2023年, 第0卷, 第4期　
刊出日期：2023-04-30

  

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试验研究
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  外加轴向磁场K-TIG横焊电弧形态及焊缝成形

  赵建强, 石永华, 詹家通, 徐涛, 董士玮

  焊接. 2023, 0(4): 1-6. https://doi.org/10.12073/j.hj.20220603001

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  深熔K-TIG焊是一种单面焊双面成形的高效焊接技术，在中厚板材制造中得到广泛的应用。为探究磁场影响电弧形态的机理，采用数字图像处理技术对不同磁场强度下的电弧形态进行了研究。结果表明，轴向磁场对电弧上部和电弧下部呈现不同的作用效果，电弧上部的挺度大于电弧下部的，在相同焊接工艺参数下，电弧上部受磁场影响的波动幅度比电弧下部小，磁场强度对电弧的影响呈现非线性关系，深熔K-TIG焊电弧属于自由电弧，形成的熔池面积较大，在横焊工艺中，熔池因重力效应而出现下淌，进而影响焊缝成形。文中提出了一种通过磁场辅助抑制熔池下淌的方法，通过轴向磁场与熔池的电流相互作用，产生与重力方向相反的电磁力，进而抑制熔池下淌，轴向磁场适用于改善K-TIG横焊焊缝成形。
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  10Ni5CrMoV钢热循环过程中组织及成分演变规律

  彭言言, 吕晓春, 安洪亮, 徐锴, 胡景晟

  焊接. 2023, 0(4): 7-14. https://doi.org/10.12073/j.hj.20221214002

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  采用Gleeble 3800-GTC热模拟试验机模拟零载荷条件下焊接热循环试验，通过对试样微观组织及微区成分的分析，研究了800 MPa级别10Ni5CrMoV高强钢在热循环过程中微观组织演变规律及Ni元素偏聚现象。结果表明，试验轧制钢板全厚度皆存在镍偏析带，在热循环过程中Ni元素发生下坡扩散。升温阶段（1 000 ℃→1 460 ℃）母材组织由原始直线带状镍富集区转变为曲线状镍偏析带，继续升温变为曲线状镍偏析带及沿奥氏体晶界的网状镍偏聚区域，继续升温演变为沿奥氏体晶界更宽的网状镍偏聚区域及原始偏析带余留的球状镍偏析区域；降温阶段（1 460 ℃→1 000 ℃）网状偏聚区域形貌大体不变，随温度降低余留球状镍偏析区域逐渐消失，发生晶内晶界均匀化现象。整个热循环中，加热峰值温度高于1 430 ℃长时间停留将会促进奥氏体晶界处Ni元素偏聚，导致局部晶界熔化，冷却试验温度低于1 410 ℃长时间保温，无外部应力时将会促进母材余留的球状镍偏析区域消失，使晶界晶内整体Ni元素含量均匀化。
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  基于胶囊网络的TIG熔透预测

  王颖, 高胜, 吴立明

  焊接. 2023, 0(4): 15-20,28. https://doi.org/10.12073/j.hj.20220425003

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  以钨极气体保护焊（tungsten inert gas welding，TIG）熔透预测作为研究对象，文中提出了一种基于胶囊网络（capsule network，CapsNet）的熔透预测模型，并在模型中引入压缩奖惩网络模块（squeeze-excitation，SE模块）来提高模型的精度及训练速度。模型以焊接区的熔池正面图像作为输入，利用卷积层提取浅层特征，并通过压缩奖惩网络模块自适应提取不同特征的重要程度，依据重要程度调节特征图，再传递至胶囊层，采用动态路由算法迭代更新胶囊层间的耦合系数，最终获得3种熔透状态（未熔透、熔透、过熔透）的预测结果。迭代次数为70、激活函数选线性整流函数（linear rectification function，ReLU）、卷积层数为2层、胶囊层数为2层时模型在预测准确率和训练时间上表现最佳。为了进一步验证所提模型的性能，分别与传统胶囊网络，AlexNet和VGG19进行了对比分析。结果表明，改进后的胶囊神经网络能够有效地预测焊缝的熔透状态，在小样本数据集上表现较稳定，精度较高。
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  焊接顺序对Q345qD钢厚板焊接接头残余应力和变形的影响

  董华, 苏文学, 张国, 李涛

  焊接. 2023, 0(4): 21-28. https://doi.org/10.12073/j.hj.20220307002

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  基于ABAQUS有限元软件的热弹塑性分析方法，分析了32 mm厚Q345qD钢对焊接头在熔化极气体保护焊下的残余应力和残余变形。结合试验测试和数值模拟，研究了4种不同焊接顺序对焊接接头残余应力分布和残余变形的影响。采用ABAQUS软件中的单元生死技术模拟焊接过程，热源模型采用双椭球体积热源。结果表明，数值模拟结果与试验结果相符，改变焊接顺序对温度场影响不大，两侧焊道单次交替焊接相比两侧焊道多次交替焊接的横向残余应力整体应力较小，最大值从356 MPa降到278 MPa，降低了21.91%；而两侧焊道多次交替焊接的纵向残余应力整体应力较大，纵向残余应力最大值从303 MPa升到368 MPa，增加了21.45%。与两侧焊道单次交替焊接相比，两侧焊道多次交替焊接的厚度方向变形较小，最大值从1.67 mm降到0.04 mm，降低了97.60%。
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  纳米TiC复合焊丝和7075铝合金的脉冲TIG焊组织和性能及工艺优化

  聂志坚, 秦颐鸣, 龙金海, 陈基朗, 卢悦, 唐鑫

  焊接. 2023, 0(4): 29-36. https://doi.org/10.12073/j.hj.20220303001

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  使用纳米TiC复合（Al-Zn-Mg-Cu）焊丝对7075-T651铝合金板材进行交流脉冲钨极氩弧焊（tungsten inert gas，TIG），以焊缝抗拉强度为响应值，通过正交试验分析优化焊接脉冲电流、脉冲频率和焊接速度3个参数，对不同工艺下的焊缝进行拉伸测试、气孔率分析和微观组织分析。结果表明，在焊接电流过高和焊接速度过低时，容易导致纳米颗粒聚集，氢气泡在颗粒处形核并汇集长大，形成气孔。通过正交试验法探究纳米TiC复合焊丝焊接7075铝合金的最佳工艺为基值电流160 A，脉冲电流180 A，脉冲频率100 Hz，焊接速度3 mm/s。在合适的焊接工艺下，纳米颗粒在基体中的均匀分散，同时可以抑制晶内析出相长大，提高焊接接头性能。
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  轧制复合板及焊接接头组织与力学性能

  冯玉兰, 吴志生, 刘翠荣, 李岩, 李科, 陈金秋

  焊接. 2023, 0(4): 37-44. https://doi.org/10.12073/j.hj.20221128002

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  为了能够更好的指导复合材料焊接工艺的制定，采用自熔等离子弧焊、埋弧焊和钨极气体保护焊3种焊接方法进行组合焊接。焊后通过金相显微镜、扫描电子显微镜、X射线能谱仪等分析方法，分析了轧制复合板及其接头的微观组织、界面元素分布、显微硬度及拉伸性能。结果表明，基材和覆材（复合材料的耐腐蚀层）界面元素扩散层厚度约10 μm，由于增碳层和脱碳层的存在，显微硬度值随之升高和降低，抗拉强度达665 MPa，断口形貌呈韧脆混合断裂特征。焊接后，基材与过渡层焊缝界面扩散层厚度约5 μm，基材与覆层焊缝界面扩散层厚度约3 μm；第一道覆层焊缝由于受到多道焊缝焊接热的作用，铁素体体积分数含量达65 %，平均显微硬度约380 HV0.2；接头抗拉强度与复合板相比降低约11 %，断口韧窝大小、深度明显减小，断裂在焊缝处。
生产应用
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  轨道机车三维可视化焊接工艺平台研发与应用

  刘静, 关凯楠, 杜亮, 李正光, 杨鑫华

  焊接. 2023, 0(4): 45-48,54. https://doi.org/10.12073/j.hj.20220608002

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  为适应轨道交通装备数字化制造的转型升级需求，设计了一种基于三维设计模型的焊接工艺开发模式，并采用抽象结构到实例化映射的数据构建方法，基于C#语言实现了三维焊接工艺系统的开发。在建立明确的字段体系基础上，通过构建模板工序、实例化工序字段、关联三维模型和工位等，实现跨越生产阶段信息融合和可视化作业指导，以某型号机车转向架构架三维焊接工艺设计与应用为例，进行了系统验证。结果表明，系统具有灵活、高效、信息可视化程度高且易追溯等特点，能够有效改善生产作业模式，具有一定的应用价值。
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  基于子模型的混凝土泵车转台主焊缝强度分析

  朱奇, 张鑫, 周志红

  焊接. 2023, 0(4): 49-54. https://doi.org/10.12073/j.hj.20220305002

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  针对长臂架混凝土泵车转台主焊缝计算结果不准确、计算效率不高的问题，提出基于子模型技术对焊缝进行精细化计算的方法。对转台进行整体计算分析，评估转台主焊缝区域应力；建立转台主焊缝区域的子模型，并在子模型中按照实际参数建立焊缝模型；计算子模型主焊缝在不同网格单元大小下的应力，分析应力收敛性，并验证子模型切割边界的可靠性；优化主焊缝参数，对比优化前后的计算结果，验证优化方案的可行性，并将优化后的参数应用于转台主焊缝的实际生产。结果表明，将子模型技术应用于转台主焊缝的校核与评估，能够显著提高焊缝的计算效率和计算精度，为焊缝参数的优化设计提供科学依据。研究结果为焊缝的设计计算提供了一种可行且有效的方法，也为其它大型构件局部结构的计算提供了重要参考。
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  焊接工艺对薄壁环形钛合金焊缝成形及承载能力的影响

  冯栋, 周卫涛, 颉文峰

  焊接. 2023, 0(4): 55-59. https://doi.org/10.12073/j.hj.20220720005

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  通过试验研究钨极氩弧焊焊接工艺及参数对薄壁钛合金焊缝成形和承载能力的影响，对比分析了焊后真空去应力退火与真空退火方式对焊缝成形性能的影响。结果表明，采用自动氩弧焊、脉冲峰值电流55 A、基值电流27.5 A、焊接速度120 mm/min、正反面氩气流量10 L/min、不添加焊丝的焊接方法获得的焊缝满足要求。相比于焊后真空去应力退火，焊后真空退火的焊缝硬度明显降低，焊缝的塑性得到了提高，更有利于塑性成形，解决了焊缝硬度高、塑性差，成形时容易产生开裂的问题。焊缝与拉力方向呈45°时，既有利于焊缝的焊接，又有利于提升焊缝的承载能力，承载能力提升为原来的1.4倍。
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  职业教育用数字化搅拌摩擦焊教研设备开发与应用

  张明猛, 梁武, 秦丰, 林晓辉, 冷冰, 李运雷

  焊接. 2023, 0(4): 60-64. https://doi.org/10.12073/j.hj.20221223001

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  针对国内焊接职业教育实训设备落后，研究开发了适合教学和科研用的多功能搅拌摩擦焊设备。通过试验发现，在保证轴向压力（0.5 kN）不变的前提下，n/v(转速/焊接速度）数值较小（n/v = 6，n/v = 4），焊缝焊核区、轴肩影响区与热力影响区三者交界处易出现孔洞类缺陷，当n/v数值提高至8及以上时，焊缝内部无可见缺陷存在，究其原因主要是由于n/v数值较小导致热输入过低，交界区域热塑性铝合金流动性较差造成的；相比于恒位移控制方式，采用恒压力控制方式焊接的焊缝表面光滑平整，飞边量小，且不存在表面缺陷。结果表明，开发的教研设备满足了焊接职业教育的实训，并成功应用于教学和科研工作。