2022年, 第43卷, 第3期　
刊出日期：2022-03-25

  

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研究论文
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  双相不锈钢CMT-P复合焊接微区组织特征

  徐连勇, 白玉洁, 韩永典, 荆洪阳, 张志强

  焊接学报. 2022, 43(3): 1-6. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20210821002

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  引入CMT-P复合焊接方法成功制备了成形质量优异的UNS S32750超级双相不锈钢焊接接头，选用金相显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜、能谱仪及透射电镜等设备研究了接头不同区域的微观组织. 结果表明，焊缝、热影响区和母材组织呈现显著差异. 与母材和焊缝相比，热影响区内奥氏体含量最低(32.3%)，但焊接接头各微区的奥氏体含量均满足不低于30%的标准要求．由于焊接热循环过程中再加热的作用，焊根及热影响区中析出了尺度和形貌均不同的晶粒内γ₂和晶粒边界γ₂，而焊缝填充区没有γ₂析出．此外，焊根和热影响区均析出了短棍状Cr₂N，主要分布在铁素体晶粒内和晶粒边界，Cr₂N析出致使相邻铁素体基体形成了明显的贫Cr区．
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  热处理对GTA增材制造TiAl合金组织与性能的调控

  蔡笑宇, 董博伦, 王俊哲, 林三宝

  焊接学报. 2022, 43(3): 7-12. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20210921002

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  针对Al原子含量为45%的电弧沉积态TiAl合金，进行了基于热处理的组织与性能调控研究. 结合Ti-Al二元相图分别制定了1080, 1200, 1270, 1350 ℃ 4个加热温度，保温1 h后随炉冷却. 结果表明，随着加热温度的升高，合金内偏析现象逐渐消失，晶界γ相减少，组织形态逐渐向全层片结构转变，且层片晶团尺寸逐渐增加. 在1350 ℃下分别保温5，30 min和1 h，发现随着保温时间的延长，层片晶团逐渐粗化. 基于单级热处理试验结果提出循环热处理工艺，将沉积态合金在900 ~ 1200 ℃之间多次循环“加热-短时保温-冷却”，获得了细小的层片晶团组织，合金硬度降低，抗压强度与压缩率均提高.
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  铜颗粒低温烧结技术的研究进展

  李俊龙, 徐杨, 赵雪龙, 王英辉, Tadatomo Suga

  焊接学报. 2022, 43(3): 13-24. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20210225002

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  金属纳米材料因具有良好的导电导热性以及能够在较低温度下进行烧结，是功率器件在高温高压高频等工作环境下服役所需的关键电子封装材料之一.文中对应用于功率器件封装领域的铜颗粒实现烧结的研究进行了综述，阐明了目前通过铜颗粒烧结技术实现低温键合的研发背景.从铜颗粒烧结材料的制备、工艺参数和还原方法等关键影响因素出发，讨论、归纳了基于不同烧结机理的低温烧结铜颗粒材料接头的力学性能和电学性能.此外，介绍了铜颗粒烧结技术在贴片封装和全铜互连领域中应用的优良特性.通过对该领域研究成果的分析，结果表明，目前铜烧结材料仍然受到氧化问题的挑战，需要进一步在接头性能的精准调控方面深入研究.
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  304不锈钢水下药芯割丝电弧切割机理

  于瑞, 黎文航, 王俭辛, 王加友, 吴铭方, Sergii Yuri Maksimov

  焊接学报. 2022, 43(3): 25-30. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20210811002

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  药芯割丝电弧切割(flux-cored wire arc cutting,FCAC)作为一种高效、低成本、安全的水下切割方法，具有广阔的应用前景. 由于水下复杂环境的干扰，该方法的不锈钢切割机理仍不明确，采用工艺试验、水下观测和数值模拟相结合的方法对水下割口成形机理进行研究. 首先通过工艺试验确定水下切割相关特征参数；其次采用半椭球体热源模拟切割热源，并根据试验观测设置热源的运动和切换方式；最后对工件进行网格划分和水下边界条件设置，使用生死单元法动态模拟切割中熔融金属的去除；对工件上特定点的模拟和实际温度以及切割后的模拟割口与实际割口形貌进行了研究对比，验证该方法数值模拟的准确性. 结果表明，水下电弧切割不锈钢割口主要分为“/ \”型、“| |”型和“\ /”型3种形貌. 通过高速摄像观察得出，水下不锈钢切割过程由多个周期型连续穿孔过程组成，通过模拟进行验证，对割口成形过程进行有效预测，有助于进一步优化工艺并进行有效控制.
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  焊丝伸出长度对三丝间接电弧焊稳定性和焊缝成形的影响

  刁国宁, 徐国敏, 张天奕, 王泽力, 刘黎明

  焊接学报. 2022, 43(3): 31-36. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20210926001

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  三丝间接电弧焊是一种新型高效焊接方法，为研究焊丝伸出长度对三丝间接电弧焊的影响，使用焊接分析仪及高速成像设备对焊接过程中的电弧、熔滴和电流电压情况进行采集. 结果表明，当主丝与边丝伸出长度不相等时，难以获得稳定的焊接过程. 当主丝与边丝伸出长度相等时，随着焊丝伸出长度的增加，电弧的集中性变差，电流、电压波动程度增大，同时熔滴尺寸增大，主丝与边丝熔滴之间的夹角增大. 当主丝与边丝伸出长度均为10 mm时焊接过程最稳定、焊缝成形最好.
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  闪光焊FeCrAl合金管材的接头组织及性能

  王恒霖, 曹睿, 李晌, 车洪艳, 王铁军, 秦巍

  焊接学报. 2022, 43(3): 37-43. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20210712002

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  采用闪光焊对FeCrAl合金进行对接接头焊接，通过扫描电子显微镜及能谱仪等手段研究了焊接接头的显微组织特征、不同区域氧化物颗粒的分布情况及力学性能. 结果表明，闪光焊焊接FeCrAl合金所得焊接接头显微组织主要为等轴晶，在焊缝和热影响区氧化物未出现明显聚集及向晶界偏聚的现象，且在晶内和晶界都可以呈现弥散分布的特征；焊接接头抗拉强度值达到594 MPa，为母材强度的90.5%；接头断裂在焊缝区，整体呈现脆性断裂模式；焊缝晶粒的粗化导致焊缝区硬度降低，最终引起焊接接头出现软化.
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  焊接电压对绝缘铜线微电阻热压焊接头的影响

  李远波, 温嵩杰, 杜鼎臣, 崔志远, 彭梓林

  焊接学报. 2022, 43(3): 44-49,62. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20210710002

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  采用微电阻热压焊工艺来焊接耐高温微细绝缘铜线，研究了不同焊接电压下接头的外观形貌、截面微观组织、拉断力和形成过程. 结果表明，当焊接时间为20 ms、电极压力为12 N、焊接电压大于2.05 V时，该工艺可在一个输出脉冲内完成绝缘铜线的除漆和焊接，无需预先除漆. 随着焊接电压的增加，接头长度基本不发生变化，接头宽度和拉断力一直增大；接头失效形式依次表现为界面剥离、前端断裂和中部断裂. 接头的演变过程包括预压塑性变形、接头弱连接、热辅助下的压陷、接头强连接和熔融金属挤出5个阶段.
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  铝合金TIG焊接熔池状态多传感器数据协同感知算法

  张琨, 邹宗轩, 刘烨, 刘政军

  焊接学报. 2022, 43(3): 50-55. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20211025001

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  针对铝合金钨极惰性气体保护电弧焊(tungsten inert gas arc welding，TIG焊)过程中，焊接工艺参数的实时状态与焊缝熔池三维尺寸间的非线性对应关系，研究建立一种基于信息物理融合的多传感器TIG焊过程熔池状态协同感知计算方法. 首先，构建由红外温度传感器、电弧形态传感器、电弧能量传感器和焊接位置传感器组成的TIG焊过程熔池状态信息物理融合系统架构. 其次，考虑焊接过程中焊枪电弧的运动特性和测量噪声影响，设计基于温度、位置、能量传感器信息交互的熔池长宽深三维参数状态感知策略，并基于多传感器数据的异步和异构特性，提出了基于无迹卡尔曼滤波的焊接过程中熔池状态的多传感器数据协同感知算法. 针对7075超硬铝合金TIG焊过程进行熔池参数在线测量与辨识试验，结果表明，所提算法能够根据TIG焊过程多传感器数据实时计算熔池参数结果，焊缝宽度和焊缝高度计算结果误差基本上控制在10%以内，该算法响应时间基本控制在0.3 s内，能够较为准确地评估焊接过程中熔池的实时状态.
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  基于改进残差网络的多视图焊点缺陷检测

  邓智超, 颜润明, 杨蕙同, 陈浩林, 赖锦祥, 雷亮

  焊接学报. 2022, 43(3): 56-62. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20210928004

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  基于卷积神经网络的单视图检测不能有效识别三维形状的缺陷目标，导致在实际应用中，往往是通过只检测某一最具代表性的视图或者依次检测每个面来实现低精度的检测要求，这带来了较大的时间成本和使用限制. 针对这一问题，提出了改进的残差网络(ResNet)，并将其应用于三维形状的焊点缺陷检测. 该模型首先会一次性获取焊点的所有视图图像，再通过特征聚合和自适应学习模块，最终获得检测结果. 多视图焊点数据集来自高频电感元件，在所提出方法的识别精度达到了99.48%. 结果表明，改进的残差网络在同等网络层数的情况下有效提升了图像识别精度；对比单视图检测，多视图检测结构仅以较少的时间代价获得了较大的精度提升，能有效完成实际工业生产中的三维形状缺陷目标的检测任务.
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  空心钨极同轴填丝焊空间热场分布特征

  杨义成, 杜兵, 黄继华, 徐锴, 陈健, 黄瑞生

  焊接学报. 2022, 43(3): 63-67. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20210908001

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  利用理论建模与试验相结合的方法，系统研究了空心钨极同轴送丝焊接过程中焊丝熔化热量的来源. 结果表明，基于磁流体力学的理论模型分析结果和实际情况高度吻合；在高温电弧热辐射及钨极热传导共同作用下，钨极内孔形成的梯度式高温区会对焊丝起到一定的预热作用；环状空心钨极电弧中轴线上近几何中心区域的温度最高，焊接电流400 A时温度高达13 700 K；熔滴与液态熔池接触后电势相等，在最小电压原理作用下，部分高温电弧的阳极作用区会由液态熔池转变至焊丝表面，同时部分焊接电流会从焊丝流过，形成的电阻热也是高效熔丝的主要原因之一；熔滴过渡分析结果表明空心钨极同轴填丝焊接具有较高的工艺稳定性，是一种极具发展前景的焊接新方法.
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  异种金属爆炸焊接窗口分析与应用

  李文轩, 戴美想, 吴晓明, 孙泽瑞, 房中行

  焊接学报. 2022, 43(3): 68-73,86. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20211013002

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  爆炸焊接窗口是获得良好结合质量的重要方法，计算的理论模型和参数选择对结果至关重要. 从爆炸焊接参数出发，通过分析爆炸焊接窗口边界公式的发展历程、理论假设和参数选择，总结得到方便使用的窗口计算公式. 将其应用到钛/铝焊接中，分析了钛与不同牌号铝合金的焊接方式，预测了不同装药比时焊接界面的质量. 结果表明，随着铝合金硬度的升高，可焊窗口逐渐减小. 当焊接参数位于窗口中部时，界面成小波状，结合质量好；焊接参数接近窗口上限时，界面成大波状，存在大量微观缺陷.焊接窗口是重要的研究手段，能够较好的指导生产实践.
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  基于改进MULTIMOORA方法的PCCP焊接工艺参数优选

  郭磊, 李思豪, 郭利霞, 王军, 陈平平, 朱建涛

  焊接学报. 2022, 43(3): 74-79. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20211018001

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  焊接作为预应力钢筒混凝土管(prestressed concrete cylinder pipe, PCCP)钢筒加工的主要技术，焊接工艺控制参数直接影响焊缝质量，进而影响PCCP应用性能. 故确定PCCP钢筒最优焊接工艺参数尤为重要，基于现场采集数据和改进MULTIMOORA方法，以焊缝特征指标为评价依据，对螺旋焊接工艺进行综合优选. 首先获取并整理各指标数据，将各指标转化为多属性决策问题，通过评价指标数据，定义权重因子用来分配优先级，量化指标，根据优化原则对方案进行排序，过程采用OWA算子和熵权法消除主观评价值中极端值影响，得到指标综合权重，进行决策排序优选，最后利用占优理论对焊接控制工艺技术参数进行最终评价. 结果表明，PCCP钢筒最优焊接工艺参数为焊接电流340 A、电弧电压为24 V、焊接速度为10.81 mm/s，以期为PCCP钢筒焊接工艺提供技术参考.
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  HFMI处理的钢制焊接接头疲劳评估模型探讨

  胡鑫, 李艳青, 黄进浩

  焊接学报. 2022, 43(3): 80-86. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20210703003

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  为评估不同应力比R和材料屈服强度f_y下的高频机械冲击(high frequency mechanical impact,HFMI)处理钢制焊接接头疲劳寿命，引入SWT(smith-watson-topper)模型与Walker模型，利用缺口应力法对广泛的疲劳试验数据进行了重新分析. 结果表明，名义应力系统下，接头疲劳等级FAT，R与f_y三者关系可通过FAT = 0.1f_y + M(R)来表达；缺口应力系统下，对于同种材料不同应力比下的接头，两种模型均能用来评估其疲劳寿命，但Walker模型精度更高；对于不同种材料在不同应力比下的接头，SWT模型形式固定，且能综合考虑R与f_y的影响，基于该模型分析得到的存活率P_S = 97.7%的S-N曲线，其FAT = 325 MPa，斜度m = 6.5.研究成果将直接支撑工程结构疲劳评估和抗疲劳设计.
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  马鞍形焊缝焊接机器人设计与建模分析

  程晓飞, 高胜, 李军, 潘云龙, 李海超

  焊接学报. 2022, 43(3): 87-92. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20210831001

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  针对目前马鞍形焊缝焊接装备灵活性差，自动化程度低，接头质量稳定性不足等问题，开发了一种新型的管外锚固式四轴焊接机器人. 通过对机器人机构合理简化建立了D-H连杆坐标系，推导了机器人的正逆运动学表达式，并结合机器人关节变量的限位值确定了逆运动学解的唯一性. 通过MATLAB软件对机器人运动学进行了仿真，仿真结果表明，推导的正逆运动学方程模型完全正确. 通过制作样机进行焊接试验，结果表明，焊缝成形致密美观，机器人焊枪末端在x，y，z方向的误差均在±0.35 mm以内，完全满足工程上自动化焊接的需要，为马鞍形焊缝焊接机器人的连续轨迹控制和离线规划提供了依据和算法支持.
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  超级马氏体不锈钢焊丝MAG焊熔敷金属冲击性能优化

  焦帅杰, 王国佛, 贾玉力, 李向阳, 杨玉亭, 韩莹

  焊接学报. 2022, 43(3): 93-100. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20210920002

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  白鹤滩百万千瓦水电机组全部采用国产HS13/5L焊丝进行焊接，成功实现了中国高端装备制造的重大突破. HS13/5L焊丝为水轮机转轮同材质焊接材料，属于13Cr型超级马氏体不锈钢，然而其MAG焊熔敷金属的韧性低于母材，针对此问题，将现有的MAG平焊焊接工艺调整为立向上焊焊接工艺，以提高熔敷金属的冲击韧性.对比分析了平焊、立向上焊熔敷金属的微观组织和冲击性能. 结果表明，立向上焊位置回火热处理态熔敷金属的室温冲击吸收能量达到120 J以上，比平焊位置提高了约40%. 两种焊接位置下的熔敷金属微观组织的相组成无明显差异，焊态组织为淬火马氏体 + 残余奥氏体 + δ-Fe，回火热处理态组织为回火板条马氏体 + 逆变奥氏体 + δ-Fe.立向上焊熔敷金属中的氧化夹杂物密度比平焊位置降低了约22%.平焊和立向上焊熔敷金属冲击断口整体呈现出韧性断裂的特征，立向上焊位置熔敷金属的韧性优于平焊位置.
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  油管模型建立及结构对称性对其残余应力影响

  余光伟, 谢清程, 杨珺柳, 施睿赟, 蔡翔宇, 李文海

  焊接学报. 2022, 43(3): 101-112. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20210428001

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  目前对调距桨传动轴内异种金属焊接油管的残余应力研究很少，油管作为调距浆核心的动力元件之一，其可靠性尤为重要. 基于ANSYS有限元软件以四椭球热源模型模拟焊接热输入建立了油管焊接温度场和应力场分析的热-弹-塑性有限元模型，并对该模型进行了试验验证. 在此基础上，研究了长焊缝有限计算模型的简化方法和焊件结构的对称性对油管残余应力的影响. 结果表明，在保证计算精度的基础上，简化后油管有限元模型的计算速度是未简化模型的8倍. 非对称结构油管的残余应力在数值上明显大于对称结构油管的残余应力，在一定程度上非对称结构的油管能够反映对称结构油管最薄弱位置的残余应力分布.
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  2022-3期英文摘要

  焊接学报. 2022, 43(3): 113-120.

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