2020年, 第41卷, 第12期　
刊出日期：2020-12-25

  

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  电阻加热金属丝材塑性变形电-热-机械响应分析

  苑城玮, 陈树君, 蒋凡, 杨福前

  焊接学报. 2020, 41(12): 1-6. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20200921001

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  电阻加热金属丝材增材制造技术对空间设备的修复和制造具有重要意义，在电阻加热金属丝材熔化沉积成形过程中，金属熔体的塑性变形影响金属零件的成形形貌. 为了精确探究金属熔体的塑性变形，将不同的电流密度通过短路的金属丝材，通过高速摄像机观测金属丝材塑性变化，采用热像仪和电压电流采集系统分别采集了金属丝材熔化过程的温度变化和电信号变化. 数值分析金属丝材塑性变形的机电热响应状态. 结果表明，数值计算得出最大挠度是电流密度的线性函数，与试验结果一致，通过高密度电流的金属丝材会发生显着的塑性变形. 在高电流密度的电流的作用下，释放出大量的焦耳热会引起局部温度的显着升高，从而导致屈服应力的降低，由于电-热-机械相互作用的原因，容易在电子互连中引起塑性变形.
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  基于FIP的焊趾短裂纹行为仿真

  成立夫, 魏国前, 胡珂, 姜雍盛

  焊接学报. 2020, 41(12): 7-12. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20200520001

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  短裂纹的成核与早期扩展是疲劳裂纹演变过程的重要组成部分，对疲劳裂纹的演变行为和寿命预测具有重要意义. 针对焊趾局部的微观结构短裂纹，以微观敏感的疲劳指标参量为主要驱动力，基于泰森多边形方法构建了焊趾区域的晶粒模型，模拟了微观结构短裂纹的早期演变过程. 通过与试验结果对比，证实了微观敏感的疲劳指标参量及其计算模型的合理性和有效性. 仿真结果表明，疲劳寿命同时受晶粒所在位置、晶粒尺寸和晶粒取向等因素的影响，晶粒取向的随机性对裂纹宏观尺寸的分散性具有重要作用.
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  不同路径下316不锈钢电弧增材组织和性能

  刘黎明, 贺雅净, 李宗玉, 张兆栋

  焊接学报. 2020, 41(12): 13-19. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20200806001

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  以316不锈钢为材料，探讨了平行往复、“十”字正交、插补堆积三种不同路径下TIG电弧增材试件微观组织及力学性能的差异. 结果表明，三组试件中部组织存在明显差异，平行往复试件树枝晶粗大发达，生长方向高度一致. “十”字正交试件树枝晶生长方向多，枝晶紊乱，层间过渡区域大. 插补堆积试件二次枝晶不发达，组织细密. 在显微硬度方面，三组试件的维氏硬度自底板至顶部呈现先减小后增大的趋势，平行往复试件显微硬度最大. 在拉伸性能方面，平行往复试件纵向抗拉强度最高，纵向受力时可采用该方式增材. 插补堆积试件横向抗拉强度最高，横向受力时可采用该方式增材. “十”字正交试件力学性能表现出各向同性，多向受力且对塑性要求较高时可采用该方式增材.
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  氢致TA10钛合金焊接接头拉伸性能演变

  刘全明, 龙伟民, 傅莉, 钟素娟, 李秀朋

  焊接学报. 2020, 41(12): 20-24. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20200615003

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  钛合金焊接件低氢浓度下常发生氢脆失效，文中研究了充氢量对钛合金焊接接头拉伸性能的影响规律及其作用机制. 结果表明，随充氢量增加，室温强度明显提升，而塑性指标显著恶化. 充氢0.05% (质量分数)时，固溶氢对组织强化效果有限，抗拉强度略有增加；固溶氢降低了溶质原子对位错运动“钉扎”作用，屈服强度下降；固溶氢仅依靠扩散聚集，致局部微区氢浓度增加，其对塑性影响不大. 充氢0.12%后，氢化物“钉扎”作用加强，氢致位错交叉滑移更为困难，室温强度显著增加；脆性氢化物自身断裂、析出特征或加速与基体分离，致塑性显著下降. 未充氢或0.05% H时，焊接接头发生韧性断裂；充氢0.12%后，以脆性断裂为主；固溶氢、氢化物对断裂方式转变产生直接影响.
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  焊接热输入对高速动车组转向架侧梁焊接变形的影响及优化

  邵晴, 于庆斌, 尹华, 徐涛, 吉野辰萌, 张天翼

  焊接学报. 2020, 41(12): 25-32,48. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20200216002

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  转向架构架是高速动车组(electric multiple units, EMU)的重要承载部件，其侧梁的焊接质量直接关系到列车运行的平顺性及安全性. 为了研究焊接热输入对转向架侧梁焊接变形的影响，在侧梁结构中提取了曲线T形接头模型，以熔化极气体保护电弧焊(gas metal arc welding, GMAW)的焊接速度、焊接电流和焊接电压为研究对象，基于热机耦合仿真分析方法和具有交互作用的正交试验设计(design of experimental, DOE)方法建立代理模型，采用粒子群优化算法(particle swarm optimization, PSO)获得了最优的焊接工艺参数组合. 在此基础上，基于极差分析和方差分析(analysis of variance, ANOVA)，进一步讨论了上述工艺参数对焊接热输入和焊接残余变形的影响. 结果表明，采用最优工艺参数的曲线T形接头模型焊接角变形比采用原生产工艺参数的结果降低了5.04%，采用最优工艺参数的侧梁模型可以保证上下盖板焊接残余变形满足平面度不大于1 mm的要求，无需焊后调平.
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  元素Nb对TiNbV微合金钢CGHAZ组织与冲击韧性影响

  闫涵, 赵迪, 祁同福, 冷雪松, 付魁军, 胡奉雅

  焊接学报. 2020, 41(12): 33-37. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20200906001

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  利用焊接热模拟研究Nb元素含量对TiNbV微合金钢焊接热影响粗晶区(CGHAZ)组织和性能的影响. 低铌钢和高铌钢在经历焊接热循环后微观组织构成及晶粒尺寸有显著差异. Nb元素含量为0.005%时焊接CGHAZ组织为铁素体和针状铁素体以及珠光体，大角度晶界和小角度晶界的晶粒比例相当，焊接CGHAZ晶粒尺寸粗大不均匀. 随着Nb元素含量的增加，大角度晶界的晶粒数量有所增加，晶粒得到细化. 但是，针状铁素体形成受到抑制，CGHAZ中贝氏体含量增加. 微合金钢中贝氏体的形成对焊接CGHAZ冲击韧性的下降起主导作用，Nb元素的含量控制在合适范围内(~ 0.02%)，才可以保证CGHAZ具有良好的冲击韧性.
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  基于能量耗散的AZ31B镁合金接头疲劳极限快速评估

  郭少飞, 刘雪松, 张红霞, 闫志峰, 方洪渊

  焊接学报. 2020, 41(12): 38-43. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20200919002

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  疲劳过程中材料的温度升高主要是由能量耗散引起的，可以据此来对材料或构件的疲劳性能进行评估. 试验过程中热边界条件的变化可能会使得评估结果变得不可信，文中利用能量耗散引起的温升对AZ31B镁合金手工TIG焊接头的疲劳性能进行了评估. 为了克服边界条件变化的不利影响，基于线性偏微分方程边值问题的叠加原理将测量得到的原始温度数据拆分成两部分：边界条件引起的温升和能量耗散引起的温升. 在此基础上，进一步提出将能量耗散引起的温升用于疲劳性能评定. 文中就所提出的理论给出了相应的数据处理方法. 结果表明，基于经过处理的温度数据，采用经典能量耗散方法(Risitano法)对去余高接头(ground flush, GF)和原始完整接头(as-welded, AW)疲劳极限的评价结果分别为58.85和62.61 MPa，其相对于由S-N曲线获得的疲劳极限(循环周次为2×10⁶)的误差分别为−11.82%和−0.03%.
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  高氮奥氏体焊丝焊接超高强钢接头组织和性能

  杨东青, 熊涵英, 黄勇, 彭勇, 王克鸿

  焊接学报. 2020, 41(12): 44-48. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20200830001

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  为解决超高强钢焊接冷裂纹问题，采用强度低于母材的高氮奥氏体丝材进行GMAW工艺试验，研究在不同坡口角度下超高强钢焊接接头组织性能. 结果表明，采用该焊丝获得的接头焊缝成形良好，焊缝截面未见裂纹缺陷. 熔合线附近组织主要为针状和板条状马氏体，焊缝组织主要为奥氏体及被奥氏体基体所包围的铁素体树枝晶. 熔合线附近马氏体区硬度平均值为530 HV；焊缝区硬度平均值为275 HV. 相对于60°坡口接头，90°坡口接头熔合线附近马氏体组织硬度更高. 90°坡口接头的抗拉强度平均达到850 MPa，最高达887 MPa，而60°坡口接头抗拉强度平均仅为690 MPa.
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  受限解空间下粗粒度正则化的熔池边缘自适应检测方法

  刘天元, 鲍劲松, 汪俊亮, 郑小虎, 王佳铖

  焊接学报. 2020, 41(12): 49-54. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20200815002

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  边缘检测是熔池图像处理的关键步骤. 鉴于熔池区域弧光变化剧烈，依赖人为设置阈值的边缘检测方法难以适应弧光的动态变化过程，文中提出了一种基于深度学习的熔池边缘提取模式. 首先对原始熔池图像进行像素级标注和数据增广以构建数据集；其次结合先验知识提出了一种受限解空间下的粗粒度正则化方法(coarse grained regularization method in restricted solution space, CGRRSS)以增强边缘特征；最后从定量和定性两方面将所提方法与传统方法进行了对比. 结果表明，所提方法对边缘点的召回率较高，所获熔池边缘更连续且对伪边缘具有更好的抑制作用. 单幅图像检测时间6.2 ms，可满足在线监测需求.
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  基于小冲杆试验的固体氧化物燃料电池钎焊密封接头蠕变损伤演化规律

  宋明, 马帅, 杜传胜, 王炳英, 蒋文春

  焊接学报. 2020, 41(12): 55-60. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20200710002

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  如何获得钎焊接头三明治微结构的蠕变力学性能一直以来是一个难题. 文中基于Wen-Tu蠕变延性耗竭模型开发了钎焊接头蠕变损伤子程序，利用ABAQUS有限元软件建立了与SOFC密封接头相类似的钎焊接头小冲杆模型；采用试验与有限元相结合的方法研究了以304不锈钢为母材的SOFC钎焊接头蠕变损伤特性，得到了不同载荷下钎焊接头试样中心蠕变挠度变化率和蠕变应变变化率之间关系，阐明了钎焊接头在小冲杆蠕变试验条件下的蠕变损伤及裂纹扩展规律. 结果表明，适当的增加钎料的厚度有利于提高钎焊接头的抗蠕变变形能力，延长高温蠕变断裂寿命，且钎焊接头在多轴应力作用下主要断裂方式为脆性断裂. 初始裂纹最早在母材下表面萌生，距试样中心0.85 mm处，随后向上扩展至钎料层下表面，然后在钎料层上表面出现裂纹逐渐向母材上表面与钎料层下表面扩展，直至断裂.
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  选择性阳极键合技术在光栅陀螺中的应用

  郝飞帆, 李孟委, 王俊强, 金丽, 耿浩

  焊接学报. 2020, 41(12): 61-66. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20200419001

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  阳极键合技术广泛应用在晶圆级MEMS器件制造和封装当中，对于有悬臂梁结构器件容易在键合时发生吸合. 采用选择性阳极键合技术防止陀螺在键合中吸合失效. 推导了陀螺梁与玻璃的静电吸合电压公式并建立吸合电压与硅结构-玻璃间隙关系模型. 采用深硅制作陀螺结构，在玻璃基底溅射Al/Cr制作光栅，最后进行阳极键合. 结果表明，键合界面没有缺陷，铬及其氧化物导电抗吸合性使得硅-玻璃阳极键合未发生静电吸合失效现象，对样品进行抗剪强度测试，得出平均键合强度为33.94 MPa，键合质量良好.
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  基于动态拘束的法兰片焊接变形数值模拟

  王晨曦, 汤文成

  焊接学报. 2020, 41(12): 67-73. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20200716003

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  外拘束对焊接变形的影响较大，是影响焊接变形的重要因素之一. 相比于传统的刚性拘束，动态拘束能够实时的反映外拘束力在焊接过程中的变化效果. 在两条焊缝多层多道交叉焊的情况下，建立多场耦合分析模型，利用弹簧单元模拟较低刚度夹具的变形所带来的动态拘束力效果，考虑了变形量对于拘束力的反馈. 从拘束刚度、拘束距离、初始拘束力以及拘束宽度4个因素来探讨焊件的变形情况，得出各因素下的变形规律，并利用回归分析对4个因素进行综合评价. 结果表明，4个拘束因素的增加都能不同程度的减小变形量，拘束刚度、拘束初始力、拘束宽度的影响趋势较为相似，且拘束初始力影响最大，拘束距离在其范围内影响趋势为线性，且影响性最小.
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  LaNd对Ti-13Zr-21Cu-9Ni钎料铺展性及TC4接头性能的影响

  李超君, 闫焉服, 任晓飞, 王亚明, 王红娜

  焊接学报. 2020, 41(12): 74-79. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20200527002

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  为了优化Ti-13Zr-21Cu-9Ni钎料性能、获得一种性能优良的Ti合金接头，向Ti-13Zr-21Cu-9Ni钎料中添加了稀土元素LaNd. 以应用普遍的TC4合金为母材，通过真空炉、场发射扫描电镜、X射线衍射仪等设备研究了稀土元素LaNd对Ti-13Zr-21Cu-9Ni钎料铺展性能及TC4接头性能的影响. 结果表明，随着LaNd添加量的增加，Ti-13Zr-21Cu-9Ni-xLaNd钎料的铺展面积和Ti-13Zr-21Cu-9Ni-xLaNd/TC4钎焊接头的抗剪强度先增大后减小. 当LaNd添加量为0.3%时，Ti-13Zr-21Cu-9Ni-xLaNd钎料铺展面积最大，最大值为0.74 cm²，较基体提高了88.8%；当LaNd添加量继续增加时，生成的Cu₅La相会使钎料的铺展性能大幅降低. Ti-13Zr-21Cu-9Ni-xLaNd/TC4钎焊接头抗剪强度在LaNd添加量为0.3%时达到最大值，为157.1 MPa，较基体提高了45.2%. LaNd的最佳添加量应该为0.3%.
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  冲击能量对 Fe-C-Mo-V 堆焊合金抗磨粒磨损性能的影响

  黄智泉, 段嘉旭, 杨威, 张海燕

  焊接学报. 2020, 41(12): 80-85. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20200228001

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  采用含Fe-C-Mo-V的气体保护药芯焊丝堆焊制备磨损试样，并对其进行不同冲击能量下的动载冲击磨粒磨损试验. 通过扫描电子显微镜配合能谱分析、磨损失重测试和激光扫描共聚焦显微镜观察等测试方法，对熔敷金属的显微组织及磨痕特征进行分析及表征，研究了熔敷金属在不同冲击能量下的磨粒磨损行为. 结果表明，熔敷金属的显微组织主要由奥氏体基体、层片状共晶组织及团块状的VC硬质相构成. 熔敷金属的磨损失重、磨痕粗糙度以及磨痕深度均随冲击能量的增加而逐渐减小. 磨损机制为磨粒对奥氏体基体的微观切削以及塑性变形. 随着冲击能量的增加，熔敷金属产生加工硬化，磨痕亚表面出现形变马氏体组织，且VC硬质相与层片状共晶组织相互作用，共同提高堆焊层的硬度，从而提高基体的耐磨性，增强抗冲击性能.
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  利用半高宽分析铝合金X射线法应力测试工艺

  王小鹏, 李晓延, 徐洲, 吴奇

  焊接学报. 2020, 41(12): 86-90. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20191224003

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  文中采用X射线法测试6061-T6铝合金焊接接头残余应力，为探究合理的应力测试工艺方案，对预置应力的等强梁进行X射线应力测试，测试过程中先后增加准直器直径和摇摆角，以衍射曲线半高宽表征衍射晶粒群微观应变，研究在准直器直径和摇摆角增加时衍射晶粒群微观应变均匀性的变化，对材料进行取向成像分析，并对比在晶粒择优取向强弱不同的两个区间内应力测试的结果. 结果表明，应力测试精度与晶粒择优取向的强弱相关，在晶粒择优取向较强的空间范围内，采用大于1°的摇摆角时，小角度晶界附近的相邻亚晶都能够参与衍射，从而使衍射晶粒群微观应变趋于均匀，因此X射线应力测试精度较高，在d = 2 ~ 4 mm范围内，增加准直器直径d可增加衍射晶粒数目，但对衍射晶粒群微观应变均匀性及应力测试精度的影响不大.
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  基于回归分析的螺母凸焊工艺优化

  邢晓芳, 贲强, 周勇, 路浩, 韩佩

  焊接学报. 2020, 41(12): 91-96. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20200413004

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  通过单因素试验对M6焊接方螺母和SAPH370酸洗热轧钢板进行了焊接，对所焊试样进行分离拉力试验，得出了不同焊接参数下的分离拉力. 基于Spss和Matlab软件对试验数据进行了回归处理，获得了以分离拉力为主要考察指标的焊接质量回归模型. 结果表明，焊接电流对分离拉力的影响最大，焊接时间和电极压力对分离拉力影响较小. 电极压力较小时，焊接时间对分离拉力影响较大；电极压力较大时，焊接电流对分离拉力影响较大. 电极压力和焊接电流的交互作用最大，焊接电流和焊接时间的交互作用以及电极压力和焊接时间的交互作用较小.
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  2020-12期英文摘要

  焊接学报. 2020, 41(12): 98-103.

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