焊接学报

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吕小青, 郝福旺, 王壮壮, 徐连勇, 荆洪阳

焊接学报. 2022, 43(4): 1-6. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20211108002

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基于高速摄像机触发模式的特点，提出了一种基于电信号监测的可控自触发电弧图像采集系统. 介绍了系统硬件平台组成和软件总体框架，论述了以电信号有效值为监测条件的相关控制触发算法，叙述了电信号和电弧图像同步采集的具体实现方法，并以表面涂有油污的试样进行了电弧图像采集系统的试验验证. 结果表明，该系统能够有效基于电信号可靠自动触发高速摄像机拍摄，抓捕涂有油污表面的过渡过程信息. 相比于正常焊接过程，试样表面存在油污时，过渡周期明显增加，电弧形态呈现出较大的发散性.

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焊缝高熵化研究现状与展望

张成聪, 余丽玲, 王玉华, 常保华, Amir Shirzadi, 吴开明

焊接学报. 2022, 43(4): 7-15. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20211013001

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高熵合金是近年来快速发展的一种新型合金，其成分设计突破了传统合金的设计理念，是合金理论发展的一个新方向.高熵合金所具有的高熵效应、晶格畸变效应、缓慢扩散效应和鸡尾酒效应在焊接领域表现出独特的应用价值，前景十分广阔.文中总结了国内外利用高熵合金四大效应开发焊接材料与工艺的研究现状和存在的问题，并对未来发展方向进行了展望.

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VPPAW工艺的变极性焊接电流受控稳定性

周阳, 齐铂金

焊接学报. 2022, 43(4): 16-25. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20211215003

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在铝合金的变极性等离子弧焊(variable polarity plasma arc welding，VPPAW)工艺中，变极性焊接电流的受控稳定性是确保焊接成形质量的前提. 然而，等离子电弧形态会随焊接电流极性的切变而变化，使得等离子电弧作为VPPAW电源的输出负载具有显著的非线性特性，常规比例积分微分(proportional integral derivative, PID)控制策略无法确保VPPAW电源输出电流波形畸变，而输出焊接电流波形的畸变又会进一步加剧电弧负载的非线性特性，降低变极性焊接电流的受控稳定性. 为了改善VPPAW工艺的变极性焊接电流的受控稳定性，研究了常规PID控制策略下铝合金的变极性等离子弧穿孔立向上焊接工艺的焊接电流受控稳定性以及等离子电弧的动态稳定性，引入了模糊控制理论，基于现场可编程门阵列(field programmable gate array, FPGA)的并行逻辑时序设计方法，设计出了一种具有并行运算能力的模糊PID控制器. 验证试验结果表明，具有并行运算能力的模糊PID控制器能够有效地改善VPPAW工艺的变极性焊接电流波形的受控稳定性.

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磁场作用下2205双相不锈钢焊缝成形与组织特征

孙清洁, 李富祥, 冀永壮, 刘一搏, 靳鹏, 任惠圣

焊接学报. 2022, 43(4): 26-31,49. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20211121001

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采用摆动电弧GTAW对2205双相不锈钢进行了自熔焊接.研究了不同励磁电流下焊缝截面的特征以及其对焊缝组织的影响.结果表明，摆动电弧可以促进接头的熔合，但随着励磁电流增加，熔合效果逐渐变差.摆动电弧可促进2205双相不锈钢焊缝中奥氏体的析出并可使铁素体得到细化，在励磁电流1 A下，效果最佳.奥氏体含量的增加缓解了由于相比例失衡所致的硬度值升高，使得焊缝硬度更加接近母材.

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β-Sn晶粒取向及温度对Cu/SAC305/Cu微焊点时效界面反应的影响

乔媛媛, 张明辉, 孙伦高, 马海涛, 赵宁

焊接学报. 2022, 43(4): 32-41. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20210930003

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为了探究不同等温时效温度下β-Sn晶粒取向及晶界特征对界面反应的影响，采用准原位观测手段对不同Sn取向的Cu/Sn3.0Ag0.5Cu/Cu(Cu/SAC305/Cu)微焊点进行研究. 结果表明，在不同温度下时效时，微焊点两侧界面IMC(Cu₆Sn₅ + Cu₃Sn两相)自始至终呈现对称性生长，表明时效过程中β-Sn晶粒取向及晶界的存在不会影响界面反应. 但是随着时效温度的升高，界面IMC的形貌和厚度发生明显变化. 在100 ℃时效后，界面处生成扇贝状的Cu₆Sn₅和较薄的不连续的Cu₃Sn层；在125 ℃时效后，界面处生成扇贝状的Cu₆Sn₅和较薄的连续的Cu₃Sn层；而在150 ℃时效后，界面IMC由层状Cu₆Sn₅和层状Cu₃Sn双层结构组成. 时效温度的升高促使Cu和Sn原子扩散加快，促进了扇贝状Cu₆Sn₅向层状转变并造成Cu₃Sn的快速生长. 同时，基于界面IMC厚度随时效时间的演变规律，获得了不同时效温度下微焊点界面IMC生长曲线，可为Sn基微焊点的可靠性评价提供依据.

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热处理对2219铝合金双频复合脉冲TIG焊接头组织演变及力学性能影响

尹玉环, 曾才有, 高焓, 张铁民, 齐铂金, 从保强

焊接学报. 2022, 43(4): 42-49. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20211102003

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系统对比研究了直接时效处理和固溶时效处理对2219-T6铝合金双频复合脉冲TIG焊接头强化的影响. 分析了焊后热处理工艺对α-Al晶粒、共晶组织及时效析出行为的影响，讨论了接头组织不均匀性对塑性变形行为的影响机制. 结果表明，直接时效处理对α-Al晶粒和共晶组织影响较小，在焊缝区引入低密度粗大θ'-Al₂Cu析出相，对接头强化效果有限，且对塑性有损害；而固溶时效处理导致α-Al晶粒粗化、共晶组织含量降低且尺寸细化，在焊缝区引入高密度细小θ''-Al₃Cu析出相(平均直径22 nm)，并显著提升接头强度和塑性，使得接头强度系数达到0.84，断后伸长率升高至7.0%. 固溶时效处理导致的接头强塑化源于焊缝区内高密度纳米θ''-Al₃Cu相所产生的析出强化效应，使得接头强度匹配更加均衡，促进了接头均匀塑性变形，并提升了接头抗拉强度.

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钨铜/铍青铜异质钎焊界面组织与性能

沈元勋, 王路乙, 李秀朋, 李云月, 宋晓国, 龙伟民

焊接学报. 2022, 43(4): 50-54. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20210818002

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采用BAg56CuZnSn，BAg50ZnCdCuNi和BAg49ZnCuMnNi银钎料实施了钨铜合金/铍青铜异质材料接头的感应钎焊连接，研究了其钎焊界面组织与力学性能.结果表明，3种银钎料均能获得完好界面钎焊接头，钎料与钨铜和铍青铜形成较好冶金结合.钎料与铍青铜界面冶金结合充分，形成明显互扩散区.钎料与钨铜钎焊界面清晰，且钎料向钨铜近界面区域形成明显扩散渗入现象.强度测试表明，BAg49ZnCuMnNi钎焊接头强度最高，达到250 MPa，接头断裂均发生在钨铜侧钎焊界面.分析表明，钎料向钨铜渗入明显促进界面结合，钎料中添加镍，由于镍与钨的扩散互溶进一步提高界面冶金结合，Mn元素添加明显细化钎缝晶粒，接头强度显著提升.

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碳钢旁路热丝PAW增材制造成形及组织和性能调控

苗玉刚, 李春旺, 邵丹丹, 赵羽扬, 魏超, 张本顺

焊接学报. 2022, 43(4): 55-60. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20220109001

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为了解决电弧增材制造过程中电弧热输入过大导致成形较差、晶粒粗大等问题，以H08Mn2Si碳钢为增材材料，进行了旁路热丝等离子弧(PAW)增材制造成形及组织优化. 首先在单层单道沉积试验中，研究了主/旁路电流比对熔敷成形和热输入的影响；然后进行多层单道沉积试验，分析了不同层间温度下碳钢的成形、微观组织以及硬度；最后对成形良好的增材样件进行了拉伸性能测试. 结果表明，当主/旁路电流比较小时，可以获得表面均匀光滑的熔覆层、母材稀释率可减小至10%；当控制层间温度为较低的温度100 ℃时，增材成形表面质量较好，试样中间稳定区域处的微观组织晶粒尺寸细小，珠光体占比增加，平均硬度最高可达到294 HV；拉伸试验表明其强度性能以及塑性性能在各方向上均匀一致，断裂形式为韧性断裂.

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Sn3.0Ag0.5Cu/Cu回流焊点界面化合物尺寸分布特征及生长机制

杨林梅, 牟国琬

焊接学报. 2022, 43(4): 61-67. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20210915001

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在电子封装过程中，钎料与基体之间形成金属间化合物层，其主要成分为Cu₆Sn₅，Cu₆Sn₅晶粒的尺寸和形貌特征能够显著影响焊点的服役性能. 采用回流焊的方法制备了一系列Sn3.0Ag0.5Cu/Cu焊点，使用Image-Pro Plus软件对焊接界面化合物Cu₆Sn₅晶粒的尺寸分布和化合物层的厚度进行了统计分析. 结果表明，Cu₆Sn₅的平均粒径正比于t^0.38(t为回流时间), 界面化合物层的平均厚度正比于t^0.32. 随着回流时间的增加，界面化合物生长速度变慢，Cu₆Sn₅晶粒的尺寸分布更加均匀. 回流时间较长的样品中Cu₆Sn₅的粒径尺寸分布与FRD模型的理论曲线基本相符，而对于回流时间短的样品，晶粒尺寸分布与FRD理论偏离较大. 统计结果显示，出现频次最高的晶粒尺寸小于平均值. 最后讨论了界面Cu₆Sn₅晶粒的生长机制，分析了回流时间对界面Cu₆Sn₅晶粒生长方式的影响.

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氧含量对Sn-9Zn-2.5Bi-1.5In低温波峰焊焊接性能的影响

任安世, 曲松涛, 董新华, 史清宇, 张弓, 朱忠言

焊接学报. 2022, 43(4): 68-73,99. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20211027003

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制备了一种新型Sn-9Zn-2.5Bi-1.5In钎料，开发了一套波峰焊氮气保护系统，考察了该钎料在不同氧含量的环境下的焊接质量. 结果表明，开发的氮气保护系统通过增加氮气流量可以将焊接区域内的动态氧含量降低到0.06%以下. 降低焊接区氧含量，可显著减少桥连、填充不良、气孔3类缺陷的数量，将不良率控制在0.20%以内. 在氧含量0.50%的临界值以下，该钎料可在锡炉设定温度为225 ℃的条件下进行低温焊接，焊接效果满足规模化生产需求. 通过能谱分析发现氧化物表面Zn元素含量比Sn-9Zn-2.5Bi-1.5In钎料升高84.9%，Zn元素的易氧化倾向是导致钎料形成大量氧化渣的主要原因. 降低焊接区域的氧含量可以有效抑制氧化渣的形成.采用氮气保护的方法可以解决Sn-Zn钎料在高氧环境下易出现的焊接缺陷问题，从而实现225 ℃低温波峰焊.

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磁控Plasma-FCAW水下复合焊工艺焊缝成形分析

王波, 杨帆, 李连波, 张洪涛, 邓清文

焊接学报. 2022, 43(4): 74-80. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20211104005

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磁控等离子-药芯焊丝电弧复合焊（plasma-flux cored arc welding，Plasma-FCAW）作为一种新型水下高效焊接方法被提出，通过特殊焊炬结构设计实现了两种独立焊接工艺的优势互补. 针对复合焊接工艺中由于电源极性不同引起的电弧排斥问题，设计了外部磁场用于调控两个电弧间的耦合程度，并研究了主要工艺参数对Q355B钢水下焊缝成形及其截面几何特征的影响. 结果表明，施加的外部磁场能够有效改善复合焊接过程及焊缝成形的稳定性；药芯焊丝电弧焊（flux cored arc welding，FCAW）电压对水下复合焊接过程稳定性具有显著影响；等离子电流和FCAW电弧电压对焊缝熔深影响较大且等离子电流与熔深间呈近似线性关系；相比于水下FCAW工艺，复合焊工艺焊接熔深提升超过40%，具有更高的焊接效率和焊接稳定性.

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钛箔/钢爆炸焊接的界面结合性能

毕志雄, 李雪交, 吴勇, 熊苏, 汪泉, 荣凯

焊接学报. 2022, 43(4): 81-85. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20211105002

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为减小钛/钢爆炸焊接钛层的使用量，以低爆速乳化炸药作为焊接炸药，食盐作为传压层，成功实现厚度200 μm TA1钛箔与Q235钢的爆炸焊接.通过金相显微镜、扫描电镜和能谱仪对界面微观形貌进行分析，利用万能试验机对复合板试件进行拉伸、弯曲试验检测其结合性能. 结果表明，钛箔/钢界面呈规则的波形，主要以熔化层结合，具有良好的结合质量.靠近界面金属产生强烈的塑性变形，钢侧晶粒呈流线状.波后的旋涡内包含熔化块，未观测到孔洞、裂隙等缺陷.根据Ti和Fe元素原子比例，熔化块成分主要为FeTi，Fe₂Ti等金属间化合物.三点弯曲和拉伸试件的界面均未出现分离，复合板材界面具有良好的塑性变形能力和结合性能.拉伸试件断口两侧的钛层与钢层存在大小不一的韧窝，主要呈塑性断裂.

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焊丝成分对5E61铝合金TIG焊接头组织和性能的影响

毛晓东, 谷宁杰, 宋小雨, 任思蒙, 路丽英, 李虎田

焊接学报. 2022, 43(4): 86-93. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20211024001

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为研究焊丝成分对5E61铝合金船板焊接接头组织和性能影响，试验采用Wire-1561，Wire-5B71和Wire-5E613种焊丝对4 mm厚5E61-H116铝合金船板进行非熔化极惰性气体保护焊(tungsten inert gas welding，TIG焊)，并分析了焊接接头的表面形貌、成形质量、微观组织和力学性能. 结果表明，在相同的焊接工艺下，3种焊丝接头焊缝成形质量良好，焊缝中心无肉眼可见气孔. 不同焊丝接头焊缝区显微组织差异明显，Wire-5B71焊缝晶粒最小，Wire-5E61焊缝晶粒次之，Wire-1561焊缝晶粒最大. 由于Mg元素的固溶强化和Er元素的细晶强化，Wire-5E61接头焊缝区显微硬度最大. 对接头试样进行拉伸测试，接头断裂位置主要沿熔合线附近的柱状晶区，此位置显微硬度最低. Wire-1561，Wire-5B71和Wire-5E61 3种焊丝接头抗拉强度分别为322，323和338 MPa，焊接系数分别为0.83，0.84和0.88，断后伸长率分别为13.0%，14.5%和14.5%，满足实际工程应用.

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空心钨极同轴填丝焊接丝弧交互作用机制

杨义成, 杜兵, 黄继华, 黄瑞生, 陈健, 徐富家

焊接学报. 2022, 43(4): 94-99. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20210913001

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空心钨极同轴填丝焊接焊丝与电弧(丝-弧)交互过程是决定焊接质量的关键.首先利用高速摄像观察分析了空心钨极电弧与实心钨极电弧形态，及其对焊缝成形特征的影响规律，然后构建了熔丝过程受力模型，系统分析了同轴填丝焊接过程中熔滴形成及过渡过程动力学特征.结果表明，空心钨极电弧表面辐照区域大于实心钨极，在大电流工艺条件下焊缝成形稳定；熔滴形成阶段，焊丝末端熔滴处于静力平衡状态，在较大表面张力作用下，无法自发从焊丝末端直接过渡进入熔池；熔滴过渡阶段，部分电流从焊丝流过，产生电磁收缩力，引起焊丝与熔池之间的熔滴摆动.

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基于光栅投影的焊后焊缝表面三维测量

杨国威, 张金丽

焊接学报. 2022, 43(4): 100-105,112. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20210724001

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焊缝表面三维轮廓是评价焊后焊缝质量的重要指标，针对常用线结构光扫描进行焊缝测量时无法兼顾测量速度与精度等问题，设计并搭建了一种基于面结构光光栅投影的焊缝三维轮廓测量系统. 首先，通过数字光处理(digital light processing,DLP)投影仪向焊缝表面投射面结构光光栅条纹图像，摄像机获取变形调制条纹，利用四步相移法结合多频外差时域解相算法准确地实现了变形光栅条纹相位主值的解算和相位的展开.然后，利用平面靶标结合精密平移台获取空间点阵列的方法实现了对模型参数的标定，该标定方法精度高、可操作性强、结构稳定.最后，采用空间相位映射模型实现焊缝相位信息到高度信息的转换，实现焊缝三维轮廓的测量.结果表明，该测量方法能很好的表现焊缝细节信息，测量结果准确，测量精度能达到0.0968 mm，可以为焊后焊缝外观检测与评价提供可靠数据.

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紫外光对铝合金焊接接头腐蚀行为的影响

龚利华, 郭为民

焊接学报. 2022, 43(4): 106-112. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20210827002

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通过光学显微镜分析研究了6061铝合金熔化极惰性气体保护焊(metal inter gas welding, MIG焊)和搅拌摩擦焊(friction stir welding, FSW)对接头组织的影响.结合极化曲线测试，比较了紫外光照射与暗态对预沉积NaCl的基材及焊接接头腐蚀行为影响的差异.结果表明，MIG焊接头组织均匀性较差，焊缝Mg含量远高于母材，使得表现出较差的热力学稳定性.紫外光照射加速了铝合金焊接接头的腐蚀，尤其是明显加速了MIG焊接头的腐蚀.30天的紫外光照射对FSW接头的影响与母材相近.这些影响与材料本身的耐腐蚀性能及铝合金表面形成的半导体性质腐蚀产物密切有关.

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2022-4期英文摘要

焊接学报. 2022, 43(4): 113-120.

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刊出日期：2022-04-25

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