焊接学报

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李晓红, 张彦华, 李赞, 张田仓

焊接学报. 2020, 41(1): 1-6. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20190219002

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利用电子背散射衍射技术对TC17(α + β)/TC17(β)钛合金线性摩擦焊接头测试并分析，对接头各区域进行相鉴定和织构分析. 结果表明，与母材相比，焊态接头两侧热力影响区α相减少，β相增多. 由于焊缝区冷却迅速快，焊态焊缝处发生动态再结晶，生成了大量的亚稳定β相晶粒. TC17(β)侧母材及热力影响区的织构分布密度比TC17(α + β)侧强，且焊态焊缝区产生(5 4 6)[1 $\bar 3 \; \bar 3$]织构，轧面与(1 1 1)近似平行. 经过610 ℃热处理后，焊缝区亚稳定β相发生分解，形成细小的次生α相和β相. 与焊态焊缝相比，热处理后焊缝区晶体稍有转动，焊缝区织构强度较焊态有较大增强，形成(5 5 7)[$\overline {11}\; \overline {17}$ 20]织构. 热处理前后的焊缝区晶体取向都存在着ND方向与[1 1 1]靠近，轧面与(111)接近平行的择优取向.

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基于改进卷积神经网络的管焊缝X射线图像缺陷识别方法

樊丁, 胡桉得, 黄健康, 徐振亚, 徐旭

焊接学报. 2020, 41(1): 7-11. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20190703002

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针对卷积神经网络(CNN)应用于焊缝探伤图像识别时，目标区域占比小，局部信息冗余，激活函数小于零时出现硬饱和区导致模型对输入变化较敏感、网络参数难以训练的问题，采用超像素分割算法(SLIC)和改进的ELU激活函数构建CNN模型进行焊缝探伤图像缺陷识别. 首先，在CNN模型中使用ELU激活函数，在缓解梯度消失时对输入噪声产生更好的鲁棒性，同时，利用SLIC算法对图像像素进行像素块处理的特点，增大焊缝探伤图像中感兴趣区域的占比，降低局部冗余信息，提高模型在训练过程中的特征提取能力. 通过对焊缝探伤图像感兴趣区域提取并与所述CNN模型进行对比试验. 结果表明，该方法在焊缝探伤图像特征提取、训练耗时及识别准确率方面较传统卷积神经网络有更好的表现.

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先进高强钢电阻点焊接头的断裂模式分析与预测

孔谅, 刘思源, 王敏

焊接学报. 2020, 41(1): 12-17. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20190104002

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研究了先进高强钢(advanced high strength steel, AHSS)两层板电阻点焊接头的断裂模式，不同的断裂模式会影响点焊接头断裂时的机理、力学性能及断裂位置，基于不同组合下的临界熔核尺寸、最大载荷、断口宏观形貌、初始断裂位置、宏观金相组织以及微观硬度曲线等试验结果，阐明了板材厚度和板材强度两类因素对于断裂模式的影响规律. 结果表明，板材强度因素会直接影响断裂模式、初始断裂位置以及最大载荷；板材厚度因素影响断裂模式但不改变初始断裂位置及最大载荷. 临界熔核尺寸的影响因素有板材厚度、板材强度、熔核中缺陷以及拔出断裂位置距熔合线的距离. 在此基础上，文中提出了临界熔核尺寸(D_CR)的预测模型及预测方法，该方法与试验值符合较好，为实际工业应用中的临界熔核尺寸判定提供了理论依据.

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基于熵模型镀锡银钎料钎焊性能的定量表征

王星星, 上官林建, 何鹏, 龙伟民, 武胜金

焊接学报. 2020, 41(1): 18-22. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20190702001

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以BAg50CuZn钎料和BAg34CuZnSn钎料为基材，采用镀覆扩散组合工艺制备了两类镀锡银钎料，利用综合热分析仪、润湿试验炉、万能拉力试验机测定镀锡银钎料的熔化温度区间、润湿面积及钎焊接头抗拉强度，建立了钎料润湿熵和接头强度熵的数学模型，并与熔炼合金化制备的相同Sn含量的传统钎料进行对比. 结果表明，与相同Sn含量的传统钎料相比，镀锡银钎料的润湿熵值更小、强度熵值略高. 同等Sn含量条件下，镀锡银钎料和传统钎料润湿熵值的变化趋势，与对应钎料在316LN不锈钢表面的润湿面积随Sn含量的变化趋势基本一致，强度熵值的变化趋势与对应钎料钎焊316LN不锈钢接头的抗拉强度随Sn含量的变化趋势几乎吻合；润湿熵和强度熵的模型在一定程度上可定量预测镀锡银钎料的钎焊工艺性和接头力学性能.

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力学失配FSW接头拉伸变形的光学原位分析

王磊, 赵新华, 张璐, 丛家慧, 回丽, 周松

焊接学报. 2020, 41(1): 23-28. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20190807003

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采用光学原位拉伸试验对2A12-T4和2A12-O铝合金搅拌摩擦焊接头在拉伸变形过程中的微观损伤演变进行了观察，并分析了失配接头的裂纹扩展路径. 结果表明，2A12-O高配接头拉伸试验断裂于母材，2A12-T4低配接头断裂于近HAZ区；高配和低配接头第二相粒子与母材晶粒性能均不匹配，导致低配接头裂纹多萌生于第二相粒子，且较大的第二相粒子开裂程度明显大于较小第二相粒子和基体，而高配接头裂纹多萌生晶粒内；高配接头和低配接头裂纹扩展路径均以穿晶扩展为主，高配接头中的微裂纹、大角度晶界和第二相粒子对裂纹的扩展起到阻碍作用，低配接头破裂的第二相粒子对裂纹的扩展起到促进作用.

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基于信号介观萃取与统计分析的Q235钢熔透识别方法

孙谦, 黄瑞生, 邹吉鹏, 王旭友, 李俐群, 常晶舒

焊接学报. 2020, 41(1): 29-33,54. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20190726002

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激光焊接熔透检测是实现智能化焊接制造的重要环节. 如何穿透匙孔上方阻挡物、突破介观尺度下匙孔内熔透特征区域的准确寻位提取以及对复杂光学检测信号的有效解析，是采用直接测试法可靠识别激光焊接熔透行为的主要技术难点. 文中针对Q235钢激光焊接熔透识别新方法展开研究，以孔壁荧光辐射源作为直接检测信号，利用不同物质谱段特性实现穿透遮挡使匙孔内部形态特征透视再现. 利用光学成像原理获取匙孔内壁荧光倍增实像，并在一定焊接条件下，通过针孔摄取及介观寻位方式将感应芯片高精度定位至熔透特征区域直接获取信号，实现熔透有效识别信号的最大化增强. 最后将检测信号通过统计学概率特征识别，实现对焊接熔透特征信息的抽象分离，并获得了可靠的熔透检测结果.

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带状组织对铝/镁异种金属搅拌摩擦焊接头力学性能的影响

朱浩, 张二龙, 莫淑娴, 马泽铭, 王军

焊接学报. 2020, 41(1): 34-38,66. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20190712002

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采用搅拌摩擦焊(FSW)对厚度为4 mm的6061铝合金与AZ31B镁合金进行不同工艺的平板对接试验. 采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)及能谱仪(EDS)对接头进行微观组织观察，采用电子万能试验机对接头力学性能进行测试. 结果表明，在接头焊核区(WNZ)中存在着明显的带状组织，带状组织是由插入镁基体中的铝合金条以及弥散分布在条带上的金属间化合物(IMCs)组成；IMCs主要为Al₁₂Mg₁₇和Al₃Mg₂；铝/镁异种金属FSW接头裂纹形核和扩展均发生在带状组织内；焊接工艺影响带状组织形态和IMCs尺寸及数量；随着转速(n)的增加或焊接速度(v)的降低，带状组织呈弯曲状，长度相对较短且呈不连续分布；当转速(n)过高或焊接速度(v)过低时，带状组织变细，但IMCs数量增多且尺寸变大；铝/镁异种金属FSW接头强度主要取决于带状组织形态和IMCs尺寸及数量.

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正火温度对电弧增材制造Ti-6Al-4V组织与性能的影响

徐国建, 柳晋, 陈冬卅, 马瑞鑫, 苏允海

焊接学报. 2020, 41(1): 39-43. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20191022002

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利用TIG电弧增材制造技术制备了TC4钛合金样件，并对样件进行了正火处理. 结果表明，经正火处理后的试样组织由α相和β相组成；在750 ~ 950 ℃范围内，随着正火温度的升高，针状初生α相变短变粗，并逐渐向网篮组织方向转变；在950 ~ 1 050 ℃温度范围内，随着温度的升高，部分初生α相聚合长大，并向着“伪等轴晶”方向转化，在1 050 ℃形成了“伪等轴晶”初生α相 + 细小针状初生α相 + 细小针状初生α相之间的α + β组织，针状初生α相随着温度的升高变短变细. 最佳条件(850 ℃/2 h/空冷)下y方向的抗拉强度900.4 MPa、屈服强度820.4 MPa、断后伸长率9.3%、断面收缩率27.4%，z方向的抗拉强度890.1 MPa、屈服强度790.1 MPa、断后伸长率10.8%、断面收缩率31.0%，其性能接近锻件标准要求；沉积态与正火处理态的硬度值变化不大；拉伸试样(y和z方向)断口形貌均布满韧窝，属于塑性断裂.

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旋转电弧GMAW堆焊短路过渡熔池动态仿真

毛志伟, 黄涛, 周少玲

焊接学报. 2020, 41(1): 44-49. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20190528002

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为探究旋转电弧GMAW堆焊短路过渡时熔池的温度和对流分布规律，利用Flow-3D软件建立三维数学模型，采用球形旋转热源模型，考虑重力、熔滴拖拽力、表面张力、浮力作用，模拟了堆焊状态下，工件材料为Q235的旋转电弧GMAW短路过渡的熔池成形规律. 采用流体体积法追踪熔滴过渡和熔池表面的自由变形,并分析熔滴进入熔池时熔池内部温度场和流场的变化. 结果表明，熔池形成过程中，旋转熔滴对熔池有搅拌作用，并使熔池内部液态金属活性增强，流速变快，熔池内部液态金属体积变大，熔池的宽度变大. 模拟预测的焊缝尺寸、形状与试验吻合良好. 为优化焊接工艺参数、改善旋转电弧GMAW堆焊焊缝质量提供参考依据.

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Nd对Sn-0.7Cu-0.05Ni焊点组织与力学性能的影响

刘霜, 薛松柏

焊接学报. 2020, 41(1): 50-54. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20190928002

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研究了添加微量稀土元素Nd对Sn-0.7Cu-0.05Ni/Cu无铅焊点再流焊和150 ℃时效条件下焊点界面组织与力学性能的影响. 结果表明，添加适量Nd(质量分数为0.06%)可以优化焊点界面组织，减缓时效过程中Sn-0.7Cu-0.05Ni/Cu界面化合物的生长速率，提高焊点力学性能，增强焊点的可靠性. 时效过程中，添加了0.06%Nd的Sn-0.7Cu-0.05Ni钎料焊点的剪切力始终保持最大，在时效1 440 h后，Sn-0.7Cu-0.05Ni-0.06Nd/Cu焊点的剪切力相比未添加稀土的Sn-0.7Cu-0.05Ni钎料提高了31.9%.

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焊丝中Si元素含量对铝合金接头裂纹敏感性的影响规律及机理

王俊, 李芳, 张跃龙, 华学明, 沈忱

焊接学报. 2020, 41(1): 55-60. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20190827001

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使用扫描电镜、能谱、温度场实时采集等测试方法，研究了焊丝中Si含量对AA6063铝合金GMAW焊接头热裂纹敏感性的影响规律及机理. 结果表明，当焊丝为纯铝时，鱼骨试样的焊缝中心会出现细长的焊接裂纹；当焊丝中的Si含量为4.5% ~ 6%时，裂纹的长度变短，但是开裂距离明显增加；当焊丝中的Si含量达到11% ~ 13%时，试样焊缝无裂纹出现. 随着Si含量的不断提高，合金易出现裂纹的凝固温度区间先增大后减小；焊丝中Si含量的不同还会影响凝固后期金属液的流动性，使得焊缝晶界处的物相成分和形态都有明显的区别；同时，Si含量的提高会使得接头的冷却速度先增加后减小，从而导致应力状态改变，热裂纹敏感性先升高后降低.

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基于红外热像法的SUS301L-Q235B异种材料点焊接头疲劳强度快速评定

孙杨, 刘亚良, 李赫, 杨鑫华, 许鸿吉

焊接学报. 2020, 41(1): 61-66. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20190304001

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借助高性能红外热像仪对SUS301L-Q235B异种材料点焊接头的SUS301L不锈钢侧熔核及塑性环表面局部热点进行监测，建立了异种材料点焊接头温升斜率与疲劳极限间的定量关系，提出了一种基于温升斜率转折点预测异种材料点焊接头疲劳极限的方法. 结果表明，SUS301L-Q235B异种材料点焊接头向Q235B侧发生了较严重的熔核偏移，导致不锈钢侧承载能力降低；点焊接头在高频循环剪切拉伸作用下，SUS301L不锈钢侧熔核及塑性环表面热点表现出“4个阶段”的温度演化特征；利用红外热像法预测的疲劳极限为5.569 kN，采用传统阶梯法试验获得的疲劳极限为5.875 kN，预测值与试验值之间的误差为5.21%，具有较高的一致性. 所提出的疲劳极限快速预测方法能够克服传统疲劳试验方法的局限性，实现异种材料点焊接头疲劳极限的非接触、非破坏快速预测，具有重要的工程意义和科研价值.

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活性元素Ti和SiO₂界面结合机制的第一性原理计算

薛海涛, 魏鑫, 郭卫兵, 张小明

焊接学报. 2020, 41(1): 67-71. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20190712001

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Ti元素是钎焊SiO_2f/SiO₂复合材料重要的活性元素，因此，使用第一性原理计算研究了Ti和SiO₂的界面结合机制. 分别建立了两种不同的终止面和化学计量比的界面，使用界面分离功、电子行为和界面能研究了界面原子间的结合. 结果表明，在O终止界面中，界面处Ti和O形成很强的离子-共价键，界面分离功最大可达到8.99 J/m². 在Si终止面界面中，Ti和Si形成共价-离子键，界面分离功为2.65 J/m². 在温度为1 173 K时，当Si的活度大于e⁻³⁵时，富Si界面的界面能更低，界面倾向于形成Ti-Si化合物. 当Si的活度小于e⁻³⁵时，富O界面在热力学上更加稳定，界面倾向于形成Ti-O化合物. SiO₂中的Si被Ti置换出后，Si扩散进入钎料，活度升高，与钎料中的Ti反应生成Ti-Si化合物，所以界面结构为SiO₂/Ti-O化合物/Ti-Si化合物/钎料.

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微Ti处理380CL车轮钢闪光对焊工艺与组织调控

张楠, 田志凌, 张书彦, 董现春, 令狐克志

焊接学报. 2020, 41(1): 72-79. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20191028001

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为解决轮辋闪光对焊(FBW)后微裂纹率和炸裂率偏高的问题，选取6.75 mm厚380CL车轮钢为研究对象，通过研究一元化闪光对焊参数对接头硬度的影响规律，建立闪光对焊温度场控制机制. 通过Ti微合金化技术思路进一步降低380CL闪光对焊焊缝的硬化倾向. 结果表明，为保证380CL闪光对焊后的成材率，需采取温度梯度较大的焊接规范，配合合理的顶锻量，从而获得最优的焊接接头. 在烧化量19 mm，钳口距离36 mm，烧化速度1.2 mm/s，带点顶锻时间0.5 s，顶锻量7 mm的闪光对焊参数下，6.75 mm厚380CL车轮钢可获得最低的硬度值140HV2. 对微Ti处理的380CL车轮钢进行了焊接热模拟，在1 000 ℃以上时的顶锻变形抗力降低，组织晶粒细化，显著降低了380CL闪光对焊后微裂纹率和炸裂率. 以上研究具备向高强度轮辋用钢的闪光对焊做进一步推广和应用示范.

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焊接结构主S-N曲线拟合方法及软件开发

李向伟, 方吉, 赵尚超

焊接学报. 2020, 41(1): 80-85. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20191018001

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主S-N曲线法是当前焊接结构疲劳计算的新方法，在焊接结构疲劳分析中被广泛采用. 该方法以等效结构应力为核心参量，实现了以一条S-N曲线计算不同载荷模式和焊接形式结构的疲劳寿命. 依据主S-N曲线法，利用不同材料和焊接形式的疲劳试验建立了焊接结构疲劳试验数据库. 考虑厚度、弯曲比及多轴应力等修正参量的影响，采用最小二乘法原理，研究了不同主S-N曲线方程的拟合方法及其标准差. 在此基础上，开发了主S-N曲线拟合方法的专用软件. 基于VC++编程环境实现了名义应力、结构应力、等效结构应力、剪切结构应力、多轴结构应力及初始裂纹修正等主要计算功能. 基于该软件，完成了试验数据的多参量的对比分析，为研究焊接结构疲劳寿命评估及影响因素分析提供了技术基础.

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2A12-T4/7A09-T6铝合金搅拌摩擦焊搭接接头性能分析

方远方, 张华, 窦程亮

焊接学报. 2020, 41(1): 86-90. https://doi.org/10:12073/j.hjxb.20190627002

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采用不同的搅拌摩擦焊工艺参数对1.2 mm 2A12-T4铝合金搭接4.0 mm 7A09-T6铝合金板材进行焊接试验，对焊后试样进行力学拉伸检测并对焊缝横截面进行微观组织观测. 结果表明，搅拌针从厚板插入薄板的接头力学性能高于从薄板插入厚板，当转速达到800 r/min、焊接速度达到400 mm/min时，焊接接头的抗拉伸载荷达到最高的17 kN，达到薄板2A12-T4铝合金母材的85%. 在焊接速度不变的情况下，随着转速的提升，焊缝横截面的界面曲线长度缩短，而界面长度曲线越短，接头力学性能越好. 试样断口全部出现在薄板一侧的焊缝起始端，断裂机制为混合断裂.

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随焊加载冷源或位移控制载荷的无应力焊接方法

管建军, 杨男, 钟宏远, 陈怀宁, 陈静, 石晓爱

焊接学报. 2020, 41(1): 91-96. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20190829002

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应用一维杆模型论证了随焊加载冷源或位移控制载荷实现无应力焊接的原理. 应用数值模拟探讨了其实现方式，对7种加载方案下杆件中心点应力、塑性应变等物理量的时程分布进行了数值模拟对比研究，认为任意时刻外加位移控制载荷产生的机械应变和热输入满足一定条件时焊后残余应力为零. 随焊降低残余应力的工艺在焊件局部区域产生的变形速率与该局部区域的热膨胀或收缩变形量速率大小相同时，降低残余应力的效果达到最优. 应用模型导出的原理对焊前预拉伸、焊前温差拉伸、动态温差拉伸、低应力无变形焊接(LSND)等工艺的原理和参数设置依据进行了讨论. 结果表明，使焊件内部在冷却时产生足够大的拉伸塑性应变，是降低焊接残余应力的有效途径.

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焊接学报. 2020, 41(1): 97-102.

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2020年, 第41卷, 第1期　
刊出日期：2020-01-25

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