焊接学报

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王星星, 何鹏, 李帅, 张墅野, 骆静宜, 佐藤裕

焊接学报. 2021, 42(1): 1-7. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20200809001

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高通量方法作为“材料基因组技术”三大核心要素之一，在材料成分设计、组织分析、性能优化、过程模拟等方面起着关键性作用. 钎焊技术作为焊接与连接领域的重要分支之一，是现代制造业中材料连接应用最广的方式. 首先对高通量方法在钎焊领域的应用研究进行概述，其次主要对近5年有关高通量制备钎料、软钎焊和硬钎焊领域高通量计算方面的最新研究进行高度归纳、总结，最后提出了目前钎焊基因工程研究的局限性，特别是高通量方法与钎焊技术有机组合方面存在的不足之处，同时指明了高通量方法在钎焊领域应用研究发展的方向，为未来实现钎焊4.0、智能钎焊工厂等提供技术支撑和参考信息.

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不同成形状态2195铝锂合金GTAW焊接头的组织与性能

罗传光, 李桓, 徐光霈, 吴胜, 文远华, 杨立军

焊接学报. 2021, 42(1): 8-15. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20200818001

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采用喷射沉积2195铝锂合金旋态和锻态材料进行了GTAW对接焊，检测了接头抗拉强度和维氏硬度，观察了接头金相组织及断口形貌，对接头各区域进行了EBSD表征和微观特征量的统计分析，讨论了接头微观组织与力学性能的相关性. 结果表明，旋、锻态材料具有良好的GTAW工艺性，接头抗拉强度达到了各自母材的71%和68%，断后伸长率达到7.3%，拉伸断口呈现出韧性断裂特征. 接头焊缝区金属的小角度晶界比例较低，靠近旋侧的小角度晶界比例为6.4%，靠近锻侧的小角度晶界比例为7.8%；旋侧与锻侧的焊接热影响区及熔合区均趋于一种相似的微结构，母材、热影响区、熔合区及焊缝金属的平均晶粒尺寸依次处于10，10 ~ 15，15 ~ 23，20 ~ 25 μm的水平，具有较好的组织“连续性”，母材晶粒细小、成分均匀的特点在焊接过程中得到了保持，一定程度上展现了喷射沉积铝锂合金材料的应用优势.

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铝合金激光-多股绞合焊丝MIG复合焊特性分析

徐锴, 武鹏博, 梁晓梅, 陈健, 黄瑞生

焊接学报. 2021, 42(1): 16-23. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20201120003

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选用多股绞合焊丝替代传统焊丝，将激光热源与多股绞合焊丝MIG焊热源相匹配. 借助高速摄像系统，提取焊接过程中熔池和匙孔特征量，开展5A06铝合金激光-多股绞合焊丝MIG复合焊工艺特性研究，探讨了不同工艺参数下焊缝成形与熔池行为相关性及焊接气孔规律性研究. 结果表明,主要焊接工艺参数对焊缝成形的影响规律与常规焊丝激光-电弧复合焊相一致，由于激光束的指向性，焊缝熔深受激光能量密度影响较大，因此焊缝熔深与激光功率呈正比，与焊接速度、离焦量的绝对值呈反比，焊接电流与光丝间距的影响不大；焊缝熔宽受电弧参数影响较大，且熔宽与熔池面积变化有一一对应关系，熔池面积变大，熔宽增加；余高与熔敷速度有关，因此焊接电流越大、焊接速度越小，余高越大.此外高能量密度激光热源的加入突出了多股绞合焊丝的自旋转特性的优势，特别是焊接电流在130 ~ 200 A范围内，随着焊接电流的增加，多股绞合焊丝的旋转频率增加，旋转特性带来的拓展焊缝宽度及对焊接气孔的抑制等优势更为明显.

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激光工艺参数对PC/Cu/PC焊接性能及残余应力影响

王传洋, 姜沐晖, 龙庆, 于晓东

焊接学报. 2021, 42(1): 24-29,37. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20201019002

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实现聚碳酸酯(PC)材料高品质焊接是拓展其工程应用的重要方向. 焊接件残余应力聚集的位置易产生变形、裂纹等缺陷，使用过程中进而会形成应力腐蚀，导致强度降低，缩短焊接件的使用寿命. 为了实现PC材料的高质量焊接，提出了以表面涂有碳黑的铜膜为激光吸收材料的透射焊接新方法，并探究了不同激光工艺参数(激光功率和焊接速度)对焊接性能、铜膜变形量及残余应力的影响规律. 结果表明，随着激光功率和焊接速度的增大，焊缝抗剪强度和铜膜变形量均先增大后减小；焊缝宽度与激光功率成正比，与焊接速度成反比；残余应力与激光功率成正比，与焊接速度成反比；且发现铜膜变形在一定程度上有利于提高焊接性能和减小残余应力.

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基于Tanaka-Mura位错模型的疲劳裂纹萌生寿命预测

邓彩艳, 刘庚, 龚宝明, 刘永

焊接学报. 2021, 42(1): 30-37. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20200706003

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为了准确预测材料的疲劳寿命，提高结构疲劳寿命预测精度，对ABAQUS有限元数值模拟预测试样疲劳寿命的方法进行了研究. 基于Tanaka-Mura位错理论，利用python语言对ABAQUS进行二次开发，模拟预测了S960QL马氏体钢和Ti₂AlNb钛合金接头各区域疲劳裂纹萌生寿命. 利用泰森多边形法生成了晶体特征单元建立了微观子模型，考虑了体心立方结构相互垂直的两条滑移带作为潜在的裂纹萌生位置，并对具有相同取向的多条平行滑移带都进行了模拟计算. 通过计算得到的裂纹扩展速率变化，给出了裂纹萌生阶段过渡到裂纹扩展阶段的临界点处的裂纹萌生寿命. 模拟结果表明，除焊缝柱状晶组织外裂纹萌生寿命与试验数据吻合良好.

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导电银浆在铝合金表面的烧结性能分析

孙国基, 孙钦, 杨婉春, 徐鸿博, 李明雨

焊接学报. 2021, 42(1): 38-43,64. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20201005002

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制备一种用于铝合金表面烧结银厚膜的低温烧结型导电银浆，以解决铝合金的软钎焊问题. 采用熔融淬火方法制备玻璃化转变温度(T_g)为360 ℃的Bi₂O₃-B₂O₃-ZnO玻璃粉. 将玻璃粉、亚微米银粉和有机载体混合制成无铅低温烧结型银浆，将该银浆涂覆在6061铝合金表面，并在440，470，500，530 ℃的温度下进行烧结. 研究烧结温度对银厚膜的电阻率、可焊性及与基板结合强度的影响. 当玻璃粉与银粉重量比为1∶9，烧结温度为530 ℃时，烧结银厚膜的电阻率为2.2 μΩ·cm，抗剪强度为56.0 MPa；同时Al，Mg和Bi₂O₃发生氧化还原反应在银厚膜与铝基板界面产生纳米级Bi单质，进而实现冶金结合. 结果表明，提高烧结温度可以有效促进玻璃的润湿铺展、Ag颗粒之间的颈缩和Ag颗粒的生长，进而明显改善银厚膜软钎焊可焊性.

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高效热丝GMAW焊接工艺熔敷速率试验分析

马宗标, 黄鹏飞, 张轩宁, 王亚纯, 代宏博, 王光辉

焊接学报. 2021, 42(1): 44-48. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20200605004

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交流热丝GMAW工艺是一种高效焊接工艺，其主弧为传统GMAW电弧. 填充焊丝和熔池及母材构成闭合回路，交流脉冲预热电流流经该回路，产生电阻热并预热填充焊丝. 当被预热到高温的填充焊丝进入熔池后，在液态金属作用下迅速熔化. 进行了高效热丝GMAW工艺的试验研究，找到填充焊丝预热电流、填充焊丝伸出长度、焊丝间距、主弧焊接规范等参数之间的匹配规律，实现了20 kg/h以上的熔敷速率. 分析了前述影响因子对熔敷效率的影响规律. 结果表明，热丝GMAW在提高熔敷速率和熔敷系数方面相对传统焊接工艺有明显优势，可以实现高熔敷率低热输入的工艺效果. 该工艺在高强钢大厚板焊接等领域具有广阔的应用前景.

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3D封装芯片焊点可靠性有限元分析

孙磊, 张屹, 陈明和, 张亮, 苗乃明

焊接学报. 2021, 42(1): 49-53. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20201021002

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选择工业中广泛使用的Sn，Sn3.9Ag0.6Cu钎料作为三维封装芯片键合焊点材料，采用ANSYS有限元软件建立三维封装模型，基于Garofalo-Arrhenius本构方程，进行−55 ~ 125 ℃热循环模拟，并通过田口法探讨封装结构和工艺参数对焊点的可靠性影响. 结果表明，Cu柱与焊点接触处是整个结构的薄弱区域，在IMC焊点阵列中最右列第二个焊点处出现最大应力. 通过田口法，结合有限元模拟结果，获得了4个因子对S/N的贡献度由大到小依次为：焊点阵列、焊点高度、芯片厚度、焊点材料. 其中焊点阵列的影响最大，其次是焊点高度、芯片厚度，焊点材料影响最小. 基于优化设计，获得了最优的匹配组合为3×3阵列，焊点高度0.02 mm，芯片厚度0.2 mm，焊点材料Cu₆Sn₅.

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焊缝缺陷磁光成像模糊聚类识别方法

代欣欣, 高向东, 郑俏俏, 季玉坤

焊接学报. 2021, 42(1): 54-57. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20200525001

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以激光焊接高强钢(HSS)为对象，研究基于法拉第磁旋光效应的焊缝缺陷磁光成像检测方法. 通过施加交变磁场改变焊缝处磁感应大小，利用磁光传感器获取焊缝缺陷磁光图像，选定特定区域提取灰度共生矩阵(GLCM)特征，并进行分析. 为准确识别和分类焊缝缺陷类型，建立焊缝缺陷模糊聚类识别模型. 通过调整模糊C-均值聚类(FCM)的模糊指数、输入特征值数量以及焊缝缺陷样本得到不同计算结果并进行对比，分析焊缝缺陷的识别效果. 结果表明，模糊C-均值聚类磁光成像方法对裂纹、未熔透及凹坑等焊缝缺陷和同一种焊缝缺陷的不同表现形式都有较好的识别效果.

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SnAg1.0Cu0.5对Ag30CuZnSn药芯钎料润湿性能及钎焊接头力学性能的影响

浦娟, 张雷, 吴铭方, 龙伟民, 钟素娟, 林铁松

焊接学报. 2021, 42(1): 58-64. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20201105002

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向Ag30CuZnSn药芯钎料药粉中添加SnAg1.0Cu0.5(SAC105)粉末，研究了不同SAC105含量对Ag30CuZnSn药芯钎料钎缝组织及钎焊接头性能的影响. 结果表明，SAC105的加入可以显著提高Ag30CuZnSn药芯银钎料的润湿铺展性能，随着SAC105的添加量增加，Ag30CuZnSn药芯银钎料的润湿铺展面积增大. 这主要是因为Sn元素的增加能显著降低钎料的熔化温度，从而增大液态金属的过热度，降低液态金属的粘度，增强液态金属的流动性，最终提高Ag30CuZnSn钎料在304不锈钢表面的润湿铺展性能. SAC105添加量为20% (质量分数)时，钎缝组织最细，主要由交织状的银基固溶体构成，相应的钎焊接头抗剪强度最大为453 MPa，提高了29.9%.

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铝合金CT试样焊接残余应力重分布分析

熊志亮, 王苹, 孟金奎, 孙广, 邱振生

焊接学报. 2021, 42(1): 65-69. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20201006001

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对7005铝合金焊接试样建立有限元模型，模拟分析从试板提取紧凑拉伸试样(CT试样)后试样内部的残余应力重分布情况. 结果表明，CT试样缺口开在焊缝中心线时，横向残余应力在试样中心线两端为压缩状态，中部为拉伸状态，纵向残余应力为压缩状态；缺口开在焊趾时，横向残余应力在两端为压缩状态，中部为拉伸状态，纵向残余应力为拉伸状态；缺口开在母材时，横向残余应力在两端为拉伸状态，中部为压缩状态，纵向残余应力为拉伸状态. 进一步分析表明，焊缝中心线与CT试样边缘的距离超过1/4试样宽度时，两端的横向残余应力为压缩状态，中部为拉伸状态，否则呈现相反的规律. 焊缝中心纵向残余应力随着母材宽度的减小而减小，借助3-Bar模型分析发现，当焊缝一侧的母材宽度小于59 mm时，焊缝中心线的残余应力为压缩状态.

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低镍含氮奥氏体不锈钢激光-电弧焊电弧特性及组织性能

方乃文, 黄瑞生, 闫德俊, 杨义成, 马一鸣, 冷冰

焊接学报. 2021, 42(1): 70-75. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20200502001

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采用100%Ar_2，98%Ar + 2%N_2，92%Ar + 8%N_2，85%Ar + 15%N₂四种混合比例的保护气体对08Cr19MnNi3Cu2N低镍含氮奥氏体不锈钢进行激光-脉冲MAG电弧复合焊接，研究保护气体中氮气比例对焊缝中气孔数量、焊缝熔深和熔宽、电弧形态、微观组织及铁素体含量等影响机制. 结果表明，随着保护气体中氮气比例的增加，焊缝气孔数量增多，气孔的体积也随之增大；焊缝熔深显著增加，而焊缝熔宽变窄，焊缝平均硬度有所下降，电弧收缩明显，电弧弧柱宽度随着氮气比例的增加而减小，焊接飞溅数量随之增加且体积增大，电弧稳定性变差；焊缝中铁素体含量由6.91%，6.80%减少至5.38%和4.62%，铁素体枝晶也逐渐变细，二次枝晶臂变短. 焊缝组织中只仅存在少量δ和γ两相；从4个晶面观察奥氏体晶粒的尺寸也随着氮气比例的增加而逐渐减小.

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一种新型的移动闪光焊轨机供电系统

陶启明, 夏梁志, 李文科, 曹泽, 谭洪涛

焊接学报. 2021, 42(1): 76-82. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20200524002

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针对传统柴油发电机组给移动闪光焊轨机供电的不足，提出一种新型移动闪光焊轨机供电系统. 通过分析移动闪光焊轨机工作特性，提出采用超级电容器与双向DC/DC功率变换器连接后通过开关与蓄电池组并联，构成蓄电池-超级电容混合储能供电系统应用于驱动移动闪光焊轨机工作. 建立了其复合储能系统仿真模型并进行测试，同时通过系统样机的产品开发进行试验，结果表明，该新型混合储能供电系统动态响应速度快、输出稳定，可满足移动闪光焊轨机钢轨焊接的供电需求. 除此之外，该系统还能够克服传统柴油发电机组供电模式的三相负载不平衡，产生废气污染环境等缺点，具有低噪环保等优势. 该系统的自主研发对国内无缝轨道焊接装备技术升级与创新具有重要参考意义.

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用于大面积芯片互连的纳米银膏无压烧结行为

吴炜祯, 杨帆, 胡博, 李明雨

焊接学报. 2021, 42(1): 83-90. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20201016002

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文中采用化学还原法制备出一种可以用于低温烧结的纳米银膏，通过对低温无压烧结纳米银焊点的组织结构、力学性能和失效模式进行了分析，系统地讨论了无压烧结焊点中烧结银组织的渐进性组织演变规律，获得了互连焊点尺寸对烧结银连接性能和可靠性的影响. 在烧结温度250 ℃，保温时间1 h的条件下，焊点面积小于等于3 mm×3 mm时，无压烧结焊点强度可以达到70 MPa以上. 随着尺寸的增加，焊点抗剪强度逐渐降低，但焊点尺寸为10 mm×10 mm时仍然保持20 MPa以上的抗剪强度. 断面形貌表征结果显示，焊点面积越大，烧结银层塑性变形程度越低. 所有尺寸焊点的断面形貌从中心到边缘处均存在渐进性的组织演变，边缘处均呈现剧烈的塑性变形.

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激光+GMAW复合热源焊接过程热-力耦合数值分析

吴向阳, 宿浩, 孙岩, 陈姬, 武传松

焊接学报. 2021, 42(1): 91-96. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20200708001

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从宏观的焊接热过程出发，根据激光+GMAW复合热源焊接的特点，提出了适用于复合热源焊接的“双椭球体＋峰值递增圆柱体”组合式体积热源分布模式；建立了激光+GMAW复合热源焊接过程的有限元模型，数值计算了焊接温度场和焊缝横截面的形状尺寸，计算结果与试验结果吻合良好，证明了组合式体积热源模型的合理性和适用性. 采用焊接温度场的计算结果，进一步对复合热源焊接和GMAW的焊接变形和残余应力进行了数值模拟和对比分析. 结果表明，在焊缝熔深基本相同的情况下，复合热源焊接的焊接热输入、焊缝熔宽、焊接变形和高应力区域范围等均比GMAW小. 研究结果印证了激光+GMAW复合热源焊接工艺的优越性，并为焊接工艺参数的优化提供了基础理论数据.

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2021-1期英文摘要

焊接学报. 2021, 42(1): 97-104.

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2021年, 第42卷, 第1期　
刊出日期：2021-01-25

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