2020年, 第41卷, 第6期　
刊出日期：2020-06-25

  

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  双级时效对7050-T7451铝合金搅拌摩擦焊组织及应力腐蚀敏感性的影响

  张华, 郭启龙, 赵常宇, 林三宝, 石功奇

  焊接学报. 2020, 41(6): 1-5. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20190513001

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  采用搅拌摩擦焊方法对3 mm厚7050-T7451铝合金进行焊接，为改善接头应力腐蚀敏感性，焊后进行121 ℃×5 h + 163 ℃×27 h双级时效处理. 通过对微观组织、显微硬度以及应力腐蚀敏感性的分析，研究双级时效对焊接接头性能的影响. 结果表明，双级时效后晶粒发生粗化，晶界内析出相和周边无沉淀析出带(PFZ)变宽，导致在热影响区和热力影响区出现大量不连续晶界；接头热影响区的显微硬度有所下降，但范围明显变窄，接头组织的均一性得到改善；时效处理后的接头在进行应力腐蚀试验 60天后仍未发生断裂，而未经时效处理的接头在1天内全部发生断裂，说明双级时效有效降低了焊接接头的应力腐蚀敏感性.
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  TiAl合金与GH3039高温合金的摩擦焊接

  李娜, 杜随更, 王松林, 王晋伟

  焊接学报. 2020, 41(6): 6-11. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20190717003

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  对TiAl合金与GH3039高温合金异种材料进行了摩擦焊接工艺试验. 基于接头的拉伸性能，初步优化了焊接工艺参数. 采用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对焊接接头组织、焊合区成分变化及接头连接机理进行了分析. 结果表明，TiAl合金与GH3039高温合金两种异种材料摩擦焊接具有可行性，在摩擦焊接过程中热力耦合的作用下，GH3039侧热力影响区塑性变形较大，TiAl合金侧热力影响区变形较小；TiAl合金与GH3039高温合金摩擦焊接连接界面两侧的合金元素发生了扩散，形成了复杂的层状金属间化合物组织结构；断于TiAl合金母材的焊接接头断口属于典型的脆性断口.
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  S355钢激光-MIG复合焊接头显微组织和残余应力

  严春妍, 易思, 张浩, 张可召, 顾正家

  焊接学报. 2020, 41(6): 12-18. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20191014001

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  采用激光-MIG(metal inert gas welding, MIG)复合焊接方法对12 mm厚S355钢板进行焊接，分析了9 kW激光功率下复合焊接头显微组织和硬度分布规律. 建立了适合低合金高强钢激光-MIG复合焊接的双椭球 + 三维锥体复合热源模型来描述复合热源的能量分布，采用SYSWELD软件计算了1.0，1.5，2.0 m/min三种焊接速度下激光-MIG复合焊的温度场和接头的残余应力，分析了焊接速度对焊接过程的温度场和残余应力分布的影响. 结果表明，三种焊接速度下粗晶热影响区(coarse grained heat affected zone, CGHAZ)的组织为马氏体，接头的硬度水平较高，最高硬度均在350 HV以上. 焊接速度增加，熔池最高温度下降，焊后冷却速度增加. 等效残余应力水平较高，HAZ位置出现了应力集中；随着焊接速度增加，等效残余应力、纵向残余应力、横向残余应力和厚度方向的残余应力峰值均上升；但焊接速度从1.5 m/min增加到2.0 m/min时，各应力分量的拉应力峰值上升较少，而压应力峰值显著上升.
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  光粉交互对同轴送粉增材制造能量传输的影响

  杨义成, 黄瑞生, 方乃文, 费大奎, 黄彩艳, 杜兵

  焊接学报. 2020, 41(6): 19-23. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20200226002

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  激光同轴送粉增材制造涉及复杂的光粉交互作用，也是决定粉末物化状态和激光能量有效利用的关键. 因此，借助背影增效瞬态影像捕捉技术和图像处理技术，以时间序列上粉末粒子亮区面积的实时值与平均值变化规律为依据，分析光粉交互作用过程及其对用于熔化基体剩余激光能量的影响. 结果表明，送粉速率和光粉作用距离是影响有效熔化基体能量的关键因素；送粉速率不变时，载气流量增加提高了粉末颗粒的飞行速度，但是对有效熔化基体的能量影响很小；粉末粒径较小时，光粉交互作用过程越激烈，有效熔化基体的能量随之下降. 总体而言，粉末颗粒飞行速度不变时，光粉作用过程中亮区面积的大小和有效熔化基体能量呈正相关.
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  电弧增材制造多层单道堆积的焊道轮廓模型函数

  刘理想, 柏兴旺, 周祥曼, 张海鸥

  焊接学报. 2020, 41(6): 24-29,36. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20191230001

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  焊道截面轮廓的建模和分析为电弧增材制造过程中的切片、路径规划和工艺自动化提供必要的形貌数据. 采用MATLAB开发基于图像处理和曲线拟合的自适应拟合程序，可以在半椭圆函数、圆弧函数、余弦函数和抛物线函数之间自适应选择合适的拟合模型函数. 基于该程序，研究分析在焊接参数可行域内单层单道焊道截面轮廓最佳数学模型函数的分布情况，以及多层单道堆积过程中不同层数上焊道轮廓的最佳模型函数. 结果表明，自适应拟合程序对焊道截面的轮廓曲线拟合具有较好的精度；在堆焊焊接参数可行域中，单层单道焊道截面轮廓可以用半椭圆函数或余弦函数模型表示；而对于多层单道堆积，半椭圆函数模型对焊道最上层轮廓的拟合精度最高.
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  AZ31B镁合金超声强化TLP接头组织演变及缺陷分析

  马琳, 温琦, 李鸣申, 周长壮, 崔庆贺

  焊接学报. 2020, 41(6): 30-36. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20190817001

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  超声强化瞬间液相扩散焊(U-TLP)可在大气环境下实现难润湿材料的快速连接，是一种高质量、高效率、低成本的先进连接方法. 文中以AZ31B 镁合金为基材，纯Zn为中间层，分析超声作用下结合区组织演变规律，探究AZ31B镁合金U-TLP接头缺陷形成机理. 结果表明，随着超声时间的延长，结合区组织由细小的Mg-Zn共晶相及MgZn，Mg7Zn3相组成的共晶花纹组织逐渐向扩散完全的α-Mg 固溶体转变，接头压剪强度随之提高. 但随超声时间的延长，结合区产生孔洞缺陷的几率增加，当超声时间增加至60 s时，孔洞缺陷占焊缝总长度的46.4%，接头压剪强度为55 MPa，为母材压剪强度的64.7%. 采用在冷却过程中二次超声强化工艺可有效提高原子扩散程度，接头压剪强度同比提高17%.
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  光谱诊断辅助水下湿法焊接等离子体成分计算

  李志刚, 徐翔, 黄卫, 李洋

  焊接学报. 2020, 41(6): 37-41. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20190701002

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  对水下湿法焊接等离子体成分的计算一直很少，文中通过搭建水下湿法焊接试验平台，对电弧光谱信息进行采集分析，根据诊断的结果及气泡成分的研究，确定了计算中所考虑的粒子. 在此基础上，通过对水下湿法焊接电弧等离子体的平衡方程的分析，基于质量作用定律，选择五种基本粒子，将其它粒子用这五种基本粒子表示，代入守恒方程组，在特定的压力和温度下计算了各个粒子的数密度，这种方法和传统的通过求解Saha方程等守恒方程组得到等离子体粒子数密度不同. 结果表明，不同温度区占据主要成分的粒子不同，对电弧等离子体产生的影响也不同，既可以为进一步研究水下湿法焊接电弧稳定性及焊接质量提供理论依据及基础，也可以和光谱信息结合进行温度计算及主要温度区间的粒子确定.
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  热输入对海工用钢不同合金系焊缝金属韧性的影响

  巴凌志, 王东坡, 张智, 齐书梅, 李磊

  焊接学报. 2020, 41(6): 42-47,53. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20190623002

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  为探究不同合金系焊缝金属对热输入的适应性，用Si-Mn，Si-Mn-Ni，Si-Mn-Ti-B三种合金系的焊材分别以24和35 kJ/cm的热输入对420 MPa低合金高强度钢板进行埋弧焊. 经过冲击、拉伸、硬度试验及光学显微镜、扫描电镜分析，对熔敷金属的组织、性能进行研究. 结果表明，随着热输入增加，再热区比例增大，晶粒长大，三种合金系的韧性均下降，其中Si-Mn合金系对大热输入的适应性最差，脆性转变温度由−70 ℃降到−65 ℃；Si-Mn-Ni合金系析出大量呈方向性的贝氏体，恶化韧性;而Si-Mn-Ti-B合金系提供大量高熔点含Ti的形核质点，促进针状铁素体形成，改善韧性.
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  不同组元活性剂对不锈钢脉冲TIG焊熔池表面张力的影响

  顾玉芬, 边春红, 李春凯, 石玗

  焊接学报. 2020, 41(6): 48-53. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20190911001

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  准确获取焊接条件下熔池金属表面张力的基础数据对深入理解焊接过程中熔池金属流动及传热机制、焊缝缺陷形成等具有重要意义，但实时测量十分困难. 采用激光视觉法测量了单一组元(TiO₂，CaF₂)及二组元(30%TiO₂ + 70%CaF₂，70%TiO₂ + 30%CaF₂)活性剂下304不锈钢脉冲钨极氩弧焊熔池振荡频率，并根据特定模式下熔池特征频率与表面张力的解析模型计算了熔池金属表面张力，分析了不同组元活性剂对熔池金属平均表面张力的影响规律，在此基础上研究了不同组元活性剂对焊缝熔深的影响和增加熔深的机理. 结果表明，TiO₂能够改变熔池金属表面张力温度梯度，使熔池金属流动方向发生变化，CaF₂能够降低熔池金属表面张力绝对值，使熔池金属流速增加；二组元活性剂增加熔深是熔池金属流速增加和表面张力温度梯度改变共同作用的结果.
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  基于RBF-GA的铝/镁异材FSLW工艺参数优化

  胡为, 常新新, 姬书得, 李峰, 宋崎, 牛士玉

  焊接学报. 2020, 41(6): 54-59,84. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20190806002

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  为获得高质量的7075-T6/AZ31B异种合金Zn中间层-超声辅助FSLW接头，通过RBF-遗传算法对转速、焊接速度、Zn中间层厚度及超声功率四种工艺参数进行了优化. 结果表明，经过训练的RBF神经网络满足预测精度要求；将其与遗传算法相结合，在经多次迭代后可获得最优工艺参数组合. 取可执行最优解转速1 037 r/min、焊接速度82 mm/min、Zn层厚度0.04 mm和超声功率1 440 W进行试验验证，焊接接头拉剪载荷达到8 860 N，与已报道最优接头相比提高11.4%. RBF神经网络与遗传算法相结合的人工智能优化方法可准确预测并优化接头质量，且具有较大的时间及经济优势.
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  坡口偏差厚板机器人多道焊接方法

  黄继强, 盖守新, 薛龙, 黄军芬, 曹莹瑜, 邹勇

  焊接学报. 2020, 41(6): 60-66. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20191127002

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  厚板构件在工程机械及重工行业等领域应用广泛，但许多工况的坡口因为加工和组对等原因存在较大偏差. 针对工件加工和组对出现的坡口间隙不一致、坡口角度偏差和错边等三种典型问题，分别给出了应对方法和修正措施. 通过焊接摆动参数调整补偿坡口间隙不一致时造成的偏差，采用焊接参数和摆动参数调节实施联合补偿坡口角度偏差带来的影响，以焊道数量调整和焊接电流周期变化补偿坡口组对错边情况. 采用这些措施，利用焊接机器人进行坡口偏差工况焊接试验. 焊后接头填充饱满，焊缝外观无明显缺陷. 焊缝截面观察焊道排列整齐有序，未出现内部缺陷. 结果表明，采用坡口偏差修正方法拓宽了机器人厚板焊接对坡口偏差的适应性，为机器人厚板焊接现场施工提供基础数据.
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  采用复合钎料加压钎焊70%SiCp/Al复合材料

  张德库, 王恒, 康路路, 孙彪

  焊接学报. 2020, 41(6): 67-71. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20190322003

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  采用机械球磨的方法制备了Al-Si-xSiC(x为体积分数)复合钎料，采用复合钎料实现了70%SiCp/Al复合材料的加压钎焊连接. 利用SEM和EDS确定了钎缝是由α-Al，Si，SiC，Al₂O₃等相组成. 结果表明，在压力作用下SiC颗粒被固定在钎缝区而使得钎缝区的组织类似于复合材料，钎缝中一定的SiC颗粒可以缓解母材与金属钎料之间的热膨胀系数之差，从而减小了焊接残余应力，可以提高接头的强度，而钎焊施加一定的压力则可促进钎料与SiC颗粒的润湿性. 工艺适当时，接头最高强度达到125.7 MPa.
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  7075铝合金FSW接头腐蚀疲劳性能及断裂特征

  马青娜, 邵飞, 白林越, 徐倩

  焊接学报. 2020, 41(6): 72-77. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20200320001

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  以7075-T6铝合金搅拌摩擦焊接头为研究对象，对其显微组织结构、3.5% NaCl(质量分数)溶液腐蚀疲劳寿命和腐蚀疲劳断裂特征进行了研究，分析了7075铝合金搅拌摩擦焊接头的腐蚀疲劳性能及断裂过程.结果表明，7075-T6铝合金搅拌摩擦焊接头腐蚀疲劳S-N曲线方程为lgN=5.845-0.014S，随着应力幅增大，腐蚀疲劳寿命大幅度降低；腐蚀疲劳裂纹起源于接头的热影响区，逐渐扩展最终断裂于接头的焊核区.腐蚀疲劳断口存在多个裂纹源，且受到应力集中作用的影响，裂纹源萌生于腐蚀坑处.高应力作用加剧了试样边角部分的腐蚀损伤，导致边角比平面位置腐蚀程度更严重.裂纹扩展区出现了明显的晶间断裂和疲劳辉纹；在腐蚀介质和交变载荷的共同作用下，裂纹扩展区腐蚀程度最重，晶界处产生了阳极溶解现象并产生了“冰糖块状”和“蚁巢状”的形貌特征；瞬断区产生了大量解理台阶和二次裂纹，为脆性断裂，在第二相粒子分布区域存在孔洞形貌特征.
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  连接工艺对铝合金结构件力学性能的影响

  柴鹏, 王月, 郭晓娟, 齐铂金

  焊接学报. 2020, 41(6): 78-84. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20190626002

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  对7B04铝合金回填式搅拌摩擦点焊及铆接连接的结构件的静力与疲劳性能进行对比测试. 结果表明，由铆接与回填式搅拌摩擦点焊连接的典型结构的压缩静力载荷在117 ~ 124 kN范围内波动，剪切静载荷波动范围为89 ~ 95 kN，焊点间距对载荷的影响较小；铆接连接的典型件剪切疲劳寿命低于回填式搅拌摩擦点焊结构件寿命. 对于点焊结构而言，接头微观组织不均匀导致硬度不均匀，同时搭接面处钩状结构向上弯曲，最终使得疲劳试件的失效主要沿轴肩回抽路径.
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  一种稀土高强钢焊接热影响区组织与性能

  陆斌, 陈芙蓉, 付学义

  焊接学报. 2020, 41(6): 85-89. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20200407001

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  机械装备的整体性能和寿命随着高强钢的大量使用而大幅提高，但性能薄弱区仍然是焊接热影响区. 应用恰当的处理技术，能生成形态、尺寸和分布有益的稀土夹杂物，在焊接中抑制原奥氏体晶粒长大改善钢的焊接性能. 试验制备了一种0.18%C的稀土高强钢，采用Gleeble-3500热模拟机模拟4种热输入下的热循环过程，采用光学显微镜观察了试验钢的焊接热影响区显微组织转变，用冲击试验机测试了焊接热影响区的冲击吸收能量，测量了不同冷却速度下的原始奥氏体晶粒尺寸的变化. 结果表明，焊接热输入值为25 kJ/cm时，HAZ组织主要为马氏体，晶粒尺寸细小，这时的冲击韧性和硬度值最高. 当焊接热输入值大于50 kJ/cm以上时，钢中生成了上贝氏体和粒状贝氏体，晶粒也逐渐长大，出现了韧性下降和软化. 试验钢的C含量为0.18%，在热循环中焊缝中出现了粗大的马氏体组织，形成淬硬组织，未生成针状铁素体组织.
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  基于响应面法的超高频电弧增材制造工艺优化

  贾志宏, 万晓慧, 郭德伦

  焊接学报. 2020, 41(6): 90-96. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20190807005

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  采用响应面法对超高频电弧增材制造工艺（UHFP-GTAW）进行了优化. 通过建立函数关系得到了焊缝尺寸关于焊接电流、送丝速度及焊接速度的多元二次回归模型，并运用方差分析验证了回归模型的可靠性. 设置优化条件选取了相应的焊接参数，并将焊缝尺寸的预测结果与试验结果进行了对比.结果表明，模型预测尺寸与实际试验测得的焊缝尺寸误差分别为焊缝宽度5.4%和焊层高度6.6%. 对沉积成形的GH4169高温合金薄壁构件分别进行了水平方向和垂直方向的拉伸力学性能测试，其强度极限分别达到1 130.93和1 126.04 MPa，断后伸长率分别为18.1%和16.56%，断面收缩率分别达到20.6%和20.2%.
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  英文摘要

  焊接学报. 2020, 41(6): 97-102.

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