2020年, 第41卷, 第10期　
刊出日期：2020-10-25

  

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  1561铝合金搅拌摩擦焊接头微观组织分析

  董春林, 赵运强, 温林秀, 张鹏

  焊接学报. 2020, 41(10): 1-5. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20200618003

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  采用恒压力控制模式对4 mm厚1561铝合金板材进行了搅拌摩擦焊接试验，并对接头微观组织进行了研究. 结果表明，随着由母材向焊缝中心过渡，晶粒尺寸呈先增大后减小的趋势，小角度晶界占比和位错密度持续降低. 其中，热影响区晶粒在焊接热循环的作用下发生长大. 热力影响区由被拉长的条状晶粒及细小等轴晶组成，表明此区域发生部分动态再结晶. 搅拌区晶粒呈细小的等轴晶形态，说明该区域发生了完全动态再结晶. 与母材区数量较小且尺寸较大的沉淀相相比，搅拌区存在大量尺寸较小的Al₆Mn相，说明此区域沉淀相发生了先溶解再析出的过程. 同时，搅拌区存在明显的位错墙和亚晶界等亚结构，表现出连续动态再结晶的组织形成特征. 搅拌区内Al₆Mn相主要分布在位错上，起到了钉扎位错并阻碍再结晶晶粒长大的作用.
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  重熔电流对ERNiCrFe-13镍基合金焊丝熔敷金属组织的影响

  郭枭, 何鹏, 徐锴, 陈佩寅, 陈波, 霍树斌

  焊接学报. 2020, 41(10): 6-10. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20200508001

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  采用光学显微镜(OM)、扫描电镜及能谱仪(SEM，EDS)、JMatPro软件、Image-Pro Plus软件等手段研究了重熔电流对ERNiCrFe-13镍基合金焊丝熔敷金属不填丝重熔焊点组织的影响规律. 结果表明，随着重熔电流的增加，熔宽、熔深、二次枝晶臂间距(secondary dendrite arm spacing，SDAS)显著增加，符合关系λ₂ = 0.682 I ^1/3，相关系数R² = 0.95. 枝晶间γ/Laves共晶组织平均面积、最大面积尺寸随着重熔电流的增加而增大. 伴随着枝晶粗大，枝晶间偏析区域增大，共晶组织数量减少. 重熔电流对γ/Laves共晶组织的成分无显著影响. 随着重熔电流的增加，在γ/Laves共晶组织尺寸增大、应变加大的共同作用下焊点中结晶裂纹开裂加剧.
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  7050铝合金FSW接头微区低周疲劳裂纹扩展行为

  金玉花, 张林, 张亮亮, 王希靖

  焊接学报. 2020, 41(10): 11-16. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20200709002

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  对5 mm厚铝合金7050搅拌摩擦焊接头微区进行了低周疲劳裂纹扩展试验，研究了焊核区、前进侧及后退侧热力影响区的疲劳裂纹扩展行为. 结果表明，焊核区的疲劳裂纹扩展速率最快，前进侧热力影响区次之，后退侧热力影响区最慢. 焊核区疲劳裂纹呈沿晶与穿晶混合方式扩展，热力影响区的裂纹主要以穿晶方式进行扩展. 裂纹偏转或裂纹产生分支是热力影响区疲劳裂纹扩展速率降低的原因. 疲劳裂纹扩展初期，焊核区断口有疲劳辉纹出现；热力影响区断口并没有找到疲劳辉纹，而是出现了轮胎压痕花样. 疲劳裂纹稳态扩展期，焊核区和热力影响区断口均有疲劳辉纹.
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  焊接残余应力对2219铝合金熔焊接头承载能力的影响

  许欣欣, 梁晓光, 杨瑞生, 鄢东洋, 周利

  焊接学报. 2020, 41(10): 17-22. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20200403004

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  为了研究2219铝合金焊接残余应力对接头承载能力的具体影响以及作用机理，通过对比试验的方法测试了两种焊接接头的力学性能. 建立焊接过程有限元模型，获得标准试样和大尺寸试样的残余应力分布，模拟结果表明标准试样制备过程中，焊接残余应力基本上完全释放. 分别对含残余应力和不含残余应力试样进行力学拉伸和接头表征测试试验，试验结果表明焊接残余应力的存在不会对焊接接头的力学性能、断裂形式及断口特征产生明显影响. 基于细观损伤的断裂力学理论，对焊接残余应力在接头拉伸过程中损伤产生及积累过程的影响机制进行详细分析及讨论. 结果表明，焊接接头形成后的应力释放并不影响接头的承载能力，但是诸如随焊和焊后残余应力控制措施会导致接头产生额外塑性应变，可能会对接头承载能力产生影响.
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  纵向直流磁场对铝铜熔钎焊接头组织和性能的影响

  邓呈敏, 程东海, 张华, 方远方, 戎易, 王龙

  焊接学报. 2020, 41(10): 23-27. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20200602003

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  采用TIG焊进行铝铜异种材料熔钎焊对接试验，通过添加Zn-2%Al药芯焊丝调控焊缝成分，并施加纵向直流磁场调控界面组织，接头力学性能显著提高. 结果表明，相比于无磁场，在纵向直流磁场的作用下，Cu侧IMC层的形状、厚度和化合物种类均发生变化：平均厚度明显变薄，由32.8 μm降至14.6 μm；形状由平直变为弯曲，起到“机械咬合”作用；Cu侧IMC层Al_4.2Cu_3.2Zn_0.7三元化合物的出现抑制了硬脆的AlCu与Al₂Cu化合物的生长，接头性能升高. 添加直流磁场后，接头抗拉强度均比无磁场时高，且接头抗拉强度随着磁场强度的增加呈现先增大后减小的趋势. 当焊接电流I = 95 A，焊接电压U = 16 V，焊接速度v = 140 mm/min，磁场强度B = 10 mT时，接头抗拉强度最高，达到110.8 MPa，比无磁场升高了约24%.
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  中厚板7A52铝合金光纤激光焊接接头组织与性能

  王磊, 许雪宗, 王克鸿, 黄勇, 彭勇, 杨东青

  焊接学报. 2020, 41(10): 28-31,37. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20200518001

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  采用光纤激光对8 mm厚度的7A52铝合金板材进行对接焊接试验，分析焊缝上下组织及性能差异. 采用能谱仪（EDS）分析焊缝不同区域合金元素的烧损情况，并对焊缝和母材分别进行拉伸试验，测量焊缝显微硬度.结果表明，焊缝上部区域的显微组织比下部区域小，焊缝上部Mg，Zn 元素含量低于下部边缘；焊缝上部中心的显微硬度高于下部中心，焊缝上边缘的显微硬度小于下边缘； 焊接接头以韧性断裂为主要特征，抗拉强度为325 MPa，为母材的65.9%. 焊缝抗拉强度的降低与Mg，Zn元素的烧损、焊接应力、气孔缺陷等因素密切相关.
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  Incoloy 825镍基高温合金电子束焊工艺及接头组织与力学性能分析

  张建晓, 管志忱, 黄健康, 杨志海, 樊丁

  焊接学报. 2020, 41(10): 32-37. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20200702001

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  采用电子束焊，对空冷器管箱Incoloy 825镍基高温合金进行对接焊试验. 通过对焊接接头的组织观察，并结合拉伸力学性能以及接头的冲击韧性等试验，分析镍基高温合金电子束焊接头的组织和力学性能. 结果表明, 采用电子束焊焊接镍基高温合金可以得到良好的焊接接头，焊缝区组织由大片等轴晶和少量柱状晶组成；焊缝区没有出现明显的元素烧损现象；焊缝、热影响区硬度达到母材硬度值；焊缝接头抗拉强度达到600 MPa，接近母材抗拉强度，接头断裂形式为韧性断裂；焊缝和热影响区的冲击吸收能量高于母材区，其中焊缝区的冲击吸收能量达到了262 J，冲击断口形貌为韧窝状.
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  超声冲击对2A12铝合金搅拌摩擦焊接头腐蚀行为的影响

  张体明, 邓云发, 陈玉华, 方瑜, 胡学兵

  焊接学报. 2020, 41(10): 38-41,78. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20200403005

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  采用腐蚀挂片和动电位极化曲线测试对比研究了超声冲击前后2A12铝合金搅拌摩擦焊接头在3.5% NaCl水溶液中的腐蚀行为. 试验结果表明，超声冲击后接头的平均腐蚀速率是冲击前的1/2，未冲击试样热影响区的自腐蚀电位为−0.629 V(Ag/AgCl)，腐蚀倾向最高，由点蚀和晶间腐蚀引起的腐蚀坑平均深度达到125 μm；经过超声冲击处理后，接头各区的自腐蚀电位升高，腐蚀电流密度降低，表面基本呈现均匀腐蚀的形态，最大腐蚀深度不超过40 μm. 超声冲击使材料表层晶粒发生细化和致密化，是材料耐蚀性能提高的主要原因.
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  超声频脉冲电信号耦合前后铝合金TIG堆焊接头特点

  陈琪昊, 崔山成, 林三宝, 高翔, 张澳

  焊接学报. 2020, 41(10): 42-46. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20200312001

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  电弧堆焊作为一种低成本高效率的焊接方法在材料表面修复领域具有广阔的应用前景，文中将超声频脉冲电信号与低频交流TIG焊接电信号耦合，将超声能量引入TIG堆焊过程，改善铝合金TIG堆焊质量. 对超声频脉冲电信号耦合前后5083铝合金TIG堆焊焊缝成形、组织及硬度进行对比. 结果表明，随超声电源输出电压的增大，焊缝成形向熔宽减小、余高增大的趋势变化. 超声作用后，晶粒尺寸发生了一定变化，但晶粒形态无明显变化. 熔合区的晶粒细化最显著；焊缝区及热影响区的晶粒细化不明显，相反，随超声电源输出电压的增大，晶粒明显粗化. 熔合区及热影响区的第二相分布呈聚集现象. 超声作用对晶粒内部Mg元素的分布影响较大，增大超声电源输出电压，Mg元素在晶界处的偏析减弱. 硬度测试结果表明，超声频脉冲电信号耦合后焊缝硬度增大.
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  电站设备转子轴颈等离子弧增材修复的组织与性能

  郭洋, 张建勋, 熊建坤, 刘艳, 赵鹏飞

  焊接学报. 2020, 41(10): 47-53. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20200201001

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  针对电站设备转子轴颈的现场修复要求，采用微束等离子熔覆技术，在20Cr2NiMo材料表面实现了不预热单层多道增材熔覆316L合金，分析了熔覆层与热影响区的组织、硬度、化学成分和力学性能. 结果表明，熔覆层与基材完全冶金结合，熔覆层与热影响区无裂纹等缺陷；316L熔覆层组织为奥氏体 + δ铁素体，一次热影响区可分为脱碳区、粗晶区、细晶区、混晶区，且粗晶区因二次热循环而粗化、细化与软化. 316L熔覆层硬度与基材相差小，一次粗晶区硬度最高，但二次粗晶区硬度在476 HV0.3以下，热影响区宽度约为2.5 mm；热影响区抗剪强度高于基材，但基材塑性更好.
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  TC4钛合金低压电子束熔丝沉积层组织与性能

  王廷, 王一帆, 魏连峰, 李齐贤, 蒋思远

  焊接学报. 2020, 41(10): 54-59. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20200803002

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  对TC4钛合金进行了低压电子束熔丝沉积试验，探究了该方法的可行性，并分析了沉积层数对微观组织和性能的影响. 结果表明，在加速电压为10 kV的低压时也可完成TC4钛合金的多层熔丝沉积. 多层沉积之后得到的沉积件的平均显微硬度在260 HV左右，只有沉积件底部条带状纹理聚集处的显微硬度接近退火态TC4基材的288 HV. 条带状纹理产生于多层沉积的过程之中，β相晶粒受热循环影响而发生了β → α + α' + β的转变，其中硬度较高的网篮状α'相与片状的α相组成了条带状纹理，该显微组织的特点是随着与基板距离的增加，网篮状组织逐渐融入片状组织. 沉积件的拉伸断裂形式为韧性断裂，最高抗拉强度为862 MPa，略低于国家标准，这是因为在多层沉积的沉积件中β柱状晶会变得巨大，同时还会出现等轴晶，晶粒的巨大化使得沉积件的抗拉性能出现了下降.
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  Ta1/Ta₈Ni₃₀Cr₂₀Cu₄₂/0Cr18Ni9储能焊接头组织与性能

  翟秋亚, 刘帅宾, 杨全虎, 叶建林, 徐锦锋

  焊接学报. 2020, 41(10): 60-64,86. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20200822001

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  针对钽与钢之间因物化性能差异大，储能焊接头易产生脆性金属间化合物等问题，依据熔核金属高熵化技术思路，以等摩尔比的Ta₂₀Fe₂₀Ni₂₀Cr₂₀Cu₂₀合金为熔核目标成分，依据焊接过程两种母材熔合比折合得到Ta₈Ni₃₀Cr₂₀Cu₄₂中间层合金，将其用于Ta1/0Cr18Ni9的储能焊连接. 结果表明，熔核金属的高熵合金化可有效地抑制熔核中脆性金属间化合物的形成，Ta1/Ta₈Ni₃₀Cr₂₀Cu₄₂/0Cr18Ni9储能焊接头形貌完整，熔核呈规则的杯形，长径约0.6 mm，整体向钢侧发生了偏移. 熔核组织以简单FCC固溶体为主相，兼有少量BCC固溶体. 熔核中心凝固组织以细小的等轴晶为特征，熔核与两侧母材熔合区则形成了平行生长的柱状晶，熔核区与母材结合良好. 在焊接电压1 000 V，电容500 μF，电极力30 N工艺条件下，接头平均抗剪强度372 MPa.
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  分步气体介质下低功率激光焊接薄板紫铜成形及组织和性能

  李华晨, 周广涛, 陈梅峰, 刘雪松, 崔贺鹏, 杨浩

  焊接学报. 2020, 41(10): 65-72. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20200911001

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  针对紫铜高反射率给激光焊接带来的困难及不利影响，提出了一种分步气体介质下低功率薄板紫铜激光焊接方法，即对紫铜表面在氧气介质下进行黑化处理，在待焊件表面形成氧化膜，改变材料表面的粗糙度，促使激光能量多次被重复吸收，提高紫铜对激光的吸收率. 对不同氧气流量下的最终焊缝成形、宏观形貌、熔深和熔宽及力学性能进行对比分析，并探究其作用机理. 结果表明，当氧气流量Q ≤ 8 L/min时，随着氧气流量的增大，熔深和熔宽随之增大，当氧气流量为8 L/min时，紫铜板完全被焊透，且焊缝成形良好；黑化层的主要成分为氧化铜，焊缝区的黑化层总体厚度为470 μm，黑化程度从焊缝区沿着母材方向逐渐减弱；焊缝区和热影响区的显微组织由无方向性的α固溶体组成，焊缝中心两侧组织为垂直于熔合线方向生长的柱状晶；焊缝中心硬度较常规焊有显著提高且抗拉强度良好，证明了采用分步气体保护法可以有效的提高紫铜对激光能量的吸收，且分布气体介质条件下不会导致紫铜激光焊接接头力学性能下降.
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  基于信息增益率的点焊接头疲劳性能影响因素分析

  杨鑫华, 贾昕, 朱平, 李赫

  焊接学报. 2020, 41(10): 73-78. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20200808001

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  针对利用信息熵评价焊接疲劳性能影响因素所存在的问题，引入信息增益率的概念，建立了碳钢与不锈钢电阻点焊接头疲劳性能影响因素分析模型，对各因素的信息熵和信息熵占比以及信息增益率等进行分析，以研究各因素对焊接疲劳性能的影响程度. 结果表明，板厚与焊接时间的信息熵以及信息熵占比最大，不确定性最高，电极直径与电极力刚好相反，各因素的信息熵差异较大导致对信息增益有很大影响. 电极直径与电极力的信息增益率为59.34%，对疲劳性能的影响最大；板宽的信息增益率为38.89%，对疲劳性能的影响最小；板厚与焊接时间的信息增益率为52.33%，对疲劳性能的影响仅次于电极直径与电极力.
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  钢管混凝土拱桥大管径拱肋环焊缝焊接数值模拟

  杨阳, 邓年春, 郭晓

  焊接学报. 2020, 41(10): 79-86. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20200322002

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  为了研究大管径拱肋环焊缝焊接接头残余应力分布规律，用ANSYS软件对直径1 400 mm，厚度26 mm的拱肋环焊缝进行了焊接温度场及应力场数值模拟. 分析了焊接过程的温度分布云图及应力分布云图，获取了特征节点的热循环曲线，分析了焊后内外表面各残余应力分布情况及内表面残余应力形成过程. 结果表明，等效残余拉应力峰值出现在钢管内表面焊缝底部. 焊后径向和环向残余应力在内、外表面大部分区域形成压应力，轴向残余应力在内、外表面形成拉-压相间的应力分布，等效残余应力在内、外表面均为拉应力. 残余应力形成过程中，第2 ~ 7层的径向、环向、轴向及等效残余应力曲线与第1层径向、环向、轴向及等效残余应力曲线相比，除在波峰及波谷处有较小变化外，其它区域残余应力几乎不变.
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  Mg-Gd-Y-Zr激光焊接工艺优化及高温力学性能

  曹海涛, 张鹏, 杜云慧, 李鸿武, 王玉洁, 苏丽洁

  焊接学报. 2020, 41(10): 87-96. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20200221001

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  利用光纤激光焊对T6态Mg-10Gd-3Y-0.5Zr板材进行焊接. 以高温抗拉强度为评价指标，采用正交试验对工艺参数进行优化，分析了激光功率对接头高温力学性能的影响. 利用SEM，XRD及HRTEM对最优工艺参数下接头焊缝中心组织、热影响区组织、高温拉伸断口进行观察与分析. 结果表明，激光功率对焊接接头高温力学性能影响最显著. 最优工艺参数下焊接接头200 ℃平均高温抗拉强度为292.1 MPa，为母材的84.5%，断后伸长率为8.6%，达母材的71.1%. 激光功率的变化会导致焊缝中心晶粒尺寸、热影响宽度及其晶粒尺寸和相组成发生变化，从而影响接头高温力学性能. 200 ℃下焊接试件与母材断裂模式均为韧性断裂且热影响区为接头薄弱部分.
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  英文摘要

  焊接学报. 2020, 41(10): 97-102.

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