2021年, 第42卷, 第5期　
刊出日期：2021-05-25

  

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  套娃式新型爆炸焊接法及试样焊接质量分析

  张龄匀, 马宏昊, 沈兆武, 周国安

  焊接学报. 2021, 42(5): 1-6. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20201009003

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  采用套娃式新型爆炸焊接法一次试验高效制备出以Q235钢为基管、T2紫铜为覆管的Q235/T2复合管及以1060工业纯铝为覆管、T2紫铜为基棒的1060/T2复合棒各一件. 对试样结合界面的微观形貌及轴向压缩行为进行了测试与分析. 结果表明，受传爆装置产生的射流影响，1060/T2爆炸焊接棒顶端有一直径约3 mm的球形凹槽，距顶部约有8.5 mm区域焊接质量较差，其余部位焊接质量良好；Q235/1060爆炸焊接管未受此影响. 沿着爆轰波传播方向，Q235/T2复合管及1060/T2复合棒的结合界面均逐渐从不稳定波形结合过渡到规则的、幅值/宽度分别约为65 μm/210 μm、120 μm/400 μm的波形结合. EDS显示Q235/T2复合管结合界面处铁铜原子扩散比在44∶56 ~ 72∶28之间，1060/T2复合棒结合界面处有AlCu，Al₂Cu生成；力学性能方面，轴向准静态压缩条件下，Q235/T2复合管、1060/T2复合棒的屈服应力/屈服应变分别约为598 MPa/5.8%和340 MPa/4.8%.
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  高熵合金FeCoCrNiB_0.2Mo_x激光熔覆层抗冲蚀性能

  包晔峰, 谢秉錡, 宋亓宁, 蒋永锋

  焊接学报. 2021, 42(5): 7-13. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20201027001

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  为改善钢材表面耐冲蚀性能，采用激光熔覆的方法在Q235基体上制备了高熵合金FeCoCrNiB_0.2Mo_x(x = 0，0.5，1)涂层，使用光学显微镜观察了熔覆层的组织；利用X射线衍射仪分析了合金熔覆层的相组成以及晶格畸变；使用维氏硬度计和自制冲蚀设备，研究了Mo对熔覆层硬度和耐冲蚀性能的影响. 结果表明：FeCoCrNiB_0.2Mo_x熔覆层由树枝晶组成，层间还可以观察到细晶区；由于激光熔覆较快的冷却速率抑制了金属间化合物的析出，高熵合金FeCoCrNiB_0.2Mo_x激光熔覆层完全由单相BCC固溶体组成；FeCoCrNiB_0.2Mo_x激光熔覆层硬度可达600 HV0.2以上；熔覆层耐冲蚀性能优良，冲蚀失重速率小于2.25 × 10⁻⁴ g/h；并且随着Mo元素含量的增加，涂层的晶格畸变增加，固溶强化效果更加显著，使得熔覆层硬度上升，因此FeCoCrNiB_0.2Mo_x熔覆层的抗冲蚀性能上升；FeCoCrNiB_0.2Mo_x系列涂层的冲蚀破坏主要以塑性微切削和锻压挤压为主.
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  AZ31Mg/2A12Al爆炸复合板界面组织与性能

  王小伟, 杨东青, 李晓鹏, 王磊, 王克鸿

  焊接学报. 2021, 42(5): 14-17. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20201009001

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  镁合金板上复合铝合金板对拓宽镁合金的使用范围具有重要意义. 采用爆炸焊接进行了镁合金板和铝合金板工艺试验，并制成镁合金和铝合金复合板. 使用光学显微镜、扫描电子显微镜观察焊后复合板结合界面处的微观形貌，分析了界面形成过程. 使用显微硬度计和剪切试验机测量了复合板结合界面处的硬度和抗剪强度. 结果表明，经爆炸焊接后，复合板界面熔化区发生了冶金结合，对应的组织为Al₃Mg₂和Al₁₂Mg₁₇金属间化合物的混合物. 熔化区域硬度为126 HV, 较基板硬度有明显升高(铝合金110 HV，镁合金70 HV). 结合界面处同一取样方向上，试件抗剪强度存在差异：x轴方向取样的剪切件强度呈现出先增加后减小的变化趋势，其平均值分别为112.3 MPa (垂直爆炸方向)，87.0 MPa (平行爆炸方向)；y轴方向取样的各剪切件强度基本相当，平均值分别为56.5 MPa (垂直爆炸方向)，62.0 MPa (平行爆炸方向).
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  TC17钛合金嵌入式线性摩擦焊接头组织与性能

  金俊龙, 陶军, 季亚娟, 张传臣

  焊接学报. 2021, 42(5): 18-22. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20200608003

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  针对航空长形整体构件锻造与加工的难题，提出采用嵌入式线性摩擦焊方法进行分段组合制造，采用嵌入式线性摩擦焊技术开展了TC17钛合金试验件的焊接，针对所形成的V形接头，分析了接头塑性流动规律与接头形成机理、组织特征与力学性能. 结果表明，焊接过程中，金属流动规律与普通线性摩擦焊接头有显著区别，高温塑性金属随着楔块的移动逐渐往底部尖端流动聚集，导致尖端焊缝较宽，上部较窄，顶锻侧试件热力影响区金属变形量大于振动侧，接头内楔块尖端热力影响区较宽，其范围内存在一个热影响区域，接头拉伸强度与疲劳强度均与母材等强，试样均断于母材区域.
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  焊缝金属中针状铁素体晶粒长大行为

  宋峰雨, 周来宏, 伦文山, 黄增阳, 柏祥洋

  焊接学报. 2021, 42(5): 23-28. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20200929003

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  以针状铁素体(AF)组织为基体组织的大热输入焊缝金属作为研究对象，采用金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜电子背散射衍射装置(EBSD)、全自动静态相变仪等手段表征了焊缝金属内细长状的针状铁素体(AF)组织晶粒的取向特征，分析不同焊接热输入对焊缝金属内AF晶粒形核以及长大行为的影响规律. 结果表明，在大热输入焊接条件下，当焊缝金属的冷却速度低于临界冷却速度时，AF晶粒以多边形铁素体形态从夹杂物边缘开始形核时，此刻与母相奥氏体(γ)间偏离K-S关系，当焊缝金属温度降低至相变开始温度后，AF晶粒以细长的针状开始长大，并且与母相奥氏体间满足K-S关系. 但是随着焊接热输入降低，冷却速度逐步的加快，AF晶粒形核尺寸将越来越小，并且向着与母相奥氏体满足K-S关系的取向偏转速度加快，当焊缝金属的冷却速度超过临界冷却速度时，AF晶粒不用形核就可以迅速长大.
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  冲蚀角对超音速火焰喷涂Cr₃C₂-NiCr涂层冲蚀磨损行为的影响

  吴玉萍, 杲志峰, 龙伟漾, 纪秀林

  焊接学报. 2021, 42(5): 29-35. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20201110002

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  采用超音速火焰喷涂(high-velocity oxygen-fuel, HVOF)技术，在1Cr18Ni9Ti不锈钢表面制备Cr₃C₂-NiCr金属陶瓷复合涂层. 研究了涂层的显微组织、相组成以及涂层和不锈钢的冲蚀行为和机理，探讨了冲蚀角与耐冲蚀性能的关系规律. 结果表明，涂层组织结构致密均匀，主要由Cr₃C₂以及少量的Cr₇C₃, Cr₂₃C₆和(Ni, Cr)固溶体相组成. Cr₃C₂-NiCr涂层的耐冲蚀性能随着冲蚀角的增大而减小，在低冲蚀角下涂层的破坏形式主要为微切削，重量损失较低，表现出优异的耐冲蚀性能. 随着冲蚀角的增大，冲蚀沙粒对涂层产生垂直冲击作用，粘结相与硬质相之间产生裂纹导致粘结相脱落，硬质相失去粘结相的支撑作用而裸露出来，在冲蚀沙粒的持续攻击下剥落，形成许多小冲蚀坑. 随着剥落硬质相数量的增加，小冲蚀坑逐步发展为大冲蚀坑，重量损失较大，耐冲蚀性能较差.
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  热处理对80 μm间隙下IC10高温合金TLP扩散焊组织及高温性能的影响

  李琪, 刘凤美, 乐雄, 熊敏, 易耀勇, 高海涛

  焊接学报. 2021, 42(5): 36-44. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20201209003

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  采用瞬间液相扩散焊技术焊接了80 μm间隙下的IC10高温合金，利用扫描电镜(SEM/EDS)、纳米压痕仪及高温拉伸试验机对热处理前后IC10接头焊缝组织形貌、弹性模量、显微硬度、高温拉伸、高温持久性能及接头断口形貌进行了测试. 结果表明，当采用SBM-3作为中间焊料，焊缝间隙尺寸为80 μm时，在1 250 ℃，5 MPa，6 h的焊接工艺条件下，焊缝组织与母材组织形貌成分相近. 经过热处理后，测得其在1 100 ℃的温度下，抗拉强度可达268 MPa，高于母材(275 MPa)的97.5%；对焊缝的高温持久性能进行了检测，测得其在温度1 100 ℃，应力为36 MPa的条件下，焊缝持久寿命大于117 h，高于母材的90%. 在接头结构中，较大体积浓度的γ + γ′相存在于焊缝中，接头结构由母材平稳过渡到焊接接头. 高温拉伸及高温持久试验中裂纹从硼化物和碳化物的边缘以及γ + γ′共晶边缘处的微孔扩展. 热处理提高了母材弹性模量的同时降低了焊缝的弹性模量，接头弹性模量的降低提高了TLP扩散焊接头的高温力学强度.
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  高压干法X65管线钢GMAW焊接接头在模拟海水中的腐蚀行为

  张忠明, 薛龙, 李齐龙, 黄继强, 徐春杰

  焊接学报. 2021, 42(5): 45-50. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20200824001

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  高压干法熔化极气体保护焊(简称GMAW)在海底油气管道等水下构件的组装和维修中有着非常广泛的应用，焊接接头在海水中的腐蚀行为对于海底输油管道的安全运行至关重要.通过模拟浸泡试验和极化曲线法研究不同环境压力下(常压，0.3 MPa，0.5 MPa) X65管线钢干法GMAW焊接接头在人工海水中的腐蚀行为及机理. 结果表明，与焊缝和母材相比，热影响区的耐蚀性最差，且环境压力对焊接接头的腐蚀性能影响不明显. X65管线钢干法GMAW焊接接头在人工海水中的腐蚀形式以点蚀为主，在浸泡后期出现严重的局部腐蚀；腐蚀产物由FeOOH，Fe₂O₃，Fe₃O₄组成，腐蚀产物层在浸泡初期起到减缓金属腐蚀的作用，但随着浸泡时间延长，腐蚀产物层的致密性降低，其下的金属接头容易遭受到Cl⁻的破坏，使局部腐蚀过程加剧.
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  Ni-P镀层对Cu/Al钎焊界面结构及性能的影响机制

  黄俊兰, 龙伟民, 钟素娟, 耿进锋, 丁天然, 秦建

  焊接学报. 2021, 42(5): 51-56,70. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20201127001

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  为了研究Ni-P镀层对Cu/Al异种金属钎焊界面反应的影响，首次采用Zn98Al和BAl67CuSi两种钎料对含/不含Ni-P镀层的T2紫铜与3003铝合金进行了高频钎焊，获得4种不同的钎焊接头，分别对接头Cu侧界面结构、抗剪强度、断口形貌、显微硬度及弯曲形貌进行了系统研究，并与无镀层接头进行对比. 结果表明，T2表面镀覆Ni-P后，Cu/Zn98Al/Al接头中Cu基体/钎缝界面结构由扩散层+8.8 μm厚的Cu_3.2Zn_4.2Al_0.7化合物转变为1.5 μm厚的Al₃Ni化合物，而Cu/BAl67CuSi/Al接头中Cu基体/钎缝界面结构由扩散层+15 μm厚CuAl₂转变为1.8 μm厚Cu₃NiAl₆；与无镀层接头相比，镀覆Ni-P后，Cu/Zn98Al/Al接头强度略有上升，Cu/BAl67CuSi/Al接头强度略有下降，但两种接头的韧性均明显增强，力学性能试验结果与接头Cu侧界面微观组织转变规律相符. 最后建立了Cu/Al接头的界面反应模型，并阐明了Ni-P镀层对Cu/Al接头界面结构和力学性能的影响机制.
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  Zn元素对Sn0.5Ag0.7Cu/Cu接头剪切性能和时效接头组织结构的影响

  张敏, 朱子越, 许桓瑞, 王刚, 杜明科, 王博玉

  焊接学报. 2021, 42(5): 57-64. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20200909002

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  为了改善Sn0.5Ag0.7Cu/Cu接头组织结构和力学性能，通过在Sn0.5Ag0.7Cu钎料中添加Zn元素，以Sn0.5Ag0.7Cu-xZn (x=0, 0.1, 0.4, 0.7, 1)钎料合金对紫铜基板进行了熔钎焊试验，并对接头进行微观组织及力学性能分析. 结果表明，改变了接头结合界面处金属间化合物(intermetallic compound，IMC)组织结构，增强了接头剪切断裂的韧性断裂特征，提高了接头抗剪强度. 当Zn元素的加入量为0.4% (质量分数)时，接头抗剪强度达到最高的47.81 MPa. 添加Zn元素等温时效处理后，对接头中IMC层的生长有着抑制作用，并且随着时效温度的提高和时效时间的延长，脆性层Cu₅Zn₈会破碎直至消失，因此在改善接头结合界面处IMC组织性能的同时，不会改变其组成和结构.
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  NiCrBSi超音速火焰喷涂层在不同温度下的磨损行为

  陈立佳, 赵力东, 王旭, 周正, 郭星晔, 贺定勇

  焊接学报. 2021, 42(5): 65-70. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20200923002

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  采用超音速火焰喷涂在铸铁表面制备了NiCrBSi喷涂涂层，以研究其在不同温度下的摩擦磨损行为. 采用pin-on-disc试验设备在室温和300 ℃下对NiCrBSi涂层进行了摩擦磨损试验，分析了温度对NiCrBSi涂层摩擦系数和磨损率的影响规律；采用XRD和SEM对NiCrBSi喷涂态涂层进行了微观组织结构分析；通过SEM对涂层磨损样品的表面和截面进行了微观组织观察，探索涂层在不同温度下的磨损机制. 结果表明，NiCrBSi涂层结构致密，具有典型的喷涂层状结构，主要由γ-Ni相、Cr₇C₃相、Ni₃B相和CrB相组成；孔隙率为1.11%，硬度为742 HV0.1 ± 24 HV0.1. NiCrBSi涂层在室温下发生明显的粘滑现象，随着试验温度的升高，涂层的摩擦系数降低；升高的试验温度导致涂层硬度降低，涂层磨损率升高，耐磨性能下降. 涂层在室温及300 ℃下的磨损机制由磨粒磨损和疲劳磨损组成，随着温度的升高，磨粒磨损越加严重.
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  铝锂合金机器人搅拌摩擦焊接头组织和性能

  张满当, 赵运强, 董春林, 谭锦红, 易耀勇, 吴伟

  焊接学报. 2021, 42(5): 71-76. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20201120002

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  为降低焊接压力以适应机器人搅拌摩擦焊接的需求，采用小尺寸轴肩，在较低焊接载荷下进行搅拌摩擦焊接试验. 以单位面积焊缝热输入相同为控制原则，研究了搅拌头轴肩尺寸对2 mm厚2060-T8铝锂合金搅拌摩擦焊接过程压力、焊缝成形、接头微观组织及力学性能的影响. 结果表明，随着搅拌头轴肩尺寸的减小，所需焊接压力呈非线性下降，且稳定焊接过程中载荷振幅值降低. 当轴肩尺寸为4 mm时，焊缝表面形成较大飞边，且接头内部产生孔洞缺陷，当轴肩尺寸大于6 mm时，能获得表面成形良好且内部无缺陷的接头. 当轴肩尺寸为6 mm时，焊接压力为2 800 N，焊核区平均晶粒尺寸为0.52 μm，接头抗拉强度达到最大为396 MPa，为母材的74.1%，显微硬度呈“U”形分布，断裂位置为焊核区，断裂方式为韧—脆混合型断裂.
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  308L不锈钢热丝等离子弧增材构件组织和性能

  冯曰海, 汤荣华, 刘思余, 陈琪

  焊接学报. 2021, 42(5): 77-83. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20200512001

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  随着增材构件重量的大幅度增加和形状复杂性的急速提升，增材时间成本占比越来越高，为了在保持焊枪达到尽可能多空间位置的基础上，提高熔敷效率，降低时间成本比例，提出了热丝等离子弧增材制造工艺. 分别采用冷丝等离子弧增材制造(CW-PAM)和热丝等离子弧增材制造(HW-PAM)两种工艺进行了50层直壁体增材对比试验，研究了HW-PAM工艺的特性，并对增材试样的显微组织和力学性能进行对比分析. 结果表明，HW-PAM工艺的平均熔敷效率提高了105%, 在电弧行进速度为20 cm/min时，熔敷金属损失率最多可降至1.42%，比CW-PAM工艺降低了6.18%. 在电弧行进速度为50 cm/min时，试样内部存在大量非等轴铁素体，平均晶粒直径从CW-PAM工艺的8.37 μm细化到7.62 μm. HW-PAM试样的抗拉强度均在700 MPa以上，断后伸长率最高可达到53%，比CW-PAM工艺提高了6.25%.
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  随焊旋转冲击抑制30CrMnSi接头热影响区软化

  张勇, 唐家成, 葛泽龙, 綦秀玲

  焊接学报. 2021, 42(5): 84-89. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20200309001

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  研究了随焊旋转冲击方法在抑制30CrMnSi接头热影响区软化中的影响规律. 采用随焊旋转冲击装置对焊接过程中产生软化的区域进行旋转冲击，利用维氏硬度计对不同随焊旋转冲击工艺参数作用下的焊接接头热影响区进行硬度测试，通过倒置金相显微镜对常规焊接试样及不同随焊旋转冲击工艺参数作用下的接头软化区进行组织观察，并对软化区C元素分布情况进行能谱分析. 结果表明，随焊旋转冲击作用使得接头软化区硬度明显提高，接头软化区铁素体含量明显增加，C元素弥散分布消除局部偏聚，接头热影响区软化现象得到有效抑制，接头力学性能显著提升.
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  镍基合金异质熔焊9Ni钢接头组织和性能及纳米压痕分析

  陈一鑫, 李晓泉, 郝本行, 云叶菱, 杜永勤

  焊接学报. 2021, 42(5): 90-96. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20200803001

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  采用对接焊方法，以NiCrMo-6焊条作为填充材料，对板厚9 mm的9Ni钢母材进行了焊接试验.通过光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱分析(EDS)等方法对熔焊接头组织进行观察分析.采用纳米压痕技术对熔焊接头中母材(BM)、粗晶热影响区(CGHAZ)、熔合区(FB)和焊缝中心区域(WM)各微区之间的微观组织与力学性能的关系进行表征.辅以接头原位拉伸试验，确定焊接薄弱区.结果表明，焊缝柱状组织中，Fe-Cr，Ni-Cr-Fe等主要析出相在奥氏体基体上弥散分布，热影响区组织以粗板条马氏体及贝氏体为主，板条间逆变奥氏体相已基本消失.纳米压痕试验结果显示，熔焊接头具有突出的抗塑性流变变形能力，粗晶热影响区强度最高，而熔合区强度最低.拉伸断口观察试验进一步显示熔合线区域受撕裂应力影响易发生断裂，为接头薄弱区.
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  2021-5 期英文摘要

  焊接学报. 2021, 42(5): 97-104.

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