焊接学报

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程永超, 肖珺, 陈树君, Zhang Yuming

焊接学报. 2018, 39(12): 1-4,43. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.2018390287

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薄板GTAW的熔透控制是保障其焊接质量的关键，而焊接熔透的智能传感与识别是其中的核心难题. 传统的焊缝背面直接视觉传感可以有效提取熔透控制信息，但是往往因为可达性受限而不能使用. 因此，文中对基于GTAW弧压电信号的传感焊接熔透进行研究，基于弧压反馈提取焊接熔透信号，进而调节焊接电流波形保证焊缝均匀熔透而不发生烧穿. 试验采用4 mm厚热轧钢板、3 mm厚冷轧钢板进行表面堆焊. 结果表明，在不同电流形式下堆焊试验中验证了控制原理，反馈智能调节，变散热条件以及变间隙试验均可得到较美观的焊缝.

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齿形对超声波焊接泡沫镍薄板与实体铝薄板的影响

解龑, 冯梦楠, 罗震

焊接学报. 2018, 39(12): 5-8. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.2018390288

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采用超声波点焊工艺成功焊接了电池电极及催化剂载体所使用的泡沫镍薄板与纯铝实体薄板，在与泡沫镍接触的砧座处采用了粗细两种齿形设计，对比了不同齿形引起的不同塑性形变程度对焊接性能的影响. 分析了齿形及工艺参数对拉伸性能及断口形貌的影响. 结果表明，细齿形砧座30 J试样拉伸性能最优，拉伸载荷与断裂能分别达到泡沫镍母材的58.0%与69.1%. 测试了两种齿形砧座焊接的接头在3.5%NaCl溶液中的阳极极化曲线，对比了其耐腐蚀性能. 能谱分析结果表明，跨过界面扩散的元素含量极少，焊接界面没有明显金属间化合物层产生，焊接过程属于固态过程.

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GMAW短路过渡过程的二次引弧现象

陈超, 范成磊, 林三宝, 杨春利

焊接学报. 2018, 39(12): 9-12. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.2018390289

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传统的短路过渡过程一般认为整个过程只存在一次引弧. 但是文中通过对GMAW短路过渡的高速摄像照片进行观察发现了一个新现象——即短路过渡过程并不是一次引弧完成的，而是存在二次引弧现象. 结果表明，当熔滴颈缩断裂的瞬间，焊丝端部与脱落熔滴尾部之间存在一定浓度的高温金属蒸气，会发生一次短暂的电弧燃烧过程. 此电弧随着脱落熔滴逐渐没入焊接熔池而消失. 随后会以保护气体作为介质进行下一次引弧(二次引弧)，此次引弧也是传统短路过程的引弧阶段. 由电流波形可知，在熔滴颈缩附近存在两次短路电流波形，一次波形为传统的短路峰值电流，二次波形则是由于金属蒸气短暂引弧造成的.

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S690高强钢腐蚀疲劳裂纹扩展行为拘束效应

韩永典, 李展, 徐连勇, 荆洪阳, 赵雷

焊接学报. 2018, 39(12): 13-18. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.2018390290

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S690高强钢由于其良好的综合力学性能广泛用于海洋平台中. 海洋平台结构易产生腐蚀疲劳失效，海水腐蚀、循环载荷和结构本身的拘束水平对裂纹扩展有重要的影响. 通过空气中和海水环境中的S690高强钢疲劳裂纹扩展试验，结合显微断口分析，研究了拘束水平对S690高强钢腐蚀疲劳裂纹扩展行为的影响. 结果表明，在阳极溶解和氢致开裂的共同作用下，海水环境对S690高强钢疲劳裂纹扩展具有明显的加速作用. 同时随着裂纹的不断扩展，拘束水平对S690高强钢腐蚀疲劳裂纹的影响不断增加，且裂纹扩展速率与裂纹扩展前后的拘束水平增量和结构本身的拘束水平均密切相关.

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B元素对药芯焊丝焊缝金属针状铁素体形成的影响

刘政军, 武丹, 苏允海

焊接学报. 2018, 39(12): 19-24. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.2018390291

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利用金相组织观察、冲击试验和热膨胀试验，研究了B元素含量变化对高强钢药芯焊丝焊缝金属中针状铁素体形成的影响，得到了不同试验温度下焊缝金属冲击吸收功. 结合透射电镜分析和分级淬火试验从热力学和动力学的角度对B元素影响机理进行了分析. 结果表明，焊缝金属组织晶界中含有自由状态的B元素具有抑制晶界铁素体形核利于针状铁素体生成的作用；N元素含量增加会降低晶界B元素含量，并提高奥氏体向铁素体转变的温度，减少针状铁素体含量；针状铁素体是在以Ti元素和Mn元素的氧化物为核心，以Cu元素和Mn元素的硫化物为外层，以BN为过渡层的复杂结构上形核并长大的；针状铁素体含量的增加有利于提高焊缝金属冲击吸收功，–60 ℃冲击吸收功最大为70 J.

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空位对Cu/Sn无铅焊点界面元素扩散的影响

李扬, 李晓延, 姚鹏

焊接学报. 2018, 39(12): 25-30. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.2018390292

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界面柯肯达尔空洞形成的过程伴随着空位的形成与扩散，对空位行为的研究有利于深入理解界面扩散和空洞形成过程. 运用分子动力学方法模拟Cu/Cu₃Sn界面上空位对扩散的影响，计算空位形成能、扩散势垒及空位扩散激活能. 结果表明，相同条件下含空位的模型发生扩散的几率要高于不含空位的模型. 另外，计算表明铜晶体的空位形成能大于Cu₃Sn晶体中铜空位的形成能；Cu₃Sn晶格中不同晶位的Cu空位(Cu1空位和Cu2空位)的形成能比较接近，但均小于锡的空位形成能. 此外，对Cu/Cu₃Sn界面的空位扩散势垒及空位扩散激活能的计算结果表明，Sn原子的空位扩散激活能高于Cu原子.

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铜磷钎料表观色度与表层成分演变的探讨

龙飞, 何鹏, 耿慧远, 林铁松

焊接学报. 2018, 39(12): 31-36. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.2018390293

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文中简述了铜磷钎料的应用和加工技术发展现状，结合生产实际测试铜磷钎料在热加工过程中表观色度和表层成分，引入表观色度来预判铜磷钎料表层微区成分，并探讨成分与色度的关系. 以BCu89AgP和BCu91AgP两种常用铜磷钎料为典型代表，测出了他们在不同工艺条件下色度和表层微区成分演变结果，分析了铜磷钎料的变色机理，结果表明，色度与成分存在着一定的对应关系，为生产应用提供了重要参考. 针对色度演变情况和成分演变规律，提出了几条铜磷挤压和拉拔工艺原则，标定了铜磷钎料实际生产中希望得到“玫瑰红”色的色度范围，给出了挤压温度和拉拔温度建议.

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TC4钛合金电弧增材制造叠层组织特征

李雷, 于治水, 张培磊, 庄乔乔, 聂云鹏

焊接学报. 2018, 39(12): 37-43. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.2018390294

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采用CMT电弧增材制造技术制造了TC4钛合金薄壁墙构件，并对其组织特征进行了研究. 结果表明，在电弧增材制造过程中，受其热输入、多次热循环及冷却速度的影响，在其构件中产生了从高温保留下来的贯穿数个堆积层的原始β柱状晶晶界、水平层带条纹、马氏体组织和网篮组织等. 显微硬度显示，中下部区域硬度相对较高，平均硬度为336HV 0.1，上部显微硬度有明显降低，平均硬度为323.3HV 0.1.

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TA19钛合金惯性摩擦焊接工艺

张春波, 乌彦全, 朴东光, 周军

焊接学报. 2018, 39(12): 44-48. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.2018390295

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采用惯性摩擦焊接工艺对TA19钛合金进行了焊接试验研究，针对不同工艺参数下的焊接接头力学性能进行了室温拉伸、高温拉伸及显微硬度等测试，并对优选工艺后焊接接头显微组织进行了分析. 结果表明，TA19钛合金具有良好的惯性摩擦焊接性，在合理焊接工艺条件下能得到高强度焊接接头；焊接接头各区域中焊缝区显微硬度最高，随着向母材区过渡，显微硬度逐渐降低；焊缝区为典型的动态再结晶组织，主要由少量沿β相晶界分布的沿晶α相+α'马氏体组成，热力影响区由变形初生α相+α'马氏体组成，热影响区微观组织与母材相近，仅有部分板条状β相及板条状次生α相发生交叉分布.

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基于KF-GPR的熔池关键特征建模方法

董航, 丛明, Zhang Yuming, 陈和平

焊接学报. 2018, 39(12): 49-52. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.2018390296

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针对自动焊接智能化程度相对较低的问题，提出一种基于在线视觉反馈的卡尔曼滤波-高斯过程回归(kalman filter gaussian process regression, KF-GPR)的建模方法，分析了建模方法的理论可行性，建立了熔池关键动态特征与焊接参数的最优预测模型. 相比于传统统计方法，KF-GRP可以更准确的估计动态焊接过程的分布形式与参数，具有高度的鲁棒性和容错性，并能得到更加合理的模型. 设计了304不锈钢不填丝TIG焊试验，利用试验取得的8 423组试验数据进行建模并验证. 结果表明，KF-GPR能有效地抑制信号噪声，对熔池特征进行快速、高精度建模，为后续焊接动态控制奠定基础.

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CuZnAl记忆颗粒对黄铜/锡/黄铜焊点组织与性能影响

张亮, 刘志权, 郭永环, 杨帆, 钟素娟

焊接学报. 2018, 39(12): 53-57. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.2018390297

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研究了不同压力条件下(0.2 N，50 N)瞬时液相键合0.5%亚微米CuZnAl记忆颗粒对黄铜/锡/黄铜焊点组织和性能影响. 发现0.5%亚微米CuZnAl记忆颗粒对界面组织有一定的抑制作用，主要归因于亚微米颗粒的存在减小了元素之间的扩散速率. 另外相对0.2 N压力条件下，50 N压力下由于元素剧烈扩散易于使界面出现大量的空洞，而0.2 N压力界面组织则较为均匀，并且未出现明显的空洞. 力学性能结果表明，添加0.5%亚微米CuZnAl记忆颗粒，焊点的剪切力提高20%~25%. 在0.2 N压力、250 ℃保温10 min，随后200 ℃保温1 100 h可以将黄铜/锡-CuZnAl/黄铜焊点完全转化为金属间化合物，并未发现明显的空洞.

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基于RNGK-FCM算法的大梁焊接障碍物识别

唐明, 洪波, 李湘文, 雷伟成

焊接学报. 2018, 39(12): 58-62. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.2018390298

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针对大梁焊接时难以通过传统的识别方法实现实时而精确的障碍物识别的问题，提出一种优化模糊C均值实时聚类(RNGK-FCM)的大梁焊接障碍物识别方法. 引入实时聚类策略，替换核化距离函数，全局快速优化. 通过MATLAB平台进行仿真对比分析各类FCM算法聚类性能，RNGK-FCM相比于传统FCM算法，能实时获取聚类数；对噪声点具有较好的鲁棒性；降低了对初值的敏感性，聚类识别精度高. 在某公司大梁自动焊生产线进行障碍物识别试验. 结果表明，各类障碍物聚类数准确，实时性优良，障碍物规避动作精准，为实现大梁自动焊打下了坚实的基础.

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T2纯铜大载荷超低速搅拌摩擦焊接头强韧化机理

许楠, 梁庆津, 周璐, 包晔峰

焊接学报. 2018, 39(12): 63-66. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.2018390299

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采用大载荷超低速搅拌摩擦焊工艺对2 mm厚的T2纯铜进行焊接，利用光学显微镜、扫描/透射电子显微镜、电子背散射衍射、硬度测试以及静拉伸试验对焊接接头的微观组织和力学性能进行研究. 结果表明，焊接热循环得到显著改善，有效抑制了由焊后余热带来的退火软化作用，彻底消除热影响区. 搅拌区由含有大量孪晶组织的超细晶构成，搅拌区抗拉强度和断后伸长率分别较母材提高了94%和69%. 文中提供了一种简单有效的方法，可同时提高纯铜搅拌摩擦焊搅拌区的强度和韧性.

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PMMA与304不锈钢激光焊接

黄怡洁, 高向东, 郑俏俏

焊接学报. 2018, 39(12): 67-70,76. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.2018390300

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研究聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)塑料与304不锈钢激光焊接热传导技术，采用正交试验法分析聚甲基丙烯酸甲酯和304不锈钢之间的焊接质量. 对焊接后的试样进行拉伸测试和切片试验，用能量密度定量判定焊接结果，分析多种焊接因素对抗拉强度和焊缝宽度的影响. 利用正交试验极差分析法对试验数据进行处理，获得透明聚甲基丙烯酸甲酯和304不锈钢之间激光热传导焊接的最佳焊接工艺参数. 结果表明，焊接因素对焊接强度的影响从大到小的顺序为焊接速度、脉冲宽度、保护气体流量、峰值功率、光斑直径和脉冲频率.

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焊接弧坑热裂纹的力学机制分析

陈章兰, 熊云峰, 邱海君, 孙倩

焊接学报. 2018, 39(12): 71-76. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.2018390301

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应用断裂力学物理量和有限元方法，分析并揭示焊缝弧坑热裂纹开裂力学机理. 通过应力的无量纲化和正交变换，将热—弹塑性有限元分析获得的节点应力等效为应力强度因子计算模型的外载荷，建立了基于应力强度因子参量的焊缝弧坑热裂纹数值分析模型. 计算并比较焊接热应力作用下焊缝含裂纹单元的张开、剪切和撕裂三类应力强度因子，揭示弧坑裂纹断裂机制并断口试验验证. 结果表明，弧坑热裂纹以拉裂模式主导，在热裂纹敏感区间1100~1000 ℃扩展速度最快，且呈“之”字形开裂取向.

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爆炸焊接研制核聚变用大厚度铜−不锈钢复合板

王宇新, 李晓杰, 范述宁, 刘建伟

焊接学报. 2018, 39(12): 77-81,104. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.2018390302

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大厚度铜–不锈钢复合板是核聚变反应堆的重要部件，除了要满足复合率技术指标外，复合界面抗拉强度、抗剪强度和界面波形态也远远高于常规复合板材的要求，单纯依靠常规的技术工艺需要多次试验才能满足技术要求. 为了解决这个技术难题，基于爆炸焊接理论计算确定大厚度铜–不锈钢爆炸焊接窗口和合理的爆炸焊接工艺参数以确保复合板的质量. 结果表明，将理论分析、数值计算和爆炸焊接试验相结合可以作为爆炸复合材料的生产加工一种标准化的技术方法.

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不同工艺参数对金属熔滴沉积成形影响

刘伟, 张伟博

焊接学报. 2018, 39(12): 82-88. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.2018390303

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采用数值计算与试验分析相结合的方法，深入研究了不同工艺参数(沉积距离、扫描速度、熔体温度、基板温度、喷嘴直径等)，单颗金属熔滴的沉积、铺展变化，验证了当前模型的正确性.通过对单颗金属熔滴沉积行为的研究，建立了单道/多道水平搭接成形数值计算模型，探索了金属熔滴在小空间、大温度梯度环境下沉积成形中熔体流动、铺展、凝固成形机理，结果表明，在典型特征截面上搭接成形时，通过优化工艺参数，可以获得熔滴沉积中的主要特征因素与成形形貌、内部质量之间的影响规律，为后续复杂金属件的熔滴液流沉积成形提供了技术支持和参考依据.

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基于透红外视觉传感的GMA-AM熔池图像质量评价

方吉米, 王克鸿, 黄勇

焊接学报. 2018, 39(12): 89-94. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.2018390304

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针对熔化极气体保护电弧(gas metal arc，GMA)增材制造(additive manufacturing，AM)图像感知，提出一种透红外熔池视觉传感方法. 为客观评价熔池图像质量，综合图像灰度、纹理、形状和频谱等四类特征定义了熔池图像质量评价参数φ. 结果表明，φ值越大，图像质量越好. 透红外熔池图像质量评价参数φ远大于近红外窄带熔池图像，熔池更清晰，对比度更高. 相比800，850和930 nm等透红外滤光片，990 nm透红外滤光片能过滤大部分电弧连续谱和特征谱，获得的熔池信息量最大，对比度更明显，边缘更清晰，细节信息更丰富，熔池图像质量最佳，是最佳取像窗口.

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考虑侧壁熔合的摆动电弧窄间隙MAG焊温度场热源模型

袁帅, 刘文吉, 李亮玉, 蒋晓

焊接学报. 2018, 39(12): 95-99. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.2018390305

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为了研究窄间隙焊缝摆动电弧MAG焊焊缝成形影响因素，需对其温度场分布情况进行分析. 针对摆动速度大于焊接速度的前提条件，分析了焊接层数不同导致的焊缝厚度不同以及磁偏吹对侧壁的影响，对多层单道焊建立了两种不同的热源模型. 同时采用Comsol有限元分析软件，实现了热源模型的加载和温度场的模拟. 结果表明，对于第一层焊(焊缝厚度3.6 mm)可以采用高斯—广义双椭球复合热源；对于第三层焊(焊缝厚度7.8 mm)可以采用双椭球—广义双椭球复合热源. 对比同时刻温度场模拟结果的焊缝截面与实际试验结果的焊缝截面，发现两者侧壁熔深情况基本吻合. 为后续对焊缝成形影响的进一步研究奠定了基础.

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焊缝余高对复合型坡口X80管线钢多层多道焊接残余应力的影响

刘成, 尹立孟, 姚宗湘, 王刚, 王学军

焊接学报. 2018, 39(12): 100-104. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.2018390306

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基于熔池反演法获取与工程实际一致的热源模型和参数，采用非线性有限元软件MSC. Marc“生死单元”技术对X80管线钢复合型坡口GMAW多层多道焊接过程热–力耦合有限元程序，并进行了数值模拟计算，进一步分析了复合型坡口有无余高两种情况下焊接接头的残余应力分布情况. 结果表明，焊接余高对焊接热循环过程曲线无明显影响，对焊后残余应力影响显著，有余高和无余高的纵向、横向残余应力均呈现“双峰”现象，应力集中于焊趾处；有余高时的纵向与横向峰值应力均高于无余高情况，且超过了X80管线钢的屈服强度.

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H13钢的铁基和钴基熔覆层组织与耐磨性

员霄, 王井, 朱青海, 陈志凯, 何冰

焊接学报. 2018, 39(12): 105-109. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.2018390307

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采用激光熔覆技术在AISI H13 热作模具钢表面分别制备了铁基熔覆层、钴基熔覆层. 借助金相显微镜、扫描电镜、洛氏硬度计和高温摩擦磨损试验机，对比分析了两种熔覆层的组织形貌、硬度和耐磨性. 采用马弗炉进行加热600 ℃，保温1 h，反复4 次，并测得红硬性硬度. 结果表明，基材、铁基、钴基熔覆层硬度分别为HRC 47，HRC 52，HRC 48. 基材和铁基熔覆层的红硬性硬度有所下降，而钴基熔覆层的红硬性硬度提升. 钴基熔覆层磨损失重量和摩擦系数皆最小. 基材、铁基熔覆层、钴基熔覆层的磨损机理分别是以磨粒磨损、粘着磨损以及粘着磨损和磨粒磨损为主.

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P92钢的CMT+P焊接接头组织性能

陈庆宏, 吕小青, 徐连勇, 荆洪阳, 韩永典

焊接学报. 2018, 39(12): 110-114. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.2018390308

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介绍了冷金属过渡+脉冲(CMT+P)焊接的焊接方法和特点. 采用CMT+P焊接工艺对P92钢板进行了对接焊接试验，并对比分析了P92钢的CMT+P焊接工艺与TIG打底+SMAW填充焊焊接工艺的焊接接头组织和性能. 结果表明，两种工艺的焊接接头经热处理后均为回火马氏体组织，且CMT+P的马氏体板条间距较小，热影响区为等轴晶且较窄，高温蠕变性能相对较好；CMT+P焊接接头抗拉强度优于母材，且冲击韧性与TIG打底+SMAW填充焊焊接头冲击韧性水平相当. 进而证实了CMT+P可作为P92钢焊接工艺的一种新选择.

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R60702/TAI/16MnIII复合板爆炸焊接数值模拟与试验

苏文献

焊接学报. 2018, 39(12): 115-118. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.2018390309

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随着爆炸焊接技术的发展，锆−钢复合板作为一种特殊的耐蚀复合材料，结合了锆优良的耐蚀性能和钢的高强度的优点，在工业中的需求量也逐步增加. 以爆炸焊接理论为基础，采用数值模拟和试验分析相结合的方法，在ANSYS/LS-DYNA软件中模拟R60702/TAI/16MnIII复合板不同间隙值组合下爆炸焊接的动态过程. 分析间隙值对整个R60702/TAI/16MnIII复合板爆炸焊接成形的影响. 结果表明，当锆−钛间距/钛−钢间距取值为12/6 mm时，可以实现良好焊接. 对试验焊接后R60702/TAI/16MnIII复合板上不同位置处的试样进行扫描电镜分析，观察复合板界面的结合状况，为选择更合适的工艺条件提供数据支撑，有利于指导生产实践.

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时间和温度对放电等离子体扩散焊接Ti48Al2Cr2Nb合金接头显微组织的影响

曹磊, 张俊, 谢跃煌, 梁加淼, 张德良

焊接学报. 2018, 39(12): 119-124. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.2018390310

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采用放电等离子体扩散焊接技术，以Ti/Ni/Ti箔为中间层，实现了Ti48Al2Cr2Nb合金之间的扩散连接. 研究了焊接时间和温度对接头显微组织的影响. 结果表明，950 ℃时，保温15 min，中间层和基体中元素互扩散有限；保温时间延长到30 min，中间层在接头处扩散均匀. 在相同保温时间30 min的条件下，900 ℃和950 ℃得到的接头界面存在分层，各个层的主要物相都是α₂相，仅最内层存在α-Ti. 升高温度到1 000 ℃和1 050 ℃，接头界面分层消失，显微组织相似，都是由粗大的α₂相和固溶了少量Ni原子，Nb原子，Cr原子的α₂相组成. 放电等离子体烧结(SPS)对接头处的元素扩散有促进作用，尤其是Ni元素，使得接头内部没有TiNi和TiAlNi金属间化合物生成.

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不锈钢电弧铆焊焊点组织及力学性能

张伟, 于学利, 宋晓飞, 陆向明

焊接学报. 2018, 39(12): 125-128. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.2018390311

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采用电弧铆焊的方法对3 mm+5 mm厚的0Cr18Ni9不锈钢钢板采用搭接形式实现连接. 通过优化焊接电流及其作用时间的参数匹配，以期得到最佳的焊点显微组织和力学性能. 采用X射线检测焊点缺陷的存在，使用金相显微镜研究焊点熔深和熔核尺寸的变化，使用电子万能试验机测试焊点的抗剪力. 结果表明，电弧铆焊焊点呈蘑菇状，与基体圆滑过渡，成形良好，无气孔、裂纹等宏观缺陷. 随着第一段和第二段焊接电流的增大，焊点的熔深和熔核尺寸，及焊点抗剪力随之增大. 优化的工艺参数下，熔深尺寸可达4.07 mm，熔核尺寸可达7.73 mm，抗剪力可达23.654 kN，满足生产需求.

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2018-12期英文摘要

焊接学报. 2018, 39(12): 129-133.

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刊出日期：2018-12-25

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