2021年, 第42卷, 第6期　
刊出日期：2021-06-25

  

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有色金属先进连接专题
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  Zn挥发对Ag-Cu-Zn钎料在TiC-Ni金属陶瓷表面润湿性的影响

  李玉龙, 吴昊樾, 雷敏

  焊接学报. 2021, 42(6): 1-6. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20201130001

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  采用Ag-Cu-Zn钎料对TiC-Ni金属陶瓷进行润湿. 结果表明，真空条件下，以22.5 ℃/min的速率加热至810 ℃，保温10 min，Ag-Cu-Zn/TiC-Ni金属陶瓷三相线附近界面生成了连续的(Cu, Ni)组织. 钎料在TiC-Ni金属陶瓷表面润湿过程先后经历孕育阶段、铺展阶段、钉扎阶段、回撤阶段和平衡阶段，最终平衡润湿角为27.3°. 随着加热速率由10 ℃/min上升到30 ℃/min，Zn挥发速率加快，钎料铺展过程持续时间变短，三相线附近界面(Cu, Ni)组织数量减小，由连续的层状组织转变为断续的块状组织，且钎料在金属陶瓷表面平衡润湿角不断增大. 相比真空环境，氩气环境下，Zn挥发速率降低，虽然钎料能大量溶解TiC-Ni金属陶瓷中的Ni基体，但是三相线附近界面仅有少量(Cu, Ni)形成，使其在金属陶瓷表面的润湿基底直径随时间逐渐增大，而润湿角逐渐减小，随后润湿基底直径几乎保持不变，而润湿角缓慢升高.
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  超声冲击对含根部缺陷铝合金FSW接头疲劳性能的影响

  詹睿, 王东坡, 邓彩艳, 崔雷, 管卫, 梁行

  焊接学报. 2021, 42(6): 7-12. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20201220001

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  针对含有根部“弱连接”缺陷的铝合金搅拌摩擦焊接头，采用4点弯曲疲劳试验方法，对比了超声冲击、超声喷丸及超声冲击 + 超声喷丸处理对疲劳性能的影响. 对比分析了试样处理前后根部“弱连接”形貌、显微硬度数值和残余应力分布，探究了其提升焊接接头疲劳性能的机制. 结果表明，相较于超声冲击仅对2 × 10⁶周次以下疲劳强度的提高，超声喷丸、超声冲击 + 超声喷丸均显著提升了高周疲劳性能，对应于2 × 10⁶周次，疲劳强度分别提高13%和40%. 超声冲击 + 超声喷丸复合处理不仅在接头根部缺陷处形成了致密的加工硬化层，而且利用超声喷丸处理引入了更宽的压缩残余应力区域，消除了超声冲击后可能残留的叠形缺陷，进而显著改善了疲劳性能.
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  焊丝对T2紫铜/316L不锈钢GTAW接头组织及性能的影响

  朱元皓, 吴宝生, 郭柏征, 李鹏, 董红刚

  焊接学报. 2021, 42(6): 13-21. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20210108003

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  采用钨极氩弧焊，分别填充纯铜焊丝和307Si焊丝对T2紫铜/316L不锈钢异种金属进行对接焊，探究焊丝对铜/不锈钢异种金属接头微观组织、力学性能和耐蚀性的影响. 结果表明，铁-铜液相分离对焊缝组织的形成起主导作用，但由于过冷度不同，填充两种焊丝制备焊缝的液相分离程度不同：铜焊丝制备焊缝中生成了初次液相分离富铁球，其内部又发生二次液相分离现象，生成富铜相；307Si焊丝制备焊缝中生成了初次液相分离富铜相，但富铜相并未呈现二次液相分离特征. 两种焊丝制备接头在拉伸试验中均断裂于铜侧热影响区，抗拉强度均超过铜母材强度的80%. 拉伸断口分布着韧窝和延伸区，呈现典型的韧性断裂特征. 腐蚀及电化学试验结果表明，与307Si焊丝制备接头相比，铜焊丝制备接头的腐蚀深度差更大，腐蚀电流密度更高，耐蚀性更差.
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  Al_0.1CoCrFeNi高熵合金/TA2钛复合板爆炸焊接试验及性能测试

  田启超, 马宏昊, 沈兆武, 陈子俊, 赵凯, 赵阳

  焊接学报. 2021, 42(6): 22-29. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20200506002

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  高熵合金是一种新兴的多主元合金，具有作为结构材料的潜力，但对高熵合金焊接工艺的研究还很有限. 通过爆炸焊接实现了Al_0.1CoCrFeNi高熵合金与TA2工业纯钛的复合连接，并研究了Al_0.1CoCrFeNi/TA2复合板的微观结构和力学性能. 结果表明，Al_0.1CoCrFeNi/TA2复合板具有不连续熔化区的波状结合界面，熔化区中呈现多元素混合状态，并且具有较均匀的元素分布. 熔化区的硬度大于界面附近的硬度，并且硬度随着离界面距离的增加逐渐降低，但仍高于原始材料. 相对于焊接前的Al_0.1CoCrFeNi高熵合金的强度(398 MPa)，爆炸焊接后的Al_0.1CoCrFeNi/TA2复合板强度明显提高(567 MPa)，但断后伸长率降低. 说明爆炸焊接可以有效的将Al_0.1CoCrFeNi高熵合金与TA2工业纯钛相结合，而形成的复合板具有良好的力学性能.
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  钛/钢复合板焊接技术研究现状及发展趋势

  胡奉雅, 许国敬, 陈伟, 冷雪松, 付魁军, 闫久春

  焊接学报. 2021, 42(6): 30-43. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20210110001

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  综合分析了已有钛/钢复合板焊接的研究成果，基于钛与钢焊接与连接的冶金特性，归纳总结并剖析了钛板搭接焊和对接焊、复合板过渡焊接工艺过程和焊缝金属冶金特点及相关力学性能，提出了未来钛/钢复合板焊接研究的重点发展方向及相关科学问题，希望对该领域的基础研究及工程应用提供有价值的参考.
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  钛合金/不锈钢冷金属过渡焊接头组织及性能

  常敬欢, 曹睿, 闫英杰

  焊接学报. 2021, 42(6): 44-51. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20210114001

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  采用铜基填充金属对TC4钛合金、304不锈钢进行冷金属过渡焊接，分析了钛合金/不锈钢接头的界面组织、力学性能及腐蚀性能. 结果表明，采用冷金属过渡连接方法实现了TC4钛合金和304不锈钢的焊接. 钛合金/不锈钢接头主要由焊缝金属、不锈钢-铜焊缝界面和钛合金-铜焊缝界面组成. 钛合金/不锈钢接头的拉剪强度为306 MPa. 由于钛合金-铜焊缝界面中Ti-Cu，Ti-Fe金属间化合物的生成，接头沿钛合金-铜焊缝界面反应层发生脆性断裂. 钛合金/不锈钢接头在人工海水溶液中发生了电偶腐蚀，其腐蚀机理为阴极区发生氧的还原反应和析氢反应，阳极发生焊缝金属的氧化，钛合金母材表面TiO₂氧化膜的形成，不锈钢母材发生点蚀.
研究论文
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  Cr对G520不锈钢焊缝组织及力学性能的影响

  张敏, 王博玉, 许帅, 仝雄伟, 朱子越, 苟川东

  焊接学报. 2021, 42(6): 52-57. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20200829001

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  采用Cr含量分别为10%，18%，26%，34%(质量分数)的金属型药芯焊丝焊接G520沉淀硬化不锈钢，研究了药芯焊丝中Cr含量对G520沉淀硬化不锈钢焊接接头组织以及力学性能的影响. 结果表明，4组焊接接头焊缝区组织均为奥氏体和δ铁素体，随药芯焊丝中Cr含量的增加，δ铁素体由点块状转变为网状和条状. 固溶于基体组织中的Cr含量、δ铁素体及Cr₂₃C₆的含量、奥氏体晶粒平均尺寸的综合作用影响着焊接接头拉伸性能及室温冲击韧性. 焊丝中Cr含量为26%时，G520沉淀硬化不锈钢焊接接头的抗拉强度为969 MPa，断后伸长率为20.8%，冲击吸收能量为60.7 J，焊接接头力学性能最优.
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  GTAW多相流数值模拟的相界面实时标记方法

  韩庆璘, 李大用, 李鑫磊, 张广军

  焊接学报. 2021, 42(6): 58-63. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20201123002

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  在大电流GTAW的非稳态多相流数值模拟中，需要将电弧热与电弧压力加载在金属相与气相之间的动态变化的界面上，以便准确描述电弧与熔池之间的相互作用. 因此提出了一种相界面实时标记方法，通过在三维计算域网格数据中遍历搜索相体积分数梯度的最大值，识别出临近相界面的单层网格区域并施加标记，将面热源与表面力除以网格厚度转化为体热源与体积力并加载到标记区域. 结果表明，该方法鲁棒性强，对不同幅度凹凸起伏的GTAW 相界面均能准确标记，标记时间仅占控制方程迭代时间的7.34%，能够满足实时性要求. 利用该方法能够准确模拟电弧压力对熔池的挖掘作用以及电弧热沿工件深度方向的渗透作用，无需采用复合热源模型，即可在计算结果中呈现大电流GTAW的指状熔深特征.
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  Inconel 625熔敷金属抗Cl⁻腐蚀行为分析

  苏允海, 杨太森, 戴志勇, 王英第, 梁学伟, 武兴刚

  焊接学报. 2021, 42(6): 64-70. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20201229001

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  为了分析Inconel 625熔敷金属在Cl⁻腐蚀液中的腐蚀行为，采用静态浸没腐蚀和慢应变速率拉伸的方法，研究了不同温度下熔敷金属浸没在熔盐中的腐蚀行为以及室温应力腐蚀开裂行为. 通过X-ray diffractiong(XRD)，S-3400N扫描电子显微镜系统地研究了熔敷金属的腐蚀产物物相组成、腐蚀形貌和元素分布. 结果表明，在静态浸没腐蚀时，两种温度下熔敷金属腐蚀失重均呈现出递增的变化趋势，但是不同时间区间的增加幅度有所不同. 前10 h熔敷金属的腐蚀失重缓慢增加，10 ~ 60 h腐蚀失重激增，可以发现10 h是腐蚀行为的分界点. 700 ℃下熔敷金属的耐蚀性优于900 ℃，其原因在于700 ℃时熔敷金属表面出现致密MgO壳层，能够阻碍腐蚀反应进行；而900 ℃时，由于CrCl₃的存在，出现“破壳效应”，破坏MgO壳层，使其耐蚀性下降. 对于慢应变速率拉伸而言，腐蚀介质中试样的抗拉强度比在空气介质中降低22.97%，应力腐蚀开裂敏感性指数为30.39%，说明腐蚀介质中的Cl⁻会增大试样的应力腐蚀开裂敏感性.
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  α-CoSn₃ IMC弹性模量各向异性的第一性原理

  冉藤, 樊涛, 杜飞, 翟翔, 杨栋华, 黄福祥

  焊接学报. 2021, 42(6): 71-76. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20201209004

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  焊点微型化的同时，界面IMC在整个焊点中所占比例显著增大，微焊点在服役过程中对界面IMC的取向变得更加敏感. 文中基于密度泛函理论计算了α-CoSn₃的晶格常数和弹性模量各向异性，并比较了常见IMC的各向异性指数. 结果表明，[100]方向的抗线性压缩能力小于其它两个主晶轴；(100)剪切面抵抗剪切变形的能力大于其它两个主晶面. 根据差分电子密度图分析了成键轨道的具体贡献. α-CoSn₃三维弹性模量随晶体取向变化的三维图及投影图直观的展现它们各向异性的性质. 计算了α-CoSn₃各向异性指数，并与常见IMC比较了各向异性程度，得到α-CoSn₃各向异性程度居中的结论.
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  100 μm超薄不锈钢板脉冲微束等离子弧焊成形机理

  何建萍, 吴鑫, 吉永丰, 卢飞

  焊接学报. 2021, 42(6): 77-84. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20200423002

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  针对100 μm超薄不锈钢板的脉冲微束等离子弧焊接，研究焊缝中心不同位置焊接热循环的动态变化机理以及脉冲参数对该动态变化的影响，结合试验获得的不同脉冲参数下的焊缝形貌，探讨焊缝成形与焊接热循环动态变化之间的关系. 结果表明，在4个脉冲参数的不同组合下，可形成5种不同的焊缝形貌；频率的增加或基值电流/峰值电流之比的增加，均使得一个脉冲周期行程中的焊缝中心线上各点的焊接热循环趋于一致；低频时随着基值电流/峰值电流之比的增大，这些点的加热最高温度(T_m)和加热时间t_8/13(温度从800 K上升到1 300 K所经历的时间)的最大值减小，而最小值增大，t_8/5的最大和最小值均增大；随着频率的增大，t_8/5和t_8/13的平均值均减小；大多脉冲参数(频率不小于5 Hz时或1和2 Hz 下分别为0.5和 0.9 A基值电流时的脉冲参数)下，试验得到的焊缝成形百分比σ₂和理论计算得到的焊接热循环最高温度百分比σ₁相等，表明理论计算和试验的结果一致.
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  超声辅助H13模具钢表面激光熔覆强化层组织分析

  刘立君, 冯梦奎, 王晓陆, 崔元彪, 贾志欣, 李继强

  焊接学报. 2021, 42(6): 85-90,96. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20200503001

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  H13模具钢在制造业有广泛的应用，大多数的工作环境比较恶劣，表面经常会出现各种失效问题，因此需要对其表面进行强化处理. 单一进行激光表面强化处理时，强化层的性能往往达不到预期需求，进而采用超声辅助的方法进行强化涂层的制备. 基于超声辅助激光熔覆的过程中，通过对H13模具钢进行熔覆强化层的制备，探究超声功率对熔覆层尺寸及微观组织的影响. 结果表明，施加超声振动后增大了熔池表面的润湿性，焊缝表面变得相对平坦，超声振动使熔覆层内的元素分布更加均匀，晶粒更加细化，施加超声振动后的熔覆强化层显微硬度比未施加超声振动提高了21%. 用激光熔覆修复模具的同时施加超声振动，可以大幅度的提高模具表面的各种力学性能，延长模具的服役时间.
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  超高含量球形WC颗粒增强熔敷层的制备与组织分析

  刘爱国, 王晓娟, 王微伟

  焊接学报. 2021, 42(6): 91-96. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20200925001

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  在预置了NiCrBSi涂层的低碳钢基体上，用氩弧熔敷注射工艺制备了超高体积分数球形WC颗粒增强的熔敷层，对熔敷层的组织进行了分析，测量计算了WC颗粒体积分数，对WC颗粒分解率进行了估计. 结果表明，熔敷注射层组织由(Fe，Ni)固溶体、WC颗粒、Fe₃W₃C、共晶组织构成. WC颗粒在熔敷注射层中分布均匀，体积分数高达68.7%～76.6%，相应的质量分数为79.5%～85.2%. WC颗粒分解率较低，根据显微组织形态估计不高于12.2%，按EDS测量结果估计不高于7.4%. 增加预置涂层厚度有助于WC颗粒体积分数的提高和分解率的降低.
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  2021-6 期英文摘要

  焊接学报. 2021, 42(6): 97-102.

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