焊接. 2022, 0(6): 33-41. https://doi.org/10.12073/j.hj.202200218001

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  复合碳化物增强铁基复合堆焊层由于其优异的耐磨性能受到研究者广泛关注。文中利用气体保护堆焊技术，采用3种不同的保护气体(纯Ar/80% Ar+20% CO₂/纯CO₂)制备了(Nb,Ti) C增强铁基复合堆焊层，分析不同保护气体堆焊层中(Nb,Ti) C的析出过程，堆焊层的组织、硬度以及耐磨性能。结果表明，使用纯CO₂保护气体时堆焊层的(Nb,Ti) C析出量最少(0.44个/μm²)，弥散分布在马氏体基体中，并且堆焊层中有O原子的渗入，显微硬度为620.3 HV，磨损失重为8.4 mg；随着保护气体中CO₂含量的降低，堆焊层的显微硬度以及磨损性能呈上升的趋势，使用纯Ar保护时堆焊层的(Nb,Ti) C析出量最多(0.54个/μm²)，显微硬度为708.2 HV，磨损失重为0.8 mg，是纯CO₂保护气体下的9.5%，耐磨性能最佳。堆焊层磨损形式为粘着磨损伴有疲劳磨损与磨粒磨损，其中使用纯CO₂保护气体堆焊层，产生了较为严重的粘着磨损。(Nb,Ti) C的析出显著提高了堆焊层的硬度及耐磨性能。
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  GH3230合金TLP扩散焊工艺试验

  张志强, 滕俊飞, 杨文静, 吕彦龙, 曲文卿

  焊接. 2022, 0(6): 42-48,64. https://doi.org/10.12073/j.hj.20211214002

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  针对航空发动机热端部件结构材料GH3230合金，设计并制造了2种TLP扩散焊用非晶态中间层，并开展了TLP扩散焊工艺试验。分析了非晶态中间层、保温时间和焊接温度对GH3230合金TLP扩散焊接头微观组织与力学性能的影响；分析了TLP扩散焊的焊接过程中组织和元素分布情况，确定了液相最大宽度和等温凝固完成需要的时间。结果表明，厚度0.025～0.035 mm表面光滑的2号中间层在几种工艺参数条件下均获得了较好的焊接质量，更加适合GH3230合金TLP扩散焊焊接；保温时间从2 h增加到8 h，等温凝固区缺陷不断减少，接头强度先升高后降低，保温4 h时强度达到最高；焊接温度从1 180℃升高到1 220℃，等温凝固区晶粒逐渐长大,强度先增加后减少，1 200℃×4 h的条件下接头强度达到最高为887.68 MPa，为母材强度的97.6%，且弯曲90°后焊缝没有开裂。GH3230合金TLP扩散焊在保温2 h达到了最大液相宽度70 μm，等温凝固过程的完成时间在2～4 h之间。
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  电弧喷涂锌涂层的酸雨腐蚀性能

  王丽雪, 王佳杰, 于久灏, 齐海群

  焊接. 2022, 0(6): 49-53. https://doi.org/10.12073/j.hj.20211120002

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  热镀锌涂层因具有优越的耐腐蚀性、涂装性能等被广泛应用于工业生产众多领域，成为金属材料在户外工作环境下防腐蚀的有效措施之一。为研究热喷涂锌涂层在酸雨中的腐蚀行为，采用电弧喷涂技术在Q235碳素结构钢表面喷涂锌涂层，模拟酸雨腐蚀环境，在腐蚀液pH值改变的情况下，采用SEM，XRD，硬度测试及失重分析等手段，分析不同pH值溶液腐蚀后涂层的表面形貌和腐蚀产物，及试样的硬度变化和腐蚀速率情况。结果表明，锌涂层的表面腐蚀会随着模拟酸雨溶液pH值的降低而加重，其表面腐蚀产物逐渐增多，腐蚀产物的形貌由小块状逐渐变成羽针状和岛状，主要成分为Zn (OH)₂,ZnSO₄和Zn₄SO₄(OH)₆·3H₂O；涂层表面硬度最高为23.4 HV、最小腐蚀速率为0.21×10^-4g/(m²·h)，但当模拟酸雨溶液pH值由7降至2.8时，涂层表面硬度降低约12%，腐蚀速率约增大至最小值的26倍；模拟酸雨溶液pH值在5～2.8时，溶液对锌涂层的腐蚀比较严重。
生产应用
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  S355钢T形接头高周疲劳性能

  程艳艳

  焊接. 2022, 0(6): 54-58. https://doi.org/10.12073/j.hj.20220121001

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  在工程领域中焊接构件极易产生疲劳断裂，引起各行业广泛关注。文中以T形接头为研究对象，采用MIG焊对S355钢板进行T形接头焊接试验，并对焊接接头进行金相组织和硬度分析。结果表明，焊缝主要为先共析铁素体、珠光体、粒状贝氏体和少量针状铁素体；熔合区成分和组织不均匀，晶粒大小不一致；过热区晶粒较粗大且不均匀；正火区组织主要为铁素体和珠光体，晶粒细小均匀。焊接接头的硬度高于母材，最高硬度出现在热影响区。对T形接头焊接试样进行轴向高周疲劳试验，通过最小二乘法拟合试验数据，得到疲劳S-N曲线。
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  焊接缺陷对聚乙烯管道焊接接头强度的影响

  李广印, 包文红, 赵晓隆, 赵吉鹏, 李珍宝

  焊接. 2022, 0(6): 59-64. https://doi.org/10.12073/j.hj.20211118003

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  聚乙烯燃气管道由于其耐腐蚀、柔性好、施工效率高等优良特性，已逐渐在城镇燃气运输中取代钢制管道，成为主要的输送方式。聚乙烯管道的安装主要采用电熔和热熔焊接方式，存在的主要焊接缺陷有过焊、冷焊、氧化皮未去除、电阻丝错位、孔洞等，文中研究了不同焊接缺陷对聚乙烯焊接接头强度的影响程度及影响机理。采用拉伸、压扁、SEM和EDS测试方法对带有人为缺陷的焊接接头进行分析测试。拉伸、压扁力学性能结果表明，影响聚乙烯管道焊接接头强度的主要缺陷为冷焊、过焊、氧化皮未去除、电阻丝错位，其中氧化皮未去除对接头强度的影响最大，为正常焊接断裂应力的0.4%；SEM和EDS测试结果表明，含有氧化皮的管材分子链易交联、断链，流动性差，热氧老化的硬质斑块和机械划伤阻碍了聚乙烯母材大分子链的扩散，同时在紫外线、光、热等作用下，氧与聚乙烯表面分子链发生反应，形成大量羟基自由基团，使得聚乙烯分子链发生热氧老化和降解，大大降低了聚乙烯接头强度。