2020年, 第41卷, 第8期　
刊出日期：2020-08-25

  

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  G115钢CMT + P焊接工艺及组织和性能

  徐连勇, 庞红宁, 赵雷, 韩永典, 迟大钊

  焊接学报. 2020, 41(8): 1-5. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20200208002

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  基于冷金属过渡加脉冲(CMT + P)的焊接方法，研究了新型回火马氏体耐热钢G115的焊接性以及焊接接头组织和性能. 结果表明，焊接接头经热处理后为回火马氏体组织，焊缝晶粒呈现出等轴晶和柱状晶两种不同的形貌，而焊接热影响区和母材晶粒均为等轴晶. 与焊条电弧焊(SMAW)相比，CMT + P焊接方法有效降低了热输入，大幅度减小了热影响区宽度，提高了焊接接头的拉伸性能和热影响区冲击韧性，焊接接头焊缝冲击韧性略有降低. 焊接接头的室温和高温拉伸断裂机理均为韧性断裂，室温拉伸断口的韧窝内存在一定量的析出相.
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  熔化极电弧增材制造18Ni马氏体钢组织和性能

  杨东青, 王小伟, 黄勇, 李晓鹏, 王克鸿

  焊接学报. 2020, 41(8): 6-9,21. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20200608002

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  采用熔化极电弧增材工艺制备了成形良好的18Ni马氏体钢单墙体，研究了增材构件热处理前、后的组织力学性能. 结果表明，增材构件的微观组织主要是柱状树枝晶，沉积态增材构件组织和力学性能存在局部差异：构件组织顶部为马氏体，硬度平均值为360 HV；中部和底部区域则为马氏体和奥氏体且中部硬度平均值为468 HV，略高于底部硬度平均值437 HV；构件纵向抗拉强度(1375 MPa)高出横向抗拉强度(1072 MPa)约28.3%，对应的断后伸长率分别为1.1%和0.8%. 对增材构件进行825 ℃保温1 h的固溶热处理后，析出相重新溶入奥氏体，构件组织转变为马氏体，硬度值下降(平均值为328 HV)，变化波动小；纵向和横向抗拉强度相当，分别为1025 MPa和1034 MPa，断后伸长率分别为6%和14%.
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  QTT天线轨道重力弯矩下多层多道焊角变形预测

  许谦, 胡广旭, 董志波, 许红祥, 方洪渊

  焊接学报. 2020, 41(8): 10-13. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20200316002

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  QTT (Qitai radio telescope)天线轨道每段尺寸4 000 mm×600 mm×200 mm，进行多层多道焊拼接时，坡口与熔敷金属量大，角变形大. 为了预测与控制变形，通过轨道缩比模型的试验与有限元分析，验证了热弹塑性耦合模型的合理性，并在有限元模型中考虑了重力的影响. 同时为解决大型QTT天线轨道结构多层多道焊模拟计算量大的问题，增加了重力弯矩影响，对多层多道焊角变形预测公式进行了修正. 结果表明，对于大型QTT天线轨道结构，重力影响因素不可忽略，且添加重力条件提高了模型角变形预测精度，为新一代大型QTT天线轨道实际装焊提供了理论指导.
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  基于球面均匀分布的焊接机器人TCP标定方法

  洪磊, 杨小兰, 王保升, 吕东升

  焊接学报. 2020, 41(8): 14-21. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20191212001

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  当前焊接机器人工具中心点(TCP, tool center point)采用固定参考点法标定时，存在机器人位姿选择的随机性和分布的不均匀性，为解决这一问题，提出了一种基于球面均匀分布的TCP标定方法. 以机器人自带的“六点法”为初步标定基础，创建初始测量点位形；在离线仿真环境下，采用力学斥力迭代法构建以固定参考点为球心呈球面均匀分布的虚拟点，逐组计算使虚拟机器人第六轴末端中心处于各虚拟点处，剔除其中关节角超限、连杆之间发生碰撞的情形；最后调节实际机器人到筛选后的各测量点位形，应用最小二乘球面拟合法求解最终的TCP标定结果. 结果表明，该方法使机器人姿态在各测量点绕固定参考点均匀分布，最大限度增大了各测量点之间机器人位姿的差异度，可有效提高标定精度和稳定性.
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  Fe颗粒对时效过程中SnBi/Cu接头组织及性能影响

  李正兵, 胡德安, 陈益平, 程东海, 何凯, 郭义乐

  焊接学报. 2020, 41(8): 22-28. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20200420003

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  针对SnBi/Cu接头在服役过程中组织和性能变差的问题，通过用扫描电镜(SEM)观察时效前后Sn35Bi-1Fe/Cu接头组织，结合EDS和XRD分析，分析接头组织变化；利用万能试验机，测试接头力学性能，研究Fe颗粒对时效过程中SnBi/Cu接头组织及性能影响. 结果表明，焊后Sn35Bi-xFe/Cu (x = 0%，0.3%，0.7%，1.0%和1.5%)接头的抗剪强度随Fe颗粒含量先增加后降低. 当Fe颗粒含量为1% (质量分数，%)时，取得最大值50.23 MPa，且Sn35Bi-1.5Fe/Cu接头的力学性能依旧比Sn35Bi/Cu接头好；在恒温时效阶段，Sn35Bi-1Fe/Cu接头中Fe颗粒通过对Bi相的钉扎作用，以及与Sn反应生成FeSn₂化合物，消耗晶界能量，降低Bi相的迁移速率，抑制Bi相粗化，还能有效降低界面IMC层的生长速率，抑制界面Cu₃Sn的生成，改善接头在服役阶段的力学性能.
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  水深环境下湿法焊接声压替代图像信号可行性分析

  李志刚, 杨丽婷, 黄卫, 叶建雄

  焊接学报. 2020, 41(8): 29-33. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20200422001

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  水深环境下水下湿法药芯焊丝焊接(FCAW)受周围电弧气泡生长的影响，其状态需要通过信号采集. 文中首先搭建水下湿法焊接试验平台，进行湿法药芯焊丝焊接试验，对焊接过程中的气泡声压信号、高速摄像信号、电弧电流电压信号，进行同步采集；然后对比了引弧阶段下浅水和20 m水深的气泡动态演变图像及其声压信号，结合20 m水深稳弧阶段信号，发现气泡脉冲声信号与气泡图像在气泡大小、爆破周期等演变细节上有着很好的对应关系，但随着水深增加，烟尘导致图像信号更加模糊. 最后对水下20，40 m的环境中获取到的电弧从引弧到稳弧阶段的声电信号，进行对照分析. 结果表明，气泡声压信号可以清晰地反映出气泡的变化状态，深水下声压信号替代高速摄像具有可行性.
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  基于超声无损检测的扩散连接界面缺陷尺寸评估

  王斌, 李升, 朱富慧, 李细锋

  焊接学报. 2020, 41(8): 34-38. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20200323004

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  针对扩散连接界面缺陷的无损检测问题，开展了人工缺陷试样的水浸超声检测试验研究，提出了扩散连接界面缺陷超声响应模型，开发了一种通过超声检测评估界面缺陷厚向尺寸的检测手段. 首先利用扩散连接的方法制备了带有人工缺陷扩散连接试样，采用30 MHz的入射波频率，对试样进行水浸超声无损检测. 基于超声无损检测原理提出了未焊合缺陷的超声响应模型，引入扩散连接界面劲度系数K作为桥梁建立起超声反射波反射率与界面缺陷尺寸之间的联系. 通过特定检测位置的超声反射波数据和实际微观缺陷尺寸数据拟合确定超声响应模型常数，进而实现基于超声无损检测的界面缺陷厚向尺寸评估. 结果表明，传统超声C扫描一般只是定性地反映缺陷存在与否，而厚向尺寸评估方法的提出在一定程度上为超声C扫描做了补充，有助于缺陷尺寸的定量检测，实现缺陷危害等级的评估.
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  航空压气机叶片增材修复最优热输入分析

  龚淼, 戴士杰, 王志平, 王立文

  焊接学报. 2020, 41(8): 39-47. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20200602001

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  建立了压气机叶片MPAW增材修复传热模型，首先通过分析合金的热物性，计算出叶片MPAW增材修复的热输入范围，得到了不同热输入下熔池的温度分布. 之后创建了增材高度与送丝速度的数学模型，求解出不同送丝速度下的增材高度，并通过对焊缝截面温度分布的数值分析，进一步缩小热输入范围，得到试验参数. 最后通过数值分析及试验对比，揭示了合金修复区组织形貌与热输入率的演化规律，得到了最优的热输入和匹配的焊接参数.结果表明，试验结果与理论模型吻合度较好，验证了理论方法的有效性. 对于1 mm厚度的超薄压气机叶片的增材修复，采用研究得到的焊接参数，可达到最优热输入率，实现较好的增材形貌和增材修复效果.
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  磁场和NiCl₂联合作用下镁合金焊接接头的显微组织和力学性能

  张桂清, 任英磊, 苏允海

  焊接学报. 2020, 41(8): 48-54. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20200313001

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  为了分析磁场和活性剂联合作用下镁合金焊接接头的显微组织和力学性能变化规律，采用A-TIG焊接AZ91镁合金，并在试验过程中引入纵向交流磁场，实现磁场和活性剂联合作用下镁合金的TIG焊接. 对不同活性剂涂覆量下焊接接头的成形性、物相组成、显微组织、力学性能进行检测，分析磁场和活性剂联合作用下电弧形态和熔池金属结晶形核特点，探讨其中的机理. 试验结果表明，磁场的引入对增加熔深、提高焊接效率产生负面影响，但是对提高焊接接头力学性能作用效果十分明显，在所选磁场参数下，活性剂涂覆量为3 mg/cm²时，焊接接头的成形状态和组织性能达到了最佳匹配，此时成形系数为2.38，焊缝抗拉强度和断后伸长率分别为338 MPa和13.3%；磁场和活性剂的联合作用下，电弧呈螺旋下沉旋转运动，并带动熔池运动，改变晶体结晶条件，促进细小等轴晶形成和孪晶的出现，使得焊接接头的力学性能得到提升；同时，磁场的引入可以改变晶体的生长模式，晶体沿(0001)晶面出现择优生长现象.
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  不锈钢/普碳钢双面爆炸复合的数值模拟

  缪广红, 艾九英, 马雷鸣, 李雪交, 马宏昊, 沈兆武

  焊接学报. 2020, 41(8): 55-62. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20200215001

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  为了提高能量的利用率，使用双面爆炸焊接装置可以一次性得到两块复合板. 借助LS-DYNA软件与光滑粒子流体动力学，采用SPH-FEM耦合算法，选取厚度为3 mm的304不锈钢、16 mm的Q235钢和乳化炸药，对不锈钢/普碳钢的双面爆炸焊接试验做了三维数值模拟，计算并建立了爆炸焊接窗口. 对模拟过程中的复板竖向位移、碰撞压力和碰撞速度进行了分析，并将模拟得到的结果与试验结果进行了比较. 模拟结果表明，7 mm药厚下复合质量较好，而10 mm药厚下可能会由于碰撞能量过大导致焊接失效，模拟与试验结果一致性较好. 引入了Gurney公式对试验结果进行预测，计算结果显示：Gurney公式的预测结果与试验结果吻合较好，表明了SPH-FEM耦合算法与Gurney公式用于不锈钢/普碳钢双面爆炸焊接的有效性.
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  焊后热处理对拘束焊焊缝金属冲击韧性与断裂韧性的影响

  王东坡, 刘恺悦, 邓彩艳, 龚宝明, 吴世品, 肖娜

  焊接学报. 2020, 41(8): 63-67,78. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20190914001

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  针对DH36钢厚板拘束焊焊接接头进行了620 ℃×2 h的焊后热处理，测试了热处理前后焊缝金属的冲击韧性和断裂韧性，对比分析冲击韧性与断裂韧性的差异，同时研究了焊后热处理的影响及其韧化机制. 结果表明，焊态下焊缝金属的冲击韧性良好，而断裂韧性较差；焊后热处理后，冲击韧性没有明显变化，但断裂韧性显著上升，平均CTOD值由0.123 mm显著升高至0.707 mm. 一方面，焊后热处理引起位错密度降低，位错缠结显著减少，细小碳化物析出并球化，有利于韧性的改善；另一方面，焊后热处理可消除大厚板拘束焊产生的应变时效局部脆化现象，提高断裂韧性. 由于冲击韧性与断裂韧性测试结果存在较大差异，采用单一温度的冲击韧性评估拘束焊焊缝金属的韧性与结构安全性可能存在风险.
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  K-TIG焊接动态过程及组织和性能分析

  徐良, 欧阳凯, 杨海锋

  焊接学报. 2020, 41(8): 68-72. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20200603001

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  为研究较高热导率材料的K-TIG焊接方法的焊接特性，采用K-TIG焊接技术对10 mm厚Q235钢进行了焊接.K-TIG焊接过程稳定，得到了焊缝成形良好，无裂纹、气孔等缺陷的焊接接头，通过高速摄影试验观察“匙孔”在焊接过程中的动态行为，并对焊接接头微观组织和硬度、拉伸、冲击、弯曲等力学性能进行了测试. 结果表明，改善散热条件和合理的装配间隙能增加K-TIG焊接“匙孔”的稳定性；焊缝区和热影响区的维氏硬度值均高于母材；焊接接头的抗拉强度、冲击韧性优于母材；焊缝区主要由细小的针状铁素体和少量的块状铁素体组成；K-TIG焊接方法在较高热导率材料领域的使用可行性得到证实，对低碳钢K-TIG焊接工艺的进一步研究具有一定参考意义.
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  异种高温钛合金电子束焊接接头组织与性能

  高福洋, 高奇, 韩林举, 余巍, 朱乐乐, 刘茵琪

  焊接学报. 2020, 41(8): 73-78. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20200706005

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  采用真空电子束焊机对高温钛合金Ti60板材和Ti700sr铸件进行焊接，并对接头显微组织和力学性能进行了研究. 结果表明，高温钛合金Ti60板材和Ti700sr铸件电子束焊接性良好，可以获得优质的接头. 获得的接头中焊缝为细小针状马氏体组织，Ti700sr侧熔合区马氏体内部存在层错和孪晶. Ti700sr侧热影响区相比于母材网篮状的α相长大. Ti60侧熔合区和热影响区均发现富Nd稀土弥散相析出. 焊缝区显微硬度与Ti60和Ti700sr母材相当，基本在360 HV左右.硬度最高点出现在Ti60侧热影响区，硬度最大值达到418 HV.接头室温抗拉强度达到1 100 MPa以上，断裂于Ti60热影响区. 接头600 和650 ℃高温抗拉测试均失效断裂在Ti60母材. 其中接头600 ℃高温拉伸性能均值为695 MPa，650 ℃高温拉伸性能均值为587 MPa.
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  Ta1/0Cr18Ni9薄板储能焊熔核高熵化机理

  翟秋亚, 刘帅宾, 杨全虎, 叶建林, 徐锦锋

  焊接学报. 2020, 41(8): 79-84. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20200706001

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  针对钽与钢之间物化性质差异大，焊接时易产生脆性金属间化合物而导致熔焊接头性能低下及裂纹等问题，按照熔核金属高熵化技术思路，利用基于密度泛函理论的热力学第一性原理设计出新型中间层合金Ta₂₀Fe₂₀Ni₂₀Cr₂₀Co₂₀，结合熔合比得到适用于钽/钢储能焊中间层合金成分为Ta₇Ni₃₂Cr₁₉Co₄₂. 采用真空电弧炉熔制纽扣合金锭，继而使用单辊急冷法制备出中间合金箔材，将其用于Ta1/0Cr18Ni9薄板的储能焊连接. 结果表明，在储能焊条件下，Ta1/Ta₇Ni₃₂Cr₁₉Co₄₂/0Cr18Ni9搭接接头形成形貌规则、完整，长径约0.8 mm的扁球形熔核，熔核整体向钢侧发生了偏移. 熔核组织由简单的FCC固溶体组成，无金属间化合物析出，具有典型的高熵合金特征，实现了熔核金属高熵化. 在焊接电压1 000 V，电容500 μF，电极压力30 N下，Ta1/Ta₇Ni₃₂Cr₁₉Co₄₂/0Cr18Ni9储能焊接头平均强度可达到395 MPa.
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  旋转电弧机器人V形坡口焊缝跟踪模型与仿真

  李湘文, 吴宏宝, 洪波, 罗华, 陈宇

  焊接学报. 2020, 41(8): 85-89. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20190814005

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  通过建立旋转电弧传感器扫描V形坡口焊缝时焊枪空间姿态数学模型，提取焊枪三维信息，根据V形坡口焊缝特点，推导出焊枪纠正偏差后ABB机器人的工具坐标系相对于基坐标系的变换矩阵，结合机器人逆运动学，建立了ABB机器人对V形坡口焊缝跟踪纠偏的数学模型，并针对该模型的求解提出了一种渐进粒子群优化算法，利用LABVIEW并结合该算法对该模型进行仿真分析，得出了左右、高低跟踪偏差. 结果表明，模型具有准确性、有效性以及该算法的高效性，为旋转电弧传感器与ABB机器人相结合对V形坡口焊缝进行自动焊接提供了理论依据.
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  脉冲双丝GMAW熔滴过渡过程中熔池波动行为数值分析

  潘家敬, 何锡鑫, 赵朋成, 胡艺腾, 梁瑛

  焊接学报. 2020, 41(8): 90-96. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20200131001

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  研究了脉冲双丝GMAW过程中熔池自由表面受周期性熔滴冲击引起的动态波动行为. 根据二维波动理论建立了熔池液面受迫振动以及由此产生的二维波动行为的瞬态数学模型，推导出控制微分方程，给出了相应的初始条件和边界条件并编制程序进行了数值分析. 得到了熔池自由表面的位移和振动速度分布规律、不同熔滴过渡条件下熔池自由表面的瞬时波动规律及焊接过程中表面波动所引起的干涉现象. 结果表明，表面波主要起源于前丝、后丝中心附近，导致熔池表面有较强的凹陷. 选用直径1.0 mm的焊丝可以减小熔池表面波动，防止出现较粗的焊缝波纹；当熔滴过渡频率为1 000 Hz时，容易出现焊接波纹粗大、咬边等缺陷，波动干涉随熔滴过渡频率减小而减小. 文中的工作能够为脉冲双丝GMAW的工业化生产和焊接工艺参数的优化提供基础数据和理论指导.
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  英文摘要

  焊接学报. 2020, 41(8): 97-102.

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