焊接学报

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陈重毅, 乔伟超, 麻永林, 邢淑清

焊接学报. 2017, 38(5): 1-6.

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针对八万吨模锻压机主缸焊接应力和变形难于精确控制的问题，建立了主缸焊接有限元模型，通过模拟计算和试验验证，得到了主缸焊接温度场、应力场和变形.结果表明，主缸焊接过程中焊缝温度最高，约为2 100℃，接头区域温度梯度最大.主缸焊后最大位移位于主缸顶部，位移量约为7.4 mm，焊缝区位移量较小.在焊接前应考虑对主缸底部和顶部进行约束，防止焊后产生较大变形.主缸焊缝区等效应力最大，约为470 MPa，热影响区应力次之，母材应力最小.在热处理前要注意接头上表面是否存在焊接裂纹等缺陷.以上结果为主缸实际焊接提供了计算数据参考.

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金属单搭胶接加强板接头力学性能分析

王玉奇, 何晓聪, 曾凯, 郉保英

焊接学报. 2017, 38(5): 7-12.

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为研究金属单搭胶接加强板接头的力学性能，文中先后对铝合金5052单搭胶接（简称AA）接头、铝合金5052单搭胶接加强板（AAT）接头进行静力学测试和疲劳性能测试，引入正态分布和威布尔分布对试验数据进行分析检验其有效性，并采用扫描电子显微镜对疲劳失效胶层进行微观分析.结果表明，AA接头和AAT接头的疲劳试验数据具有较好的规律性，与AA接头相比，AAT接头拉伸-剪切强度提高3.8%，端部弯曲度降低38.5%，能量吸收量提高60.2%，疲劳强度提高33.3%.

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工艺参数对同轴送出粉末流动状态的影响

杨义成, 王威, 王旭友, 黄瑞生

焊接学报. 2017, 38(5): 13-17.

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借助高速摄像拍摄同轴送粉粉末束流宏观形貌，结合图像灰度化处理方法，系统研究不同工艺参数对粉末束流动状态的影响.针对所用研究方法的可行性进行了评估.结果表明，用灰度值表征粉末空间浓度大小具有较高的可行性.粉末束流焦点处及上、下间隔3 mm左右范围内横截面的粉末空间浓度分布基本呈典型的高斯分布；送粉速率对粉末束流焦点位置影响较小；随着载气量增加粉末焦点位置逐渐上移，粉斑直径逐步变小；同轴保护气流量不易过大，8 L/min是其临界值，大于该值可能会因产生"涡流现象"而导致粉末的运动轨迹发生变化.

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TC4钛合金压力容器电子束焊接模拟分析

张永和, 何俊, 翟大鹏, 张秉刚

焊接学报. 2017, 38(5): 18-21,48.

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文中采用旋转高斯曲面体热源模型，对一定工艺条件下航天压力容器TC4钛合金试件的焊接过程进行了温度场分析，获得了温度场的分布特征及垂直焊缝方向的温度分布曲线.结果表明，利用该规格试件确定的焊接参数规范能够满足实际产品焊接的要求，热影响区温度梯度的分布情况为内部装置的保护提供了依据；并通过对"匙孔"的演变过程和不同焊接参数下的特征尺寸进行模拟分析，获得了典型关系曲线，工艺试验与模拟结果吻合较好，为获得高质量要求的焊缝提供了参考.

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大功率光纤激光焊熔透状态模糊聚类识别方法

高向东, 梁剑斌, 刘桂谦, 张艳喜

焊接学报. 2017, 38(5): 22-25.

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熔透是评价激光焊接质量的重要因素，但在焊接过程中难以直接检测熔透状态.以大功率光纤激光焊接304不锈钢紧密对接焊缝为试验对象，研究一种基于熔池红外热像的熔透状态识别方法.采用红外摄像机摄取焊接区域熔池动态图像，提取熔池特征量，应用模糊聚类算法分析熔池特征量与熔透状态之间的关系，使用模糊C-均值（FCM）和Gustafson-Kessel（GK）两种模糊聚类法建立熔透状态识别模型.激光焊接试验结果表明，熔池表征与熔透状态之间存在密切关联，通过GK模糊聚类算法建立的模型对熔透状态能达到78%以上的识别率，为大功率光纤激光焊接过程熔透状态的识别和控制提供试验依据.

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TIG电弧载流区温度的低扰动静电探针差动分析

李渊博, 李霄, 史全福, 刘静, 李凯

焊接学报. 2017, 38(5): 26-30.

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采用低扰动静电探针差动分析对TIG电弧载流区进行诊断，通过测定的饱和离子电流求解不同焊接电流和弧长下载流区温度分布.结果表明，低扰动静电探针差动分析测定的载流区温度变化特征与辐射光谱测量结果一致，但探针对电弧的冷却扰动导致差动分析测定的温度值低于光谱诊断的测量结果；电弧载流区温度分布宽度沿电弧轴线由阴极向阳极增加，载流区截面中心附近温度最高，并向电弧边缘减小，且阴极附近存在一个高温区；随着焊接电流的减少，温度分布宽度和载流区最高温度均减小，阴极附近高温区沿电弧轴向收缩；弧长增大会使载流区温度分布宽度增加，但最高温度基本不变.

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纵向受载T形焊接接头结构应力构造方法分析

董亚飞, 魏国前, 漆金贤, 余茜, 何毅斌

焊接学报. 2017, 38(5): 31-34.

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针对纵向受载的非承载型T形焊接接头的疲劳问题，提出一种纵向结构应力构造方法.该方法将焊接接头截面上节点载荷等效为单元边界上的线载荷，根据力平衡原理建立膜应力和弯曲应力解析式，基于母材厚度和焊缝高度提出等效板厚的构造方式，进一步构造并求解焊趾处纵向结构应力.通过纵向受载的非承载型T形焊接接头疲劳试验结果进行验证.结果表明，文中提出方法在分析焊接接头局部纵向受载的焊接结构时优势明显，并可根据Dong提出的平衡等效结构应力修正方式和主S-N曲线进行疲劳评定.

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超声辅助激光熔覆SiC/316L温度场和应力场分析

李德英, 张坚, 赵龙志, 邓志成

焊接学报. 2017, 38(5): 35-39.

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建立了激光熔覆SiC/316L复合涂层有限元分析模型，采用超声振动热效应转化和施加动态边界条件相结合的方法对超声振动边界条件作近似处理，对超声辅助激光熔覆SiC/316L复合涂层的温度分布和残余应力进行分析，并分析了超声振幅和扫描速度对温度场和应力场的影响.结果表明，随着超声振幅增大和扫描速度减小，涂层表面温度升高；超声作用下涂层残余应力有所降低，且随着超声振幅和扫描速度增大，残余应力值先减小后增大.采用优化工艺参数进行超声熔覆试验，超声作用使涂层中各区域组织得到细化且均匀分布，有利于降低涂层中残余应力.

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回填时间对RFSSW接头断裂行为的影响

姬书得, 王月, 马琳, 柴鹏, 高双胜

焊接学报. 2017, 38(5): 40-43.

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为研究回填时间对回填式搅拌摩擦点焊接头断裂模式和断裂机理的影响，对上下板厚度分别为1.5 mm和2 mm的LY12铝合金板材进行了点焊试验，并对焊后接头进行拉剪试验.结果表明，当回填时间较短时，套筒作用区与热力影响区间界面上的原子扩散效果差，甚至在近表面附近出现开裂，导致接头的剪切-塞型断裂.当回填时间足够长时，焊接接头的断裂模式转化为剪切断裂，裂纹主要沿着上下板搭接面扩展.同时，显微结构、硬度与断口形貌的试验结果验证了文中对断裂机制的解释.

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残余应力对管线钢韧性断裂的影响

卓小敏, 徐杰, 李朋朋, 樊宇, 孙智

焊接学报. 2017, 38(5): 44-48.

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以弹塑性断裂力学理论为基础，应用ABAQUS有限元软件，采用固有应变法引入残余应力，并基于细观塑性损伤模型研究了残余应力对管线钢韧性裂纹扩展阻力曲线的影响.模型中选择了具有不同深浅裂纹的单边缺口弯曲（SENB）试样和DNV推荐准则中用于管线钢断裂评估的单边缺口拉伸（SENT）试样，并对这两种断裂力学试样在大范围屈服条件下的裂纹扩展阻力曲线（CTOD-R曲线）行为进行了对比分析.结果表明，对于深裂纹试样，残余应力降低了韧性裂纹扩展阻力曲线，而浅裂纹试样受残余应力的影响可忽略不计.

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基于脉冲激光GMAW熔滴尺寸与过渡频率的控制

马正住, 朱加雷, 周灿丰, 李卫强

焊接学报. 2017, 38(5): 49-52,57.

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针对水下焊接修复中存在的射滴过渡可选参数范围狭窄、热输入高、焊接残余应力等问题，文中基于水下高压焊接试验舱，建立了包含多信号同步采集的激光增强GMAW试验平台，并在常压环境下进行了工艺试验.结果表明，合理选择激光作用位置和激光脉冲占空比，通过激光辅助作用，熔滴过渡摆脱了对焊接电流的主导性依赖，实现激光对GMAW熔滴过渡的主动控制.试验结果及相关理论分析为进一步的高压干法水下焊接过程稳定性控制研究及海洋工程应用奠定了基础.

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双丝脉冲MIG焊的双脉冲焊接方法

吴开源, 何祖伟, 梁焯永, 黄玺

焊接学报. 2017, 38(5): 53-57.

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为优化双丝脉冲MIG焊的焊缝成形质量，提出双丝脉冲MIG焊的双脉冲焊接方法，构建基于DSP的双丝脉冲MIG焊的双脉冲数字化交替相位协同控制系统，对双丝脉冲MIG焊的单脉冲和双脉冲焊接进行平板堆焊试验.结果表明，双丝脉冲MIG焊双脉冲焊接系统实现了稳定的双脉冲焊接过程，焊缝成形良好.对单脉冲和双脉冲焊接所得焊缝的横截面宏观金相对比分析结果表明，双脉冲对焊接熔池有很强的搅拌作用，双脉冲焊接所得焊缝晶粒比单脉冲焊缝晶粒更小，说明双脉冲具有细化晶粒的效果，证明在双丝脉冲MIG焊中应用双脉冲有一定的优化作用.

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考虑铝合金接头软化的焊接变形及残余应力预测方法

梁伟, 郭科峰, 龚毅, 卞功文

焊接学报. 2017, 38(5): 58-62.

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针对铝合金焊接接头的软化问题，通过采用合理材料模型对该问题进行了描述，并在此基础上开发了相应的热-弹-塑性有限元计算方法来预测铝合金薄板的焊接变形和残余应力.以TIG重熔铝合金薄板为例，模拟分析了焊接过程中的温度场、残余应力和焊接变形.同时，采用试验方法测量了焊件的挠曲变形.结果表明，考虑软化现象的有限元数值计算结果与试验测量结果更吻合，验证了提出材料模型和所开发的有限元计算方法的有效性；对于接头软化较为明显的铝合金材料，进行焊接残余应力的数值模拟时有必要建立反映接头软化的材料模型.

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分区扫描对激光沉积修复钛合金热力耦合场的影响

杨光, 周佳平, 钦兰云, 王维

焊接学报. 2017, 38(5): 63-68.

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为了控制激光沉积修复过程中残余应力，减少基材的变形，利用ANSYS参数化设计编程语言实现了激光沉积修复面缺陷损伤零件热力耦合场的数值模拟，得到了短光栅连续扫描和分区扫描情况下的节点热循环特性、温度场和残余应力场分布规律.结果表明，不同扫描方式下节点的热循环分布规律相似，但分区扫描时基材热量累积明显减小，且温度分布较为均匀，从而改善了基材中应力集中，使残余应力降低.为了验证结果的正确性，采用红外测温仪和压痕应变仪对不同扫描方式下激光沉积修复温度场和修复件表面残余应力进行了测量，并绘制了基材变形曲线.二者具有较好的一致性.

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H₂S溶液中316L不锈钢TIG焊接头的腐蚀性能

卢向雨, 冯兴国, 芦笙, 王泽鑫, 郑传波

焊接学报. 2017, 38(5): 69-73.

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文中通过极化曲线、交流阻抗、Mott-Schottky曲线、浸泡腐蚀试验等方法对316L奥氏体不锈钢TIG焊接头各区域在不同浓度H₂S溶液中的耐蚀性能进行了研究.极化曲线及交流阻抗结果表明，随着溶液中H₂S浓度的升高，焊接接头各区域的耐蚀性明显降低.另一方面对于相同浓度的H₂S溶液，316L基体的耐蚀性最好，其次是热影响区，焊缝区的耐蚀性最差.Mott-Schottky曲线结果表明，焊接接头在H₂S溶液中的表面钝化膜形成p-n结结构，掺杂浓度高达10²² cm^-3，且掺杂浓度随H₂S浓度升高而增大，致使钝化膜防护性能降低.

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超声功率对激光熔覆Fe-Cr-V-C系涂层组织与性能的影响

沈言锦, 李雪丰, 陈学永

焊接学报. 2017, 38(5): 74-78.

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采用激光熔覆方法在基体表面制备出高强高硬度耐磨涂层，借助光学显微镜、扫描电镜（SEM）、X射线衍射仪以及磨粒磨损试验机等试验仪器研究超声波功率对涂层组织与性能的影响.同时利用图像分析软件Image-Pro Plus测量晶粒尺寸.结果表明，超声波功率对涂层组织与性能均有明显影响.随着超声波功率的增加，空化效应以及声流作用也越来越明显，晶粒尺寸由87 μm减小到6 μm.涂层硬度与相对耐磨性都呈先增加后减小的变化规律.当超声波功率增大到1 000 W时，晶粒尺寸最小，其最小值为6 μm，涂层硬度达到最大值62 HRC，且其相对耐磨性也到最大，其耐磨性是基体的50倍左右.

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双相不锈钢多层多道焊接接头微观组织表征

张志强, 荆洪阳, 徐连勇, 韩永典

焊接学报. 2017, 38(5): 79-82.

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采用钨极氩弧焊制备了双相钢焊接接头，基于热力学方法计算了母材和焊缝的平衡相变过程，采用OM，SEM，EDS，TEM等方法表征了接头不同区域的微观组织.结果表明，焊缝中添加镍显著促进γ形成并抑制Cr₂N析出.焊缝和热影响区γ₁主要包含晶粒边界奥氏体、魏氏奥氏体和晶粒内奥氏体，不同类型的奥氏体呈现显著的成分差异.焊缝和热影响区析出两种类型的γ₂：晶粒内γ₂和晶粒间γ₂.γ₂易于在δ内和δ/γ₁边界处富Ni和N元素而贫Cr和Mo元素的区域析出.Cr₂N主要分布于热影响区的δ内、δ/γ₂边界以及δ/δ边界处.

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SiO_2f/SiO₂复合材料表面碳活化辅助钎料润湿机理

林景煌, 霸金, 亓钧雷, 冯吉才

焊接学报. 2017, 38(5): 83-86.

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针对SiO_2f/SiO₂复合材料钎焊中存在表面钎料润湿性差、难以获得有效接头的难题，提出一种表面碳活化辅助钎料润湿的方法.利用PECVD方法低温原位在复合材料表面制备极薄的碳活化层，以辅助活性钎料在其表面铺展润湿.研究表明采用该方法可在400℃/15 min条件下即可在SiO_2f/SiO₂表面制备出碳活化层，且复合材料表面形貌无变化.润湿结果表明碳活化层的引入显著改善了Ag-Cu-Ti钎料在复合材料表面的润湿性，860℃/10 min下润湿角从131°降至27°.碳活化层主要借助碳与活性元素良好的亲和力活化了复合材料表面状态，进而促进活性钎料在其表面铺展润湿.

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高铬镍奥氏体焊丝焊接10Ni5CrMoV钢接头组织性能分析

李大用, 杨东青, 王苹, 张广军

焊接学报. 2017, 38(5): 87-91.

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为解决10Ni5CrMoV高强钢厚板在大拘束度条件下焊接时无法避免的冷裂纹问题，自行研制了强度低于母材的高铬镍奥氏体不锈钢焊丝，采用低强匹配工艺对10Ni5CrMoV低合金高强钢厚板进行焊接并分析了接头组织性能.结果表明，采用该焊丝焊缝成形良好,无裂纹缺陷.焊缝主要由树枝状奥氏体组织组成，枝晶间有少量颗粒状析出相.其接头抗拉强度800 Mpa，弯曲试验无断裂，冲击韧性A_KV（-80℃）大于90 J，满足技术要求.

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铝-铝爆炸焊接界面波形成与特征

李芮宇, 孙宇新, 付艳恕, 孙其然, 赵亚运

焊接学报. 2017, 38(5): 92-95,107.

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文中通过试验观察与数值模拟相结合，尝试分析界面波的形成与结构特征.对2024铝开展系列准对称爆炸焊接，获得了界面波结构特征随装药比变化样品，并基于Autodyn软件中的光滑粒子法对铝-铝爆炸焊接斜碰撞过程进行了模拟，获得与试验现象吻合良好的计算结果.结果表明，装药比的提高使得再入射流厚度和界面波长波幅增加，且界面更加连续；装药比的提高对再入射流速度的影响不大；再入射流量的逐渐增多使得基板承受的剪切应力增大，进而导致界面出现平直到波状的渐变.分析得到的铝-铝爆炸焊接界面波特征随装药比的变化规律以及所使用的数值方法为相关分析提供了有用的参考.

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深潜器用Ti80电子束焊接接头精细组织结构特征

安飞鹏, 王其红, 李士凯, 熊进辉

焊接学报. 2017, 38(5): 96-99.

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进行了Ti80大厚板电子束焊接试验，实现了56 mmTi80无缺陷焊接.分析焊缝和热影响区精细组织，结果表明，焊缝上部为柱状晶粒，下部为柱状晶和等轴晶，晶粒内组织为马氏体α相和残余β相.焊缝由上至下高温停留时间逐渐减小、冷却速度逐渐加快，马氏体α相呈长大趋势.热影响区分为靠近焊缝区的Ⅰ区和靠近母材的Ⅱ区.热影响Ⅰ区组织为马氏体α相、初生α相和β相；Ⅱ区组织为初生α相、次生α相和转变β组织.Ⅰ区由于受热影响作用大，其组织更接近于焊缝；Ⅱ区组织则更接近于母材组织.

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多层多道平焊接头冲击性能不稳定的原因分析

袁军军, 禅志善, 曹睿, 毛高军, 肖志刚

焊接学报. 2017, 38(5): 100-103.

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以X70管线钢用药芯焊丝多道焊平焊接头为研究对象.用光镜和扫描电镜观察焊接接头和冲击试样金相组织、寻找冲击断口起裂源，对焊缝冲击韧性不稳定且出现低值的原因进行了研究.结果发现，冲击试样的取样位置不同，冲击吸收功不同；冲击试样开缺口处柱状晶所占比例是冲击韧性出现波动的一个主要原因，但不是其出现低值的原因；缺口前沿焊接缺陷的位置以及粗大晶粒是冲击韧性波动以及出现低值的主要原因，试样冲击吸收功为54.2 J时是解理断裂，解理断裂试样的起裂源为夹杂、未熔合等焊接缺陷，且这些缺陷的位置距缺口越近，冲击韧性越低.

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镁合金/镀锌钢板电阻点焊接头拉剪断裂分析

郑森, 程东海, 陈益平, 胡德安

焊接学报. 2017, 38(5): 104-107.

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针对2.0 mm厚的AZ31B镁合金以及1.0 mm厚的SPHC镀锌钢板，采用kDWJ-17型三相次级整流电阻焊机进行焊接试验，通过对接头的金相观察、扫描电镜分析，结合原子结合能研究点焊接头拉剪断裂特征.结果表明，点焊接头断裂的形式呈现结合面断裂和纽扣断裂两种方式，纽扣断裂抗拉剪力学性能优于结合面断裂，纽扣断裂断口是以韧性断口为主，脆性断裂为辅的混合断口.熔核区以Fe-Al化合物为主时发生纽扣断裂，熔合线边缘晶粒尺寸粗大以及熔核区Fe-Al化合物结合能大，使其断裂位置在熔合线边缘.熔核区以Mg-Zn化合物为主时发生结合面断裂，其Mg-Zn化合物结合能偏小，容易被拉断.

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氩弧熔敷Ti-Si-C系陶瓷涂层中物相的热力学预测

闫文青, 张建强, 刘升

焊接学报. 2017, 38(5): 108-111.

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利用热力学原理推导出反应焓和反应吉布斯（Gibbs）自由能与温度的关系式.根据Ti-Si-C系相图，对用钨极氩弧（TIG）热在钛合金表面熔敷形成涂层过程中可能的12个化学反应进行热力学分析.热力学计算得出，Ti元素能与SiC，Si及C元素反应生成TiC，Ti₃SiC₂相和Ti₅Si₃，TiSi₂金属间化合物.理论分析结果表明，在TIG熔敷条件下，通过改变不同的原材料初始组成，可以采用热力学分析方法预测熔覆层的物相组成.试验结果表明，预测结果与试验结果符合得很好.

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振动条件下硬铝合金TIG焊接的工艺优化

苏允海, 艾星宇, 张桂清, 刘继国

焊接学报. 2017, 38(5): 112-115.

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采用Al-Si系焊丝对Al-Cu-Mg硬铝合金进行半自动TIG焊，焊接过程中施加机械振动.采用正交试验方法对工艺参数进行优化，并对不同工艺参数下硬铝合金的焊接接头进行拉伸性能、硬度、显微组织和物相分析，分析振动参数和焊接参数对焊接接头组织性能的影响规律和作用机理.结果表明，最佳工艺匹配参数为：焊接电流I=110 A、振动幅度D=0.05 mm、振动频率f=50 Hz，此时接头的性能为：抗拉强度R_m=289.68 MPa，断后伸长率A=4.95%，焊缝平均硬度H为108.0 HV；合适参数的振动可以细化焊缝区显微组织、抑制孔状缺陷，并使焊缝显微组织为细小的等轴树枝晶和胞状树枝晶为主，进而提高焊接接头综合力学性能.

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窄坡口等离子-MAG复合焊工艺参数优化

吴向阳, 张志毅, 齐维闯, 田仁勇, 史春元

焊接学报. 2017, 38(5): 116-119.

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针对转向架构架焊接变形及根部焊道背部成形问题，研究坡口角度为30°的V形窄坡口旁轴式等离子-MAG复合热源焊接工艺.文中以SMA490BW耐候钢平板对接为研究对象，基于响应面法建立了主要影响熔深的等离子电流、MAG电流、焊接速度、等离子气体流量与焊缝根部焊道的熔深、背部余高之间的数学关系模型，并依此模型分析了等离子-MAG复合焊接工艺参数对焊缝熔深能力的影响，获得了合适的复合焊接工艺参数.与普通MAG焊相比，窄坡口等离子-MAG复合焊接工艺既可保证焊缝根部完全熔透又能有效地减小接头的焊接变形.

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热输入对QT900对接焊CGHAZ韧性的影响

侯春锋, 石凯, 李霄, 梁维

焊接学报. 2017, 38(5): 120-124.

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文中采用热模拟技术、显微分析技术和断口分析等手段，研究了焊接热输入对QT900连续油管对接焊焊接热影响区粗晶区冲击韧性的影响规律及其脆化机理.结果表明，5 kJ/cm的焊接热输入下热影响区粗晶区可获得板条束细小的针状贝氏体，有利于吸收冲击能量，冲击韧性优良；随着焊接热输入从5 kJ/cm增大到10 kJ/cm，热影响区粗晶区晶粒尺寸增大，贝氏体铁素体板条变宽，并且沿着原始奥氏体晶界析出了网状的仿晶型铁素体，导致热影响区粗晶区韧性的恶化.

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固态相变对10Ni5CrMoV钢焊接残余应力的影响

王苹, 刘永, 李大用, 方洪渊

焊接学报. 2017, 38(5): 125-128.

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10Ni5CrMoV钢属于低合金高强钢，固态相变效应在其焊接热-力耦合分析中不可忽略.固态相变效应表现为体积变化和屈服强度"滞后"现象，通过热膨胀试验测试相变参数，建立固态相变的数学模型，开展了考虑固态相变效应的10Ni5CrMoV钢焊接热-力耦合分析.结果表明，考虑固态相变效应后，焊缝及焊缝附近（相变区域）纵向拉应力大幅度降低，相变区域相邻位置拉应力仍然较高；横向应力的分布状态变化明显，应力峰值变化较小，约为室温屈服强度的25%.应力测试结果与数值模拟结果较吻合，验证了固态相变模型的准确性.

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焊接学报. 2017, 38(5): 129-134.

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刊出日期：2017-05-25

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