2021年, 第42卷, 第8期　
刊出日期：2021-08-25

  

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增材制造与堆焊专题
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  Nb合金化对电弧增材制造NiTi基形状记忆合金的影响

  许博, 王颖, 张萌, 杨振文, 王东坡

  焊接学报. 2021, 42(8): 1-7. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20210317003

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  NiTi合金是一种应用广泛的形状记忆合金，其中Ti₄₇Ni₄₄Nb₉成分的合金是一种可靠的航空管接头材料. 采用双丝电弧增材制造(WAAM)的方法制备了Ni₅₂Ti₄₈合金，并以Nb元素进行了原位合金化得到了Ti₄₇Ni₄₄Nb₉合金，研究了其典型组织、压缩性能、相变温度与形状记忆效应，分析了Nb元素的添加对WAAM镍钛合金组织及性能的影响. 结果表明，加入Nb元素后，合金的组织除B2相晶粒外，还在晶界处有细小的β-Nb相析出，使得合金的压缩强度在横向与纵向上分别增加了7.9%与3.1%，形状记忆回复率则下降了4.0%，相变温度滞后从−6.4 ℃提升至40.9 ℃，使得该材料作为记忆合金管接头时更加利于储存与装配.
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  选区激光熔化成形12CrNi2合金钢的显微组织和力学性能

  巴培培, 董志宏, 张炜, 彭晓

  焊接学报. 2021, 42(8): 8-17. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20210323003

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  利用选区激光熔化(SLM)技术制备了12CrNi2合金钢. 借助金相显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、显微硬度仪、室温拉伸试验等方法研究了激光能量密度对合金钢显微组织和力学性能的影响. 结果表明，成形合金钢的宏观组织可分为熔池区与热影响区两部分，微观组织为回火马氏体和少量残余奥氏体. 随激光能量密度(E_V)增加，成形合金钢的孔洞缺陷逐渐减少，致密度逐渐增加，最高可达到99.87%；同时，熔池体积增大，寿命增加，冷却速度降低，导致回火马氏体板条宽化，热影响区变宽，合金钢的显微硬度和强度降低，塑性增加. 在E_V为81.34 J/mm³条件下，SLM成形12CrNi2合金钢具有最优强塑性，抗拉强度和屈服强度分别为1098和882 MPa，断后伸长率为20.07%. 采用SLM技术成形12CrNi2合金钢可获得比激光熔化沉积(LMD)和铸造成形更佳的综合力学性能.
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  电弧熔丝增材制造钛/铝复合材料的组织与性能

  夏玉峰, 张雪, 廖海龙, 滕海灏, 郑德宇

  焊接学报. 2021, 42(8): 18-24. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20210422001

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  通过基于冷金属转移的电弧熔丝增材制造技术制备了铝/钛复合材料. 观察到钛/铝结合界面存在元素扩散，形成一定厚度的中间反应层，表明界面结合良好. 同时，通过硬度测试得到界面附近的硬度介于钛侧与铝侧之间，这主要是由于元素扩散导致界面附近生成了硬脆金属间化合物. 考虑到不同的复合比会导致不同力学性能，通过拉伸试验，研究了复合比对带缺口的钛/铝复合材料拉伸力学性能的影响规律. 结果表明，在持续拉伸载荷作用下，钛/铝复合材料的两组成层之间相互影响. 随着复合比的增加，抗拉强度和屈服强度增加，断后伸长率由于受钛铝之间冶金反应的影响较大，当钛/铝试样具有较低复合比时，其断后伸长率甚至小于单一沉积铝，随后才随着复合比的增加而增大. 另外，运用ABAQUS补充了多组复合比下钛/铝复合材料的拉伸过程，得到了复合比与屈服强度和抗拉强度的关系式.
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  微弧等离子增材制造NiCr合金的分子动力学数值模拟

  袁晓静, 郭晓辉, 关宁, 王旭平, 占军, 孙磊

  焊接学报. 2021, 42(8): 25-32. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20210131001

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  微弧等离子增材制造NiCr合金快速凝固过程对增材制造的结构件微观组织结构性能具有重要影响. 采用分子动力学对微弧等离子增材制造NiCr合金构件生长过程中温度场变化及等轴晶生长过程进行模拟. 结果表明，冷却速率为3.38 K/ps和0.675 K/ps时，Ni-Cr体系呈现非晶凝固，0.077 5 K/ps冷却速率下，Ni-Cr体系自发形核长大，实现等轴晶凝固结晶过程，这为微弧等离子增材制造组织演变研究提供了理论支撑.
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  核电汽轮机转子堆焊焊接接头的电偶腐蚀行为及有限元仿真

  黄毓晖, 张建辉, 胡语林, 孙雯暄, 徐宇斌, 汪毅豪

  焊接学报. 2021, 42(8): 33-39. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20210222003

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  采用宏观电化学试验和浸泡试验研究25Cr2Ni2MoV汽轮机转子堆焊焊接接头在80 ℃，3.5% Cl⁻环境下的电偶腐蚀行为. 电化学试验结果表明，焊缝为腐蚀薄弱区，腐蚀电位从高到低依次为热影响区、母材、焊缝. 浸泡试验结果表明，随着母材面积的增大，焊缝平均腐蚀厚度逐渐加深. 进一步利用宏观电化学测试所获的电化学参量建立焊接接头电偶腐蚀有限元模型对比浸泡试验结果. 结果表明，有限元仿真结果能有效模拟堆焊焊接接头的电偶腐蚀行为，为实际生产提供电偶腐蚀速率预测.
研究论文
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  中厚板TC4钛合金真空环境激光焊接特性

  孟圣昊, 司昌健, 任逸群, 宫建锋, 李俐群, 陶汪

  焊接学报. 2021, 42(8): 40-47,74. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20201124001

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  在大气和真空环境下使用光纤激光器对TC4钛合金进行焊接，分别对不同激光功率焊接焊缝形貌和组织进行观察，并对性能进行测试分析. 结果表明，真空环境激光焊接焊缝成形更加良好，可明显提高焊缝熔深，增大焊缝深宽比，抑制焊接过程中的飞溅，极大减少焊缝中的气孔缺陷. 大气环境与真空环境焊缝组织特征差别不大，真空环境热影响区宽度明显减小. 两种环境下焊缝显微硬度均呈马鞍形分布，焊缝熔化区硬度最高的特点，大气环境焊缝平均硬度约为390 HV，高于真空环境焊缝平均显微硬度8.3%. 对焊缝进行拉伸强度测试，拉伸试件全部断裂于母材部位，试件的抗拉强度为960 ~ 980 MPa.
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  氦离子辐照对316L钢焊缝微观结构及性能影响

  雷玉成, 张伟伟, 刘丹, 李鑫

  焊接学报. 2021, 42(8): 48-53. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20210423002

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  316L不锈钢作为压水堆候选结构材料，在服役过程中需要承受辐照效应. 为了探明辐照对316L焊缝微观结构及性能的影响及作用机制，系统研究了经氦离子辐照后316L钢焊缝表面形貌、微观组织结构、显微硬度及电化学腐蚀性能的变化规律. 结果表明，150 keV氦离子辐照后试样表面产生大量细小的孔洞，这导致试样耐腐蚀性能降低，母材和焊缝金属腐蚀电流密度分别增加5.42 × 10⁻⁵与5.91 × 10⁻⁵ A/cm². 辐照导致试样内部出现氦泡、位错等缺陷，这些缺陷使得试样产生辐照肿胀和辐照硬化现象，母材与焊缝肿胀率分别为0.103%与0.181%，显微硬度分别提高2.33与2.55 GPa. 通过EBSD测试方法证实，焊缝金属晶粒尺寸较大，使得其抗辐照性能相比316L钢稍差.
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  氟化物活性TIG焊电弧特征的光谱分析

  李春凯, 席保龙, 石玗, 顾玉芬

  焊接学报. 2021, 42(8): 54-58. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20210201002

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  氟化物作为最为常见的A-TIG焊活性剂配方之一，在实际焊接生产中已得到了广泛的应用，然而其对电弧行为的影响机制目前仍存在争议. 为此，利用光谱诊断方法对涂覆氟化物活性剂的A-TIG焊电弧空域光谱分布进行了研究，分析了活性剂粒子、氩、铁粒子在电弧空域中的分布特征，并结合Boltzmann图法计算了电弧电子温度. 结果表明，氟化物活性剂粒子主要分布于弧柱中心区域；氟化物的引入能够使电弧中ArⅡ谱线辐射强度降低同时增强FeⅡ谱线辐射强度；氟化物对不同电弧空间区域的电子温度作用并不一致，其中使阳极区附近电弧温度大幅提升但对其它区域电弧温度的影响很小.
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  坡口角度及焊丝偏移量对钛/铝冷弧MIG焊接头显微组织与力学性能的影响

  魏守征, 王志英, 任晓鹏, 王建国

  焊接学报. 2021, 42(8): 59-66. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20210317002

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  采用SAl 5183焊丝对TA2钛/5A05铝进行脉冲冷弧MIG焊. 研究钛侧坡口角度θ及焊丝偏移量d对接头成形及显微组织与力学性能的影响. 结果表明，坡口角度过小时，接头上部钛局部熔化而根部结合不良，Ti/Al界面组织差异大；坡口角度过大则出现焊缝下塌；坡口角度在30° ~ 45°范围内，Ti/Al界面组织差异小且结合良好. 焊丝偏向钛侧时，接头上部钛局部熔化而根部结合不良，Ti/Al界面组织差异大；焊丝向铝侧偏移过大则出现焊缝下塌；焊丝偏铝侧0 ~ 1 mm时，Ti/Al界面组织差异小且结合良好. 试验获得的优化工艺为坡口角度θ = 35°，焊丝偏铝d = 0.5 mm. 最佳工艺下，接头上部Ti/Al钎焊界面形成了Ti_3.3Al和TiAl₃两层金属间化合物；接头下部则通过形成一层TiAl₃实现钎焊结合；接头平均抗拉强度达198 MPa.
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  304不锈钢局部干法水下激光填丝熔覆层微观组织及性能

  李丛伟, 邵长磊, 朱加雷, 蔡志海, 梅乐, 焦向东

  焊接学报. 2021, 42(8): 67-74. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20210305004

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  采用自行研发的水下激光填丝熔覆装备，在304奥氏体不锈钢板材表面进行激光填丝熔覆试验，并对空气环境和水下环境的熔覆结果进行对比分析，以探索在水下环境进行304不锈钢的缺陷修复. 通过XRD，EDS，光学显微镜分析了熔覆层的显微组织、化学成分和物相组成，采用显微硬度仪进行了硬度测试，利用动电位极化与交流阻抗谱技术研究熔覆层电化学腐蚀行为. 结果表明，在两种环境下均制备了单层多道熔覆层，且无明显气孔、裂纹等缺陷；熔覆层包括熔覆区、搭接区、相变影响区、熔合区、热影响区，显微组织主要由奥氏体、铁素体、马氏体组成；由于各区域内微观组织及晶粒的大小不同，使得熔覆层硬度呈阶梯分布；在3.5%NaCl溶液中，两种环境熔覆层均呈现出明显的钝化行为，且两种熔覆层耐腐蚀性能相近；所研制的水下激光填丝熔覆装备及工艺，可以满足实际工程对于熔覆层高效制备、成形质量控制及耐蚀性能的要求，可用于水下环境304不锈钢表面的防护与修复.
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  极性对细直径自保护药芯焊丝CMT下熔滴过渡及焊缝成形的影响

  张恒铭, 石玗, 李春凯, 顾玉芬, 朱明

  焊接学报. 2021, 42(8): 75-81. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20210419001

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  自保护药芯焊丝广泛应用在野外焊接及修复领域中，其中在野外薄壁管道的焊接中，减少母材热输入，保证焊接质量具有重要意义. 因此探索了适用于野外薄壁管道焊接的细直径自保护药芯焊丝CMT技术，利用电信号采集系统和高速摄影系统，对比分析了不同极性下的熔滴过渡过程. 结果表明，在不同极性下，熔滴过渡表现为混合过渡模式. 在直流反接条件下，峰值阶段下的熔滴过渡模式主要表现为大滴排斥过渡. 在直流正接条件下时，峰值阶段下的熔滴过渡模式主要表现为射滴过渡，相比于直流反接条件，焊缝的熔深较浅，余高较高，熔宽较宽. 焊接参数的增大，并未改变熔滴过渡的模式. 爆炸型焊接飞溅主要出现在直流正接条件下的短路阶段中. 排斥型飞溅主要出现在直流反接条件下的峰值阶段中.
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  Zr-Sn-Nb-Fe-Cr与Zr-Nb-Fe锆合金电阻点焊工艺及显微组织

  钟建伟, 安军靖, 丁怀博, 盛国福, 冯亮

  焊接学报. 2021, 42(8): 82-90. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20210305002

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  Zr-1.0Sn-0.50Nb-0.50Fe-0.14Cr与Zr-1.30Nb-0.30Fe锆合金是目前正在研制开发核燃料组件用两种新型Zr(-Sn)-Nb-Fe系锆合金. 针对新型燃料组件骨架压力电阻点焊，采用不同的焊接工艺参数对Zr-1.0Sn-0.50Nb-0.50Fe-0.14Cr导向管与Zr-1.30Nb-0.30Fe焊舌片进行研究，并对较优焊接参数下的焊接接头力学性能、显微硬度、金相显微组织及熔核区形貌和析出相进行了分析. 结果表明，增大焊接电流和减小焊接压力，焊点剪切力和熔核尺寸随之增加，断裂方式由界面断裂转变为纽扣断裂；焊接电流对熔核尺寸及剪切力影响最大，焊接压力的增加，焊点剪切力和熔核尺寸均减小，但焊接压力的适当增大提高了形核稳定性. 在电阻点焊不平衡的急速冷却条件与电磁搅拌作用下，熔核区形成非平衡淬火针状板条状组织结构，析出的细小Fe₂(Nb_0.35, Zr_0.65)和Fe₂ (Nb_0.3, Z_r0.7)第二相粒子呈圆形或长条棒状分布于基体α-Zr与β-Zr晶粒内、晶界处及板条组织中，从而提高了熔核区及热影响区的显微硬度，含Nb的细小弥散析出FCC第二相增强了焊缝抗水侧腐蚀性能.
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  15-5PH钢K-TIG焊熔池流动行为分析

  冯涛, 吕祚翔, 刘俊, 段琼

  焊接学报. 2021, 42(8): 91-96. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20201015002

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  采用K-TIG焊实现15-5PH钢中厚板的焊接，并借助示踪法研究K-TIG焊熔池的流动行为. 结果表明，K-TIG穿孔型焊接时，焊缝上部为马兰戈尼对流圈，下部为表面张力与洛伦兹力导致的对流圈，两个对流圈中间为过渡区. 示踪法表明，熔池上部和下部W元素呈弧形分布于对流圈外围，而在过渡区中W元素未出现明显形状. 熔池下方对流圈EDS分析结果表明，熔池下方的熔融金属以内旋方式流动. 熔池流动计算及试验结果均表明，熔池上部和下部流动剧烈，但是中间层流动加速度很小，且随着焊接热输入的增大，中间层流动加速度有降低的趋势，中间层晶粒有长大趋势.
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  2021-8 期英文摘要

  焊接学报. 2021, 42(8): 97-102.

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