2022年, 第43卷, 第2期　
刊出日期：2022-02-25

  

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研究论文
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  奥氏体不锈钢焊缝超声阵列检测方法

  杨敬, 吴斌, 焦敬品, 王永贤, 何存富

  焊接学报. 2022, 43(2): 1-10. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20210617001

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  在焊接热循环作用下，奥氏体不锈钢焊缝内部呈粗大柱状晶组织，且其取向在焊缝不同区域呈各向异性.针对粗大柱状晶引起的超声波散射和晶粒取向不同导致的声束偏折等问题，进行奥氏体不锈钢焊缝超声阵列检测方法研究.针对超声阵列获得全矩阵数据，发展了一种基于时间反转算子分解的超声阵列信号去噪方法.利用射线追踪法，研究了各向异性介质中超声波传播路径确定方法，并将其应用于奥氏体不锈钢焊缝超声阵列全聚焦成像的声束偏折校正.开展了奥氏体不锈钢焊缝超声阵列检测试验研究.结果表明，基于时间反转算子分解方法可以很好剔除检测信号中的散射噪声，凸显特征回波信息，可将全聚焦成像的信噪比提高10 dB，而波束偏折校正则可以提高超声阵列全聚焦成像中缺陷定位的精度.
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  基于热源参数反向识别的定向能量沉积热力仿真

  侯亮, 徐杨, 陈云, 叶超, 郭敬, 胡学满

  焊接学报. 2022, 43(2): 11-19. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20210710001

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  定向能量沉积(directed energy deposition，DED)热力仿真是有效预测沉积件残余应力和变形、优化工艺参数的重要方法，其仿真精度取决于输入参数的准确性. 针对传统方法难以直接、准确获取输入参数的问题，文中以热源参数为例，提出基于支持向量机和遗传算法的参数反向识别方法，并用于精确构建实际DED工件热力仿真模型.首先基于参数化仿真建模正向获取不同热源参数下单道单层沉积件仿真误差； 其次借助支持向量机构建热源参数与仿真误差的定量映射关系，并利用遗传算法反向识别热源参数，在正向-反向实施过程中，通过闭环迭代优化热源参数识别区间，达到参数精确识别目的；最后以实际DED工件涡轮叶片为案例，构建基于最优参数的热力仿真模型，进一步验证该最优参数反向识别法. 结果表明，由单道单层简单件反向提取的最优热源参数，可用于准确预测实际DED工件制造过程中温度和变形场变化规律，为后续变形补偿等工艺优化提供理论基础.
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  热输入对SAF2507超级双相不锈钢焊接接头显微组织及硬度的影响

  栗宏伟, 赵志毅, 薛润东

  焊接学报. 2022, 43(2): 20-26. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20210728001

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  采用显微观察、化学成分分析、硬度测定、EBSD分析的方法，研究了TIG焊接热输入对1.2 mm厚的SAF2507超级双相不锈钢焊接接头显微组织和硬度的影响机理.结果表明，在焊缝中，随着热输入由110 J/mm增加至156 J/mm，铁素体晶粒尺寸由90 μm增至200 μm，晶粒的粗化减少了奥氏体的形核位置，同时热输入的增加使焊缝中N元素含量由0.25%降低至0.21%，最终导致焊缝中奥氏体含量由28.9%减少至24.3%.在高温热影响区中，当热输入为132 J/mm 时，奥氏体含量达到最高值，为36.4%，此时铁素体晶粒中心的Cr₂N的析出量最少.焊接热输入由110 J/mm增加至156 J/mm时，焊缝的维氏硬度保持在320不变.这是因为焊缝组织的几何必需位错密度和相界密度都不随热输入的增加而变化，依据金属强化理论可知焊缝硬度不随热输入的增加而变化.
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  高碳马氏体不锈钢M390与奥氏体不锈钢304 闪光对焊的微观组织及力学性能

  曹睿, 乔丽学, 车洪艳, 李晌, 王铁军, 董浩

  焊接学报. 2022, 43(2): 27-33. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20210616005

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  通过闪光对焊方法连接M390高碳马氏体不锈钢与304奥氏体不锈钢. 通过室温拉伸试验、显微硬度测试表征了焊接接头的力学性能. 采用扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)和X射线衍射(XRD)分析了焊接接头的微观组织形貌、元素扩散及各区域相组成. 结果表明，利用合适的焊接工艺参数，M390与304之间可以形成焊缝形貌美观、抗拉强度最大值为480.62 MPa、断后伸长率为6.2%的闪光对焊焊接接头. 焊缝组织由马氏体、奥氏体、M₂₃C₆和M₇C₃组成. M390侧及焊缝中碳化物类型为(Cr，V)碳化物. M390热影响区不同位置受到的热影响不同，导致在不同位置碳化物的聚集长大程度不同. M390粗晶区中碳化物聚集长大的同时有新的碳化物不断析出，碳化物以长条状和颗粒状两类形貌存在，而细晶区中碳化物尺寸小，以颗粒状存在. 焊接接头为脆性断裂，断裂位置在焊缝，这与焊缝组织及焊接接头元素扩散相关.
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  高铌X80管道不同强度匹配环焊接头性能及应变演化

  何小东, 高雄雄, David Han, 池强, 霍春勇, José B. Bacalhau

  焊接学报. 2022, 43(2): 34-39. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20210330004

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  为探究管道环焊缝断裂失效机理，测试了两种不同强度匹配的高铌 X80环焊缝接头的组织和性能，并借助数字图像相关法(digital image correlation, DIC)观测了焊接接头在拉伸载荷下的应变行为.结果表明，低强匹配和高强匹配的高铌 X80管道环焊接头均具有较好的冲击韧性，二者的夏比冲击吸收能量平均值相当，热影响区韧性离散主要是粗晶区组织不均匀性所致；高铌 X80管线钢碳当量CE_IIW较低，环焊缝接头热影响区存在一定程度软化. 在轴向拉伸载荷下，无论是低强匹配还是高强匹配，应变集中最先出现在环焊缝的根焊和热影响区部位. 随着拉伸载荷的增加，高强匹配环焊缝接头的应变集中逐渐从根焊和热影响区转移到母材，管道承受轴向载荷和变形的能力大于低强匹配环焊接头；而对于低强匹配，因在焊缝和热影响区产生塑性应变累积，即使具有较好的韧性，环焊接头也会发生断裂.
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  Cu75Pt钎料钎焊Ti60与TC4接头界面组织及性能

  郭民, 雷玉珍, 赵健, 宋晓国, 于治水, 石铭霄

  焊接学报. 2022, 43(2): 40-44. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20210918001

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  采用Cu75Pt钎料实现了Ti60钛合金与TC4钛合金的真空钎焊，采用SEM,EDS,XRD分析了钎焊接头显微结构.结果表明，接头典型组织结构为Ti60/Ti₂Cu + α-Ti/Ti₂Cu/Ti₂Cu + Ti₃Pt/Ti₂Cu/Ti₂Cu + α-Ti/TC4.对不同钎焊温度下获得的接头界面组织结构进行了分析，结果表明，随着钎焊温度的增加，扩散反层厚度增加，钎缝中Ti₂Cu和Ti₃Pt金属间化合物减少，钎缝厚度逐渐减小.接头抗剪强度随钎焊温度的升高先增加后减小，当钎焊温度970 ℃，保温时间10 min时获得最大抗剪强度130.9 MPa.接头的断口分析表明，接头断裂在钎缝处，断裂方式为脆性断裂.
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  铝合金等离子-MIG复合焊接电弧行为

  韩蛟, 韩永全, 洪海涛, 王学龙

  焊接学报. 2022, 43(2): 45-49. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20210702001

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  试验发现铝合金等离子-MIG复合焊中，等离子弧焊接电流为130 A，MIG焊接电流为180 A(基值电流95 A)时，基值时期的MIG电弧在等离子弧附近燃弧阻抗小，复合焊中MIG电弧电压在脉冲基值时期低于单独MIG焊，电荷流效应使MIG电弧在基值时期偏向等离子弧，偏向等离子弧方向的MIG电弧主要电离介质为氩气.当MIG焊接电流增加到240 A(基值电流122 A)后，以上现象消失.由于焊接电弧存在热惯性，当MIG电弧在基值时期偏向等离子弧时，在脉冲电流上升阶段，以及电流刚达到峰值时，MIG电弧仍会偏向等离子弧，此阶段复合焊中MIG电弧电压高于单独MIG焊.当复合焊中存在MIG电弧偏向等离子弧燃弧的现象时，MIG电弧稳定性有所下降，随着MIG焊接电流的增加，电弧稳定性增加.
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  MIG电弧增材制造6061铝合金的组织和性能

  何鹏, 柏兴旺, 周祥曼, 张海鸥

  焊接学报. 2022, 43(2): 50-54,60. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20210608001

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  探索MIG电弧增材制造6061铝合金构件的工艺成形性，并对成形件不同区域的微观组织及力学性能开展研究.结果表明,当送丝速度/焊接速度的比值P在0.5 ~ 1之间,且送丝速度在5 ~ 7 m/min之间时，可获得良好焊道形貌；堆积焊道层与层之间交界处为结合层，其余区域为沉积层，结合层和沉积层呈现出沿堆积高度方向灰白色带依次交替的形貌，并都呈现出各种尺寸大小的气孔多发的状态；显微硬度和拉伸测试发现：沿着堆积方向硬度变化不大，结合层硬度低于沉积层，且硬度波动性更大；不同区域水平方向强度差异不大，堆积方向强度比水平方向略低，平均断后伸长率分别为18%和22.6%，两个方向拉伸断口皆以韧窝为主，属于韧性断裂.
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  电磁超声作用下 Sn-9Zn 钎料在 SiC 表面铺展分析

  张茗瑄, 马志鹏, 陈桂娟, 夏法锋, 于心泷

  焊接学报. 2022, 43(2): 55-60. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20210629001

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  基于Comsol Multiphysics软件，通过建立电磁超声辅助钎焊模型，研究洛伦兹力作用下钎料Sn-9Zn在SiC陶瓷表面的铺展行为. 结果表明，在电磁超声作用下，钎料表面出现塌陷并向外铺展，伴随着钎料表面出现振动现象，随后线圈下方的部分钎料断裂并飞溅，中心处钎料收缩. 当线圈通入交变电流时，在周边感生出方向呈周期性转换的交变磁场. 钎料内部洛伦兹力方向整体指向钎料外部，在钎料边缘处逐渐指向母材表面，线圈下方钎料所受水平和垂直方向的洛伦兹力高于其它部分，最高时分别为63.96 和31.2 kN/m³，顶部钎料在洛伦兹力、压力差和“坍塌效应”的共同作用下，促进钎料铺展.
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  环境压力对GMAW电弧能量耗散的影响

  郭力玮, 黄继强, 冯音琦, 薛龙, 黄军芬, 亓浩

  焊接学报. 2022, 43(2): 61-66. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20210609003

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  能量对电弧行为具有重要影响，开展高压环境下GMAW电弧能量耗散研究对指导焊接工艺和提升电弧稳定性具有重要意义. 电弧的能量损失难以直接测量，为此创建以电弧中心一定距离的圆柱面的热流量作为参考，比较不同压力GMAW电弧的能量损失，基于流体力学和传热学理论，建立高压GMAW数值分析模型, 计算电弧局部区域对外能量传输情况. 建立了高压GMAW能量耗散测量试验平台，通过采集1/16圆柱面的能量传输量进行换算，获得整个圆柱面的能量传输情况，并采用圆管自然对流传热模型，对测量结果加以修正. 将模拟和试验结果对比，分析环境压力对电弧能量耗散的影响规律. 结果表明，随着环境压力增加，GMAW电弧局部区域对外能量耗散量增加，导致电弧高温区域向电弧中心聚集，电弧表现为收缩现象. 同时随着环境压力的升高，处于阴极区附近的电弧能量耗散更大，阴极区电弧收缩更为明显，成为高压GMAW电弧趋于不稳定的诱因之一.
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  基于边缘导向算子模板匹配的熔池轮廓提取方法

  张楚昊, 赵壮, 陆骏, 柏连发, 韩静

  焊接学报. 2022, 43(2): 67-74. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20210628001

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  轮廓提取作为熔池的基本视觉形态特征，在焊接质量在线监测中起着重要作用. 文中建立了非熔化极惰性气体保护电弧焊(tungsten Inert gas welding, TIG)焊接工艺环境下的熔池视觉传感系统，采集了高质量的熔池图像. 针对TIG焊不锈钢熔池图像中弱边缘检测的难点提出了一种基于边缘导向算子模板匹配的熔池轮廓提取算法(operator template matching based on edge direction guidance, OTM-EDG)，算法中首先基于非线性灰度变换方法增强弱边缘. 之后利用4个方向的Sobel算子与熔池图像进行卷积操作来判断后端弱边缘的方向并计算梯度图. 最后对梯度图进行边缘连接操作以及基于数学形态学的边缘平滑操作，得到需要提取的熔池轮廓. 结果表明，文中算法能够提取到封闭完整且定位准确的TIG焊不锈钢熔池轮廓. 在实际焊接环境中具有较高的鲁棒性，有效解决了熔池区域弱边缘难以准确检测的问题.
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  直流叠加脉冲型TIG焊电弧─熔池特性分析

  张刚, 徐梓龙, 王开飞, 朱明, 石玗

  焊接学报. 2022, 43(2): 75-81. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20210524003

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  针对乏燃料后处理溶解器腐蚀裂纹等缺陷的快速、一次性、可靠焊接修复工程技术需求，提出一种直流叠加脉冲型TIG深熔焊接方法，在10和16 mm厚304不锈钢板上进行了系列平板堆焊工艺试验. 以电弧-熔池特性变化为研究对象，对比分析脉冲电流作用和直流叠加脉冲型电流作用的电弧行为、熔池流动行为及温度场的变化规律，探讨了直流叠加至脉冲电流波形的焊缝熔深增加机理. 结果表明，高频脉冲电流使电弧产生电磁收缩效应，且电弧被压缩程度及焊缝熔深与脉冲频率(1 ~ 5 kHz)成正相关；叠加直流的高频脉冲电弧具有更高的电流、能量密度，进一步提高了熔池表面液态金属温度及增加了熔池电磁搅拌力使熔池流动加剧、对流换热充分、熔池热惯性作用增强，进而使焊缝熔深增加. 试验验证了该方法能够实现5 mm厚304不锈钢板对接可靠的单面焊双面成形.
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  驱动力对2219铝合金DLBSW焊接熔池行为的影响

  康悦, 赵艳秋, 李悦, 陈丹, 綦娜, 占小红

  焊接学报. 2022, 43(2): 82-87. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20210901001

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  为了探索激光焊接熔池驱动力与焊接过程中熔池流动之间的关系，构建2219铝合金T形结构双激光束双侧同步焊接(dual laser-beam bilateral synchronous welding，DLBSW)过程热-流耦合模型. 分析表面张力、反冲压力、重力及热浮力对熔池流动的驱动作用，并阐述这些驱动力共同作用下的熔池流动机理. 结果表明，熔池表面的流体，其主要受到表面张力的驱动作用；对于熔池下端左侧及后方形成的环流，其主要受到表面张力、热浮力及重力的共同驱动作用；匙孔下方熔池底部在重力及热浮力的共同作用下沿熔池边缘流动.
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  低碳钢/高强钢组合结构双丝双钨极氩弧增材制造

  韩庆璘, 李鑫磊, 张广军

  焊接学报. 2022, 43(2): 88-93. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20210421002

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  低碳钢/高强钢组合结构能够在保证承载能力的前提下减少合金元素用量，降低成本. 文中提出了一种高效、稳定的双丝双钨极氩弧增材制造方法，在400 A大熔敷电流参数下，将低碳钢丝H08Mn2Si与高强钢丝H06MnNi3CrMoA同时送进，开展了熔敷金属的成分调控研究. 结果表明，该方法的熔敷效率达到了2.4 kg/h，通过调整双丝的送丝速度比，在不影响电弧状态的前提下，准确获得了所需的熔敷金属成分，并且熔敷金属的抗拉强度、屈服强度、显微硬度随高强钢含量的增加而线性增加，其调节范围分别为565 ~ 914 ，441 ~ 803 MPa以及206 ~ 327 HV. 最后应用该方法实现了低碳钢/高强钢组合结构的滑动轴承模拟件的成形，在轴承基体与轴承衬之间熔敷了成分梯度过渡层，降低了成形件内部的硬度梯度，有效缓和了界面失配问题.
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  Al-60Si合金低温超声波辅助钎焊接头微观组织与力学性能

  郑向博, 李远星, 白玉杰, 刘英宗, 朱宗涛, 董悦

  焊接学报. 2022, 43(2): 94-100. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20211109001

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  采用SnAgCu钎料对Al-60Si合金进行了超声波辅助低温钎焊，发现Ag元素可以与Al元素结合形成一层Ag₂Al，促进钎料对母材的润湿和溶解.研究了钎焊温度及超声波作用时间对接头力学性能与微观组织的影响. 结果表明，随着钎焊温度的升高，钎缝中的硅颗粒平均质量分数随之增加，由焊接温度240 ℃时的1.11%提高至钎焊温度 360 ℃时的7.17%，接头抗剪强度呈先上升后降低的趋势，在330 ℃钎焊时达到最高，为42 MPa；当钎焊温度为330 ℃，将超声波施加时间从10 s增至70 s，钎缝中的硅颗粒平均质量分数从5.13%升至9.18%，接头抗剪强度呈现先提高后降低的趋势，在超声50 s时达到最高，为51 MPa.
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  基于激光视觉的钢结构焊缝图像处理系统

  王树强, 周游, 陈昊雷, 陈钊, 韩彦林

  焊接学报. 2022, 43(2): 101-105,112. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20210603001

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  针对钢结构件品种多、批量小，焊缝形状位置一致性差，机器人重复定位过程复杂等缺点，设计了一种基于激光视觉的钢结构焊缝图像处理系统. 运用CCD工业相机和激光器，采集带有激光条带的焊缝图像，分别利用中值滤波柔化噪音，Otsu算法自适应阈值分割，开操作和形态学处理相结合去除图像中除目标像素外的小连通区域，提取激光条带的中心线，最终利用Hough变换对中心线直线拟合，得到特征点位置，并通过骨支架试验验证该技术的可行性. 结果表明，该方法可快速准确地检测到焊缝特征点，满足实际要求.
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  感应钎涂金刚石/镍基合金复合涂层的性能

  朱晨颖, 孙志鹏, 王宇

  焊接学报. 2022, 43(2): 106-112. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20210521003

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  以45钢为基体，采用感应钎涂工艺在其表面制备金刚石/镍基合金复合涂层，通过洛氏硬度计、磨粒磨损试验机对涂层进行硬度和耐磨性测试，采用超景深显微镜、扫描电子显微镜对涂层、钎料和金刚石形貌进行观察，采用EDS对金刚石表面微区进行成分分析，初步研究了复合涂层的微观形貌、磨损规律及机制. 结果表明，金刚石颗粒在镍基合金复合涂层中弥散分布，与钎料合金实现了良好的冶金结合. 随着金刚石含量增加，可显著提高复合涂层的硬度及耐磨性. 当金刚石质量分数为20%时，涂层的宏观硬度达到63 HRC，较纯钎料涂层提高1.5倍；在相同的磨损试验条件下，纯钎料涂层的磨损失重为0.335 4 g，金刚石含量为20%的复合涂层磨损失重为0.097 9 g，仅为纯钎料涂层的29.2%.
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  2022-2期英文摘要

  焊接学报. 2022, 43(2): 113-120.

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