2023年, 第0卷, 第7期　
刊出日期：2023-07-30

  

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试验研究
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  厚板铝合金变极性等离子弧焊电弧物理特性

  蒋凡, 赵世宗, 徐斌, 林三宝, 范成磊, 陈树君

  焊接. 2023, 0(7): 1-8. https://doi.org/10.12073/j.hj.20221226001

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  为克服厚板铝合金穿孔焊接熔池极易失稳的难题，该研究从厚板焊接时电弧温度场出发，旨在探究厚板穿孔焊接熔池稳定性的机理。通过建立三维数值模型，研究了焊接母材厚度分别为5 mm和16 mm下变极性等离子电弧的温度场、流场和电流密度分布。结果表明，随着板厚的增加，变极性等离子电弧温度场分布发生改变，5 mm板厚电弧温度的衰减情况为线性，而16 mm厚板焊接的电弧温度衰减情况为二次型，使得温度变化更加复杂。变极性等离子弧焊接5 mm厚度铝合金时，整个小孔熔池的电流密度呈1.0 × 10⁶ A/m²以上，但是在焊接16 mm厚板铝合金时，相同电流密度仅达到小孔深度的12 mm处。该研究有望对实现大厚度铝合金稳定焊接，拓宽变极性等离子弧焊接应用范围提供理论指导。
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  6061铝合金激光焊接头的软化机理

  蔡佳思, 王新元, 李秀梅, 魏艳红, 龙金卫, 孔斌

  焊接. 2023, 0(7): 9-18. https://doi.org/10.12073/j.hj.20220519003

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  采用试验和数值模拟相结合的研究方法，对2 mm厚的6061铝合金薄板的焊接性及接头软化机理进行了深入分析及探讨。拉伸试验结果表明，随着热输入的增加，接头宏观成形呈现从未焊透向成形优良及焊穿过渡的趋势，抗拉强度呈现先增加后减小的变化规律。在激光功率为2.6 kW、焊接速度为1.5 m/min的最优工艺下，接头强度达到母材强度的98%，几乎和母材等强，接头软化程度最低。采用微观组织表征设备（SEM，OM）观察并测量气孔位置和尺寸、焊缝塌陷高度、咬边最大距离及联生结晶区柱状晶主干长度随塌陷位移的变化，全方面分析总结接头软化的原因。建立宏微观耦合跨尺度组织演化有限元−元胞自动机模型（FEM-CAM），对比不同焊接工艺参数下模拟结果和试验测量的熔池形貌，验证了FEM的准确性；将宏观温度场模拟结果作为热输入，基于固液界面溶质平衡法计算枝晶生长驱动力。联生结晶区柱状晶一次枝晶干长度沿厚度方向变化CAM模拟结果和OM表征测量结果一致。因此，文中建立的耦合模型可以揭示熔池凝固过程枝晶的动态演化机制及生长规律。
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  基于改进连通域的铝合金薄板对接焊缝特征点识别

  燕煜飞, 杨光, 邹丽, 杨鑫华

  焊接. 2023, 0(7): 19-25,33. https://doi.org/10.12073/j.hj.20220420001

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  薄板自动化焊时产生的光反射、飞溅、粉尘等噪声使焊缝位置信息被遮挡，从而影响特征点的识别与提取。因此，提出了用连通区域的算法对焊缝的特征进行标记，并改进了连通区域算法用于提取焊缝特征点和获取其位置信息。在图像预处理之前，用感兴趣区域（Region of interest, ROI）方法对激光条纹进行图像分割，可滤除大量弧光、飞溅等噪声；在图像预处理的过程中，采用中值滤波和最大类间方差的二值化算法降低激光条纹附近的干扰噪声，将激光条纹与背景分离，使焊缝特征更清晰、明显；在图像预处理后，用连通区域的方法对激光条纹进行标记，通过改进的算法判断出连通区域的位置，从而识别焊缝特征点，获得焊缝特征点的位置信息。该算法不仅保留了焊缝激光条纹的边缘信息，还能在复杂的工作环境中完成焊缝特征的识别。通过对比薄板的实际间隙宽度和试验计算出的间隙宽度，该算法平均误差在0.067 mm以内，满足工业中的精度要求，适合激光视觉的焊缝跟踪过程。
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  X65管线钢窄坡口旋转电弧焊焊接工艺与性能

  罗雨, 吉天亮, 高萌萌, 王东尧

  焊接. 2023, 0(7): 26-33. https://doi.org/10.12073/j.hj.20220921005

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  针对油气管道窄坡口焊接普遍存在的侧壁未熔合问题，开展了X65管线钢窄坡口旋转电弧焊接工艺与性能的研究。搭建了X65管线钢板旋转电弧试验系统，利用高速摄像同步采集系统对旋转电弧熔滴行为进行了研究，分析了旋转电弧频率对熔滴过渡的影响。通过焊缝截面形貌的宏观金相观察，研究了窄坡口旋转电弧GMAW旋转频率对焊缝成形的影响。结果表明，高频旋转电弧加快了熔滴的过渡频率，减小了熔滴尺寸，促进了熔滴过渡过程。当旋转频率在5～30 Hz范围内时，能获得良好的焊缝成形。在旋转电弧的高频搅拌作用下，所获得的焊缝表面纹路十分致密，且焊接接头具有良好的抗拉伸性能和抗弯性能。
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  推力室钎焊身部焊缝缺陷的DR数字成像自动检测方法

  任文坚, 王永红, 李春凯, 石玗, 孙忠诚, 刘国增

  焊接. 2023, 0(7): 34-39,53. https://doi.org/10.12073/j.hj.20220419002

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  针对常规胶片照相法评定推力室焊缝缺陷过程中检测效率低、难以实现自动化、智能化等缺点，提出了一种基于X射线数字成像检测技术的缺陷自动检测方法，搭建了DR数字成像检测系统。采用改进型Faster R-CNN网络建立了DR数字图像焊缝缺陷识别模型，对该模型的识别准确性进行了测试并在DR检测系统上进行了模型部署。研究结果表明，所训练的改进型Faster R-CNN模型能够准确识别DR数字图像中4种典型钎缝缺陷，且识别准确率可达93%以上，单张图像缺陷识别时间不超过2 s。使用改进型Faster R-CNN网络模型对液体火箭发动机推力室钎焊接头DR数字成像检测图像进行计算机智能评定，试验证明模型部署于DR检测系统可实现缺陷的智能在线检测。
专题综述
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  不锈钢铁素体含量测量技术与标准研究现状

  宋北, 郭枭, 吕晓春, 杨昊泉, 李苏珊, 曲畅

  焊接. 2023, 0(7): 40-47. https://doi.org/10.12073/j.hj.20221108001

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  结合测量技术，对相应的标准进行了背景依据论述与细节对比，指出了目前的铁素体含量专用测量标准以磁性法为主，非专用标准以面积比例法为主。分析了铁素体含量测量的影响因素与目前存在的问题，实际应用需求为非破坏性检验、微区三维体积比例测量及形态表征、适用热影响区及焊道横截面等。对铁素体含量测量技术与标准进行了展望，提出了通过系统开展双盲试验、加强基础研究等手段进一步提升铁素体含量测量结果准确度、可靠性。
生产应用
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  超声TOFD法不敏感区内焊接缺陷检测

  张泽勇, 姜鸿鹏, 葛欢欢, 王泽文, 刘明, 郭涛

  焊接. 2023, 0(7): 48-53. https://doi.org/10.12073/j.hj.20230427004

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  针对超声衍射时差法（Time of flight diffraction, TOFD），探头的纵波声场不能覆盖整个被检测焊缝空间，在被检测焊缝近表面存在很大范围的不敏感区的问题，提出了一种改进的超声TOFD法，即不敏感区缺陷检测法，该方法利用超声纵波在被检试件底面的反射，使得超声声场覆盖近表面区域，采用该方法对人工缺陷及焊接缺陷进行检测。结果表明，人工缺陷埋藏深度检测的平均误差为0.3 mm，焊缝中未熔合缺陷埋藏深度及横向位置检测的平均误差分别为0.6 mm和0.4 mm。所提出的不敏感区缺陷检测法能有效检测近表面缺陷，是常规TOFD法的延伸和补充。
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  凸面异形结构ERNiCrFe-7A堆焊层裂纹控制

  林方强, 芦丽莉, 李诗易, 薛谦, 柏忠炼, 徐少峰

  焊接. 2023, 0(7): 54-58,64. https://doi.org/10.12073/j.hj.20230214001

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  以M310核电机组CRDM上部Ω密封结构为研究对象，开展了凸面异形结构ERNiCrFe-7A堆焊层裂纹控制的研究，研究了收弧电压、收弧衰减时间对弧坑裂纹的影响，研究了焊接电流、电弧电压、焊接速度等焊接工艺参数对高温失塑裂纹（DDC）的影响。结果表明，弧坑裂纹和DDC是主要的裂纹形式；增强焊接保护效果、控制衰减时间及采取合理焊接顺序可以防止弧坑裂纹；采用合适焊接热输入，可以避免ERNiCrFe-7A在凸面异形结构堆焊过程中产生DDC。
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  10MnNi2MoV低合金钢管接头裂纹性质分析

  刘刚, 杜爱国, 王威琦, 马连骥, 张灵文

  焊接. 2023, 0(7): 59-64. https://doi.org/10.12073/j.hj.20220706001

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  以某电厂在役的10MnNi2MoV低合金钢管焊接接头作为研究对象，对其表面裂纹位置、形貌、组织和断口进行了系统地研究分析。结果表明，10MnNi2MoV钢管焊接接头盖面焊缝附近ЭА-395/9堆焊层中易产生锯齿状裂纹，该裂纹通常沿柱状晶生长方向扩展，同时在堆焊层近表面区域的迁移晶界中易产生条状和颗粒状析出物、T型晶界等显微组织及特征，这些组织为10MnNi2MoV低合金钢管焊接接头的高温失塑裂纹的形成提供了内在条件。对于在电厂服役时间较长的低合金钢焊接接头而言，在接头堆焊层易产生高温失塑裂纹，且该裂纹一旦形成将会快速扩展，严重威胁着电厂机组的安全运行。