2021年, 第42卷, 第4期　
刊出日期：2021-04-25

  

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  2021-4 期英文摘要

  焊接学报. 2021, 42(4): 1-6. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20200817001

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  铝合金光纤激光高速压力焊接

  张景泉, 黄婷, 王栋, 武强, 徐洁洁, 肖荣诗

  焊接学报. 2021, 42(4): 20-27. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20200910002

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  铝合金对近红外光纤激光反射率高，激光能量利用率低，目前通常采用“万瓦级”光纤激光实现铝合金的高速激光焊接. 文中采用激光压力焊接的方法，实现了铝合金“千瓦级”光纤激光的高速焊接. 研究了不同工艺参数下焊缝的成形性，计算了激光能量的汇聚规律，并利用电子背散射衍射技术(EBSD)对焊缝微观结构进行表征. 结果表明，激光功率为1～6 kW、焊接速度为5～20 m/min时均可实现焊接. 当激光功率为6 kW时，焊接速度可达50 m/min. 计算结果证明，激光压力焊接方法具有显著的能量汇聚作用，功率密度最大可达到原始聚焦激光束的4.6倍，提高了激光能量的利用率. 通过对焊缝微观组织的表征进一步证明，激光能量汇聚作用实现了材料的快速熔化凝固，随后在压力作用下，填充了搭接间隙.
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  焊剂片约束电弧焊接高强钢T形接头电弧形貌与熔滴过渡模式分析

  乔及森, 杨元庄, 高振云, 陆万全, 王磊

  焊接学报. 2021, 42(4): 28-35. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20201117002

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  针对高强钢三明治板焊接加工难题，提出一种焊剂片约束电弧(FBCA)焊接方法，获得了成形良好的T形接头. 首先对焊剂片高温熔化状态进行测量和分析，其次通过搭建的高速摄像系统，采集焊接过程中电弧及熔滴图像，分析电弧形貌变化与熔滴过渡模式，最后测量焊后T形接头尺寸并研究焊缝成形规律. 结果表明，不同参数下FBCA焊接存在短路过渡、弧桥并存过渡、大滴过渡、细滴过渡及亚射流过渡，焊剂片存在小颗粒状、大颗粒状、液桥状及弧桥并存状，当焊剂片为弧桥并存状/液桥状，弧桥并存过渡时，电弧被压缩，电弧燃烧稳定，焊缝成形最好.
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  水下湿法药芯焊丝焊接气泡动态演变与其声脉冲分析

  李志刚, 祝林, 黄卫, 徐翔, 叶建雄

  焊接学报. 2021, 42(4): 36-41. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20200517001

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  水下湿法药芯焊丝焊接(FCAW)以操作适用性好等优点在海洋设施维修中占有重要地位，焊接区域周围动态变化的气泡生长会影响焊接电弧的稳定性. 文中通过搭建水下湿法焊接试验平台，进行了湿法药芯焊丝焊接试验，利用传感器对焊接过程中的电弧电流电压信号，气泡声信号以及气泡高速图像进行了同步采集；研究了气泡声信号与气泡高速图像的对照关系，并对气泡声信号与电弧电流电压信号进行同步分析，获得了不同电弧燃烧状态下的气泡演变行为，以气泡声信号的变化来反映气泡演变对水下湿法焊接电弧燃烧的稳定状态的影响. 结果表明，气泡声信号可以清晰地反映焊接电弧燃烧的各种状态，能对不同气泡演变模式进行分类，并可从中分析其与电弧燃烧特性的对应关系.
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  薄壁中空环形件的电弧增材制造工艺分析

  薛丁琪, 阮鹏祥, 程诗文, 张种种, 耿海滨, 韩绍华

  焊接学报. 2021, 42(4): 42-48. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20200829003

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  基于冷金属过渡技术，研究了全封闭薄壁中空环形件的电弧增材制造工艺. 首先在单层单道熔敷层圆弧形截面轮廓的基础上推导了单道多层熔敷层的叠加数学模型；其次建立了可根据薄壁结构尺寸获取合理工艺参数的等体积电弧增材模型，最后通过试验数据验证了模型的可靠性. 基于该模型，建立了工艺参数(送丝速度、电弧移动速度)与成形件尺寸之间的关系，在优化的增材工艺下成形出了外观质量良好的薄壁中空环形工件，并将成形件扫描得到的实际轮廓与理论轮廓进行对比，验证了叠加模型和等体积增材模型的准确性以及工艺的可行性.
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  基于能量耗散的Q460焊接接头疲劳强度评估

  魏巍, 孙屹博, 杨光, 孙杨, 杨鑫华

  焊接学报. 2021, 42(4): 49-55. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20200907001

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  传统基于温度数据的疲劳强度预测方法，无法揭示疲劳过程背后的不可逆能量耗散机理. 针对Q460焊接接头疲劳强度，提出一种新的基于不同载荷等级下能量耗散斜率转折的疲劳强度预测方法，即最大斜率法. 采用红外热像仪测得的试件表面实时热像数据，建立高周疲劳过程能量耗散模型，并计算不同载荷等级下的Q460焊接接头能量耗散值. 借助不同载荷等级下的能量耗散随载荷等级增加时其值存在转折点这一理论，将能量耗散作为疲劳强度的预测参量，实现其疲劳强度的快速预测. 为验证模型的准确性，将由最大斜率法得出的疲劳强度估计值分别与传统双线法和升降法的计算值进行对比. 结果表明，由最大斜率法得到的疲劳强度预测值与通过双线法和升降法得到的预测值较为接近，误差分别为0.04%和7.40%，能够为焊接接头疲劳强度预测提供一定的参考.
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  填充ER309焊丝的异种钢接头二型边界形成机理

  郑韶先, 曾道平, 孟倩, 赵锡龙, 李金梅

  焊接学报. 2021, 42(4): 56-61. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20200902001

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  对填充ER309焊丝的1Cr18Ni9Ti/Q235异种钢接头二型边界形成机理进行了研究. 结果表明，二型边界是由碳钢侧不均匀混合区内Ni质量分数为5% ~ 6%的位置所形成的凝固界面向焊缝中心一侧迁移而形成的. 当部分熔合区和不均匀混合区内Ni质量分数小于5% ~ 6%的区域(N区)为熔池凝固提供δ相基底，或者部分熔合区提供γ相基底且N区提供δ相基底的情况下，碳钢侧熔合边界附近均会形成二型边界；当部分熔合区提供δ相基底且N区提供γ相基底，或者部分熔合区和N区均提供γ相基底的情况下均不会形成二型边界.
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  AA6061填丝FSW T形接头特征及动静载特性分析

  李冬晓, 张斌, 张俊林, 刘淑芬, 姜坤, 杨新岐

  焊接学报. 2021, 42(4): 62-68,91. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20201109003

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  利用自主开发的填丝静止轴肩T形接头焊接工具开展了6061-T4铝合金填丝T形接头的焊接试验，获得了成形良好的无缺陷T形接头. 对接头内部成形、显微组织、硬度分布、静载强度及疲劳性能进行了测试与分析. 结果表明，接头轴肩影响区表面存在超细晶区，内部质量良好，焊核区不同位置填充材料与母材发生了不同程度的混合. 接头底板及筋板硬度较母材有不同程度的降低，拉伸测试中底板和筋板方向接头均断裂于热影响区，接头系数分别0.68和0.83. 过渡圆角明显提高了接头的疲劳性能，在2 × 10⁶疲劳寿命下的具有90%置信度及97.5%存活率的特征疲劳强度可达101.4 MPa，远高于IIW建议的设计准则. 疲劳断口显示疲劳裂纹萌生于接头表面轴肩压入边缘，在交变载荷作用下向内部扩展，裂纹稳定扩展区可见明显的疲劳条带，断裂机制为穿晶断裂.
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  X80埋弧焊热影响区的微观组织与局部软化行为分析

  朱敏, 张延松

  焊接学报. 2021, 42(4): 69-73,96. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20200929002

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  以X80高等级管线钢埋弧焊接头作为研究对象，利用小尺寸拉伸样配合数字图像相关技术(DIC)对其热影响区的局部软化现象和失效行为做了表征，研究接头热影响区的强度退化和组织演变之间的关系. 应用数字图像相关技术的拉伸应变云图表明，单道焊热影响区内的一次细晶区(FGHAZ)及两道焊交叠热影响区内的二次细晶亚区(UAFZHAZ和ICFGHAZ)均发生了明显的软化现象. 微观组织表征结果表明，微区内部位错缠结、位错墙等亚结构消失导致的位错强化效果的下降和M/A组元形态及数量变化导致的析出强化效果的减弱是软化发生的主要原因；在两道焊交叠热影响区，二次细晶亚区的局部软化可以被周围的其它区域有效缓和，对接头的安全服役威胁较小，相比之下，一次细晶区的强度退化更值得关注.
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  SiC_f/SiC与MX246A钎焊接头界面组织及性能分析

  侯金保, 赵磊

  焊接学报. 2021, 42(4): 74-78. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20201222001

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  利用Ti，Hf的反应活性配制的高温活性钎料，对SiC_f/SiC复合材料与MX246A高温合金进行了高温钎焊，并实现两者高强度钎焊连接，分析了接头界面微观组织、物相组成与力学性能. 结果表明，(SiC_f/SiC)/MX246A钎焊接头界面中有Ni₂Si，NiTi，TiC，NiAl，Ni₃₁Si₁₂等产物生成，其结构可以表示为：(SiC_f/SiC)/TiC + NiTi + Ni₂Si + Ni₃₁Si₁₂ + (Ni, Cr) + (Cr, W) + (W, Mo)/MX246A. 在室温及1 000℃下，钎焊接头抗剪强度均达到70 MPa以上，接头断裂于复合材料侧. 在1 270 ℃保温15 min条件下，(SiC_f/SiC)/MX246A钎焊接头1 000 ℃的平均抗剪强度可达到90 MPa.
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  基于焊缝高熵化的TA2与0Cr18Ni9板材TIG焊分析

  翟秋亚, 刘帅宾, 田甜, 徐锦锋, 叶建林

  焊接学报. 2021, 42(4): 79-83. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20200830003

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  针对钛/钢焊接难，焊缝易产生金属间化合物导致接头力学性能不良等问题，依据焊缝金属高熵化技术思路，通过基于密度泛函理论的热力学第一性原理设计并制备出塑韧性良好的多主元Ti₁₀Fe₂₉Ni₃₂Cu₂₂V₇合金作为焊材，用于TA2/0Cr18Ni9薄板的TIG焊接. 结果表明，使用Ti₁₀Fe₂₉Ni₃₂Cu₂₂V₇焊材熔焊钛/钢，所得焊接接头形貌完整，无明显焊接缺陷，焊缝金属与母材结合性良好. 焊缝中心组织则由等轴晶组成，熔合区组织以柱状晶为特征，这些晶体均具有简单立方固溶体结构，有效避免了TiFe₂，TiFe金属间化合物的形成，接头抗拉强度达到205 MPa.
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  Ti600和Ni-25%Si合金钎焊接头性能及失效机理分析

  李晓鹏, 张泽宇, 王厚勤, 张秉刚, 于涛, 冯吉才

  焊接学报. 2021, 42(4): 84-91. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20201209002

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  采用Ti-Zr-Ni-Cu非晶钎料对高温钛合金Ti600和Ni-25%Si (原子分数，%)合金进行钎焊试验，重点研究了钎焊温度对镍硅与钛合金接头组织及性能的影响，结合接头组织特征及断口结构分析阐明了Ti600和Ni-25%Si合金钎焊接头的失效机理. 结果表明，钎缝内部包含多个区域，随着连接温度从900 ℃上升至980 ℃，包含(Ti,Zr)₂Si和Ti₂Ni相的区域逐渐消失，包含Ti₅Si₃和Ti₂Ni相的区域逐渐变厚，最终占据全部钎缝. 力学性能分析表明，随着钎焊温度的升高，接头抗剪强度先增大后降低. 当钎焊温度为960 ℃时，接头的抗剪强度能够达到峰值177 MPa. 在脆性Ti₂Ni相基体上弥散分布的Ti₅Si₃相颗粒破坏了Ti₂Ni相的连续性，阻碍了裂纹在钎缝内部的扩展是钎焊接头抗剪强度提升的根本原因.
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  一种带LCL滤波的双丝弧焊电源EMC设计

  张涛, 王晓文

  焊接学报. 2021, 42(4): 92-96. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20200618005

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  为了抑制逆变双丝弧焊电源与电网之间的谐波干扰，提高逆变电源的工作稳定性，提出一种软开关与LCL滤波器相结合的逆变弧焊电源主电路，提高系统的电磁兼容性. 通过采用软开关逆变拓扑结构，减小功率器件开关应力，抑制谐波幅值，提高逆变电源工作稳定性. 通过在电源输入侧设计三相LCL滤波器，降低电网谐波对逆变电源影响，同时减少功率器件开关对电网造成谐波干扰. 针对LCL滤波器存在的谐振问题，通过采用滤波电容串联电阻的方法，有效抑制了谐振的发生，保证系统的稳定运行. 对ZVZCS软开关和LCL滤波器进行了理论分析和软件仿真. 结果表明，通过LCL滤波器与软开关电源配合，逆变电源工作稳定性提高，对电网谐波干扰降低，此设计使系统电磁兼容性得到提高.