2022年, 第43卷, 第7期　
刊出日期：2022-07-25

  

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研究论文
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  基于数值方法的超声疲劳应力计算方法修正及应用

  邓彩艳, 曾超, 龚宝明, 王金生, 王东坡

  焊接学报. 2022, 43(7): 1-6. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20211202007

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  采用有限元方法在考虑放大器影响的情况下(简称整体法)对6082-T6铝合金母材及其接头的超声疲劳试样进行了尺寸设计，并与采用传统解析法设计的超声疲劳试样尺寸进行了对比. 结果表明，采用整体法得到的试样的共振频率与试验频率更接近，且几乎不受预紧力和外加载荷影响，但应力位移系数与传统解析法有较大差别. 同时采用两种方法对6082-T6铝合金搅拌摩擦焊接头在应力比R = −1和R = 0.1下的超声疲劳试验数据进行对比分析，发现当R = −1时采用整体法得到的疲劳强度偏高，而当R = 0.1时两种方法几乎无差别.
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  异质TC17线性摩擦焊接头焊后时效处理组织与性能

  杜随更, 刘冠翔, 李菊

  焊接学报. 2022, 43(7): 7-13. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20220109002

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  线性摩擦焊是制造航空发动机整体叶盘的关键技术. 通过光学显微镜、扫描电镜、电子式万能试验机及显微硬度仪对比分析了TC17(α + β)/TC17(β)钛合金线性摩擦焊接头焊态及不同时效温度下接头的组织与性能. 结果表明，焊态下焊合区及附近区域的微观组织为过冷β细晶，硬度最低；经焊后时效处理，析出了细小针状α相，硬度升高. 焊后时效温度为400 ℃时，焊合区及附近区域的硬度值明显提高，焊接区脆化. 焊后时效温度为630 ℃时，接头弯曲角度最高，但强度降低. 综合焊接接头的硬度、弯曲与拉伸性能优化出的焊后时效温度为550 ℃. 接头弯曲角度和抗拉强度分别达到母材的36%和95%. TC17(α + β)侧热力影响区( thermal-mechanical affected zone，TMAZ)受力后微观塑性变形更均匀，其强塑性能均优于TC17(β)侧TMAZ. 接头的弱化区对应于TC17(β)侧TMAZ硬度变化梯度及组织梯度最大的区域. 相比母材，接头的塑性损失比强度损失要大得多.
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  基于工件与外部可消耗工具摩擦的焊接技术研究进展

  刘小超, 倪中华, 崔远驰, 武传松, 石磊, Hidetoshi Fujii

  焊接学报. 2022, 43(7): 14-27. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20211015003

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  摩擦焊是一类依靠摩擦产热来实现材料连接的固相焊接技术，具有接头质量高、焊接变形小、节能环保等优点，广泛应用于航空航天、交通运输、矿山机械、海洋装备等领域. 近年来，摩擦焊技术发展迅速，一些改型的工艺相继产生. 根据相互摩擦对象的属性对摩擦焊技术进行了分类，归纳了各自的主要工艺特点.对基于工件与外部可消耗工具相互摩擦的焊接技术进行了系统综述，重点介绍了径向摩擦焊、摩擦-铆接、摩擦塞补焊、摩擦堆焊和涡流搅拌摩擦焊的基本工艺原理和最新研究进展，同时对以上工艺技术的未来发展展开了讨论，以期为相关领域的科研工作者提供参考.
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  FSS/ASS厚壁异种钢“TIG冷焊 + UNGW”组合焊的接头组织与力学性能

  郑韶先, 汪军平, 赵锡龙, 史伟

  焊接学报. 2022, 43(7): 28-35. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20210720001

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  为了有效解决铁素体不锈钢的焊接热影响区晶粒易粗化问题，以及奥氏体不锈钢焊接时在接头部分熔合区及其附近热影响区内因易形成蠕虫状δ铁素体而显著降低该区域耐腐蚀性的问题，提出了“TIG冷焊 + UNGW”的组合焊接工艺，并进行了1Cr17/1Cr18Ni9Ti厚壁异种不锈钢的焊接，同时对所得接头的显微组织、力学性能及耐腐蚀性进行了测试与分析. 结果表明，组合焊接头的1Cr17母材热影响区晶粒未发生粗化，并且1Cr18Ni9Ti母材部分熔合区及其附近热影响区内未形成蠕虫状δ铁素体；组合焊接头的抗拉强度优于1Cr17母材，并且1Cr17母材热影响区的冲击吸收能量与1Cr17母材相当；组合焊接头的熔敷层、1Cr18Ni9Ti母材、1Cr17母材、UNGW焊缝区及完整接头的耐腐蚀性呈依次下降的趋势.
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  Al_0.1CoCrFeNi高熵合金/Cu爆炸焊接界面结构

  田启超, 赵阳, 杨明, 马宏昊, 沈兆武, 任志强

  焊接学报. 2022, 43(7): 36-42. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20210307001

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  高熵合金(high entropy alloys，HEA)是金属系统的一个新子集，具有复杂的成分. 使用爆炸焊接工艺将Al_0.1CoCrFeNi高熵合金/Cu进行了复合加工，通过扫描电子显微镜和硬度测试表征了爆炸焊接产生的微观结构演变的不均匀特性. 结果表明，爆炸焊接界面在纵向截面上呈现周期性的结构分布，而在横向截面上呈现出不规则的边界，从不同截面可以统计得到相似的波形参数. 通过界面区域的微观结构发现，界面附近具有沿着界面拉长的晶粒，旋涡区具有再结晶的等轴细晶；随着晶粒变形程度的增加，相应区域细晶的比例随之增加. 纳米压痕测试结果表明，界面沿着爆炸焊接方向呈现周期性起伏的硬度分布，且混合区的硬度值介于两侧的硬度之间.
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  低频相位对双丝双脉冲GMAW熔滴过渡和焊缝成形的影响

  吴开源, 陈梓威, 黄浩, 谢沛民

  焊接学报. 2022, 43(7): 43-48. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20211102001

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  为了提高双丝双脉冲熔化极气体保护焊(gas metal arc welding, GMAW)的焊缝成形质量，探究低频相位对熔滴过渡和焊缝成形的影响，在高频同步的前提下分别对低频同步和交替模式进行了试验. 通过高速摄影拍摄了低频同步和交替模式的熔滴过渡过程，再结合焊接过程中电流变化，分析了熔滴过渡对熔池的影响机制. 结果表明，交替模式可以减少熔滴的碰撞融合，进而减少大体积熔滴对熔池的冲击，减少了飞溅. 交替模式比同步模式的焊缝平整性更好，余高方差更小，鱼鳞纹规则，焊缝成形美观.
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  钇含量对电弧增材制造2319铝合金组织与性能的影响

  郝婷婷, 李承德, 王旭, 翟玉春, 常云龙

  焊接学报. 2022, 43(7): 49-56. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20220416001

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  以不同钇含量的2319铝合金丝材为原材料，采用基于冷金属过渡的电弧增材制造工艺(wire arc addictive manufacturing，WAAM)制备2319铝合金，研究了钇含量对WAAM 2139铝合金的显微组织及力学性能的影响. 结果表明，添加Y元素可明显细化直接沉积态WAAM 2319铝合金的晶粒，细晶强化及第二相强化作用显著，间接影响了时效过程析出的二次析出相θ′的数量，同时，未对直接沉积态WAAM 2319铝合金中气孔缺陷的大小、分布产生显著影响. 随着钇含量的增加，合金凝固过程含钇化合物在晶粒交汇处偏析程度增大，使得合金成分过冷度减小，导致WAAM 2319铝合金的晶粒尺寸呈现先减小后增大的趋势，抗拉强度和屈服强度呈现出先上升后下降趋势，断后伸长率逐渐下降. 当钇含量为0.15%时，WAAM 2319铝合金表现出最优的力学性能，即抗拉强度484 MPa、屈服强度348 MPa和断后伸长率10.5%.
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  V4Cr4Ti合金和RAFM钢的热等静压扩散连接及其界面特性

  张启航, 李佳霖, 谌继明, 王长浩, 杨波, 张弛

  焊接学报. 2022, 43(7): 57-62. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20211119002

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  低活化铁素体/马氏体(reduced activation ferritic/martensitic，RAFM)钢及钒合金被认为是未来核聚变反应堆第一壁的候选结构材料，性能各有优劣，可满足近中期应用要求. 采用热等静压技术在温度800 ℃、等静压压强150 MPa和保温时间2 h下实现V4Cr4Ti合金和CLF-1钢的固态扩散连接，对其界面微观组织、元素扩散特征以及抗剪强度进行了分析. 结果表明，CLF-1钢在距离连接界面120 μm区域内出现脱碳层，而V4Cr4Ti合金侧存在宽度约1.5 μm的高硬脆碳化物层；V4Cr4Ti合金/CLF-1钢连接界面无缺陷，接头室温抗剪强度最高达238 MPa. 断口分析表明，断裂发生于靠近V4Cr4Ti合金侧的高硬脆碳化物层，断口表现出整体韧性，局部脆性断裂的特征.
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  基于PSO-OSSART算法的非轴对称电弧发射系数重建质量评价

  洪海涛, 王璐, 韩永全, 昌乐

  焊接学报. 2022, 43(7): 63-68. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20210823001

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  针对有序子集-联合重建算法(ordered subsets-simultaneous algebraic reconstruction technique, OSSART)重建参数选取主观性强的不足，提出以重建区域误差最小为适应度的随机优化粒子群算法(particle swarm optimization, PSO)来获取最佳重建参数，并对非轴对称电弧发射系数稀疏角度重建质量进行评价. 结果表明，与最大似然函数-期望值最大化算法相比，基于粒子群的OSSART算法不仅能够在大投射角度间隔条件下使重建误差明显降低，而且具有更强的边缘保持能力，能够有效提高电弧中心区域的重建质量.采用OSSART算法，应在180°范围内至少等间距采集6次特征谱线投影，才能保证变极性等离子-熔化极气体保护复合焊(variable polarity plasma arc-metal inert gas, VPPA-MIG复合焊)电弧发射系数场的重建质量.试验结果为非轴对称电弧可靠光谱诊断提供理论依据.
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  腐蚀环境下自冲铆接头竞争失效机制及力学性能分析

  杨进, 邢保英, 何晓聪, 曾凯, 周路

  焊接学报. 2022, 43(7): 69-75. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20211024002

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  为研究腐蚀环境下自冲铆接头失效模式的转变机理和力学性能特征，采用0.6 mol/L的NaCl溶液对多组自冲铆接头进行周浸腐蚀试验，通过力学测试和扫描电子显微镜对接头的力学性能及失效模式进行分析. 结果表明，异质接头的失效模式随腐蚀周期延长由 Ⅰ 向 Ⅲ 转变，转变速率取决于接头材质，同质接头的失效模式不受腐蚀周期的影响. 短期腐蚀下，搭接区板间腐蚀产物使得同质和异质接头失效载荷均有所上升；异质接头上升幅度较大，腐蚀后期其失效载荷较同质接头损失严重. 异质接头稳定性较差，凸模制备的同质组合接头较平模稳定性好. 异质接头电化学腐蚀剧烈，下板铆接点底部材料的脱落由应力集中所产生的撕裂纹所致.
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  铝/铜异种金属电阻热辅助超声波缝焊工艺特性

  于江, 潘俊林, 苗惺林, 张洪涛, 高建国, 苏昭方

  焊接学报. 2022, 43(7): 76-81. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20220124001

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  1060纯铝箔作为中间层，通过电阻热辅助超声波缝焊的方式实现1 mm厚度6061铝合金和T2紫铜异种金属焊接，分析了焊接过程中电阻热对铝/铜焊接接头焊缝成形、界面形貌、温度场以及力学性能的影响. 结果表明，采用单独超声波缝焊焊接铝/铜异种金属时，因产生的焊接能量较小，接头连接界面处仅局部区域位置形成连接，接头拉剪强度为45 MPa. 但在电阻热辅助超声波缝焊过程中，电阻热的加入能够有效预热工件，令待焊材料表面发生软化，在高频振动作用下，接头连接界面处形成有效连接. 同时，引入电阻热提高了铝/铜界面处温度，由单独超声波缝焊的140 ℃增加至190 ℃，界面处原子扩散距离增加，获得焊接接头的拉剪强度增加至75 MPa，相对前者接头拉剪强度提高67%.
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  GH3128合金激光焊接头组织与性能

  滕彬, 武鹏博, 李晓光, 邹吉鹏, 王诗洋, 陈晓宇, 贾立超

  焊接学报. 2022, 43(7): 82-87. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20220406001

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  采用激光焊方法对3 mm厚GH3128合金进行对接焊，研究焊接工艺参数对焊缝成形的影响，同时与非熔化极惰性气体保护焊(tungsten inert gas welding，TIG焊)进行显微组织及力学性能的对比分析. 结果表明，在激光功率4 kW、焊接速度1.5 m/min和离焦量 + 3 mm的焊接工艺参数下可以获得成形良好的焊缝. 激光焊与TIG焊焊缝区组织均由奥氏体γ' + 脆性碳化物组成. 与TIG焊相比，激光焊焊缝区的组织晶粒细小，且分布于枝晶间和晶界处的碳化物尺寸较小，激光焊接头室温抗拉强度低12%，高温抗拉强度相近，室温轴向低周疲劳应力循环次数高4.5倍. 与TIG焊相比，激光焊接头室温抗拉强度低和低周疲劳性能高，主要是受焊接过程元素烧损和碳化物尺寸的影响.
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  单静止上轴肩BT-FSW工艺过程及成形机理

  温泉, 李文亚, 吴雪猛, 任寿伟, 赵静

  焊接学报. 2022, 43(7): 88-96. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20211128002

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  以AA6056铝合金单静止上轴肩双轴肩搅拌摩擦焊(stationary upper shoulder bobbin tool friction stir welding，SSUBT-FSW)接头为研究对象，通过数值模拟与试验相结合的方法，阐明了SSUBT-FSW温度场与应变场分布规律及接头成形机理. 结果表明，SSUBT-FSW的上轴肩处于静止状态，有效增加了焊接稳定性，并将最大扭矩减小至55 N·m(常规双轴肩搅拌摩擦焊最大扭矩65 N·m). 静止上轴肩对焊缝表面施加顶锻压力，促使弧纹的波峰与波谷的高度差从60 μm减小至10 μm，显著提高了接头表面光洁度. 下轴肩旋转所产生的塑性应变区直径大于搅拌针，促使接头横截面等效塑性应变场呈梯形分布，与横截面温度场具有高度吻合性. SSUBT-FSW过程中产生材料非对称性流动行为，靠近下轴肩的材料流动性显著优于静止上轴肩.
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  Ag-Cu固溶体颗粒制备及低温烧结互连接头性能

  齐苗苗, 贺晓斌, 刘双宝, 杨婉春, 祝温泊

  焊接学报. 2022, 43(7): 97-101. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20220220001

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  通过液相化学还原法制备Ag-Cu固溶体纳米颗粒，采用低温热压烧结工艺制备“三明治”结构的互连接头.采用X射线衍射仪对所制备的Ag-Cu固溶体纳米颗粒及烧结体进行物相表征；采用能谱仪对所制备的Ag-Cu固溶体纳米颗粒的元素进行表征；采用纳米粒度仪对Ag-Cu固溶体纳米颗粒粒径进行表征；通过扫描电子显微镜对互连接头的烧结组织和剪切断面形貌进行观察，分析颗粒烧结情况和互连接头断裂模式. 结果表明，通过液相化学还原的方法实现了室温下铜在银中的超饱和固溶，其中Ag原子分数为62.29%，Cu原子分数为37.71%，远超常温下常规块体材料的固溶度. 所制备的纳米颗粒在250 ℃以内保持相对稳定的固溶体相，260 ℃时发生相分离. 当烧结温度为300 ℃、烧结压力20 MPa时，所获得的互连接头具有优异的力学性能，平均抗剪强度达到105 MPa，且烧结组织呈现完整的脉络状，剪切断面全部为韧窝状，属于韧性断裂.
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  航天电子产品CCGA加固工艺可靠性分析

  王海超, 彭小伟, 郭帆, 丁颖洁, 陈强

  焊接学报. 2022, 43(7): 102-107. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20210907001

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  航天电子产品大量应用陶瓷柱栅阵列封装(ceramic column grid array, CCGA)器件，其装焊质量与器件本体尺寸和加固工艺息息相关.文中通过试验和数值仿真方法，研究印制电路板(primted circurt board, PCB)约束、器件加固工艺对大尺寸CCGA焊点可靠性的影响. 仿真与试验结果表明，优化CCGA周围印制电路板约束方式、使用EC-2216环氧胶加固CCGA均可大幅降低随机振动过程中焊点受力. 使用少量环氧胶加固CCGA提高焊点抗振性能的同时，对焊点抗热疲劳性能影响较小，满足QJ 3086A—2016高可靠装焊要求；随着环氧胶点胶量的增多，焊点抗热疲劳性能显著下降，焊点在温差变化较大的服役环境下存在失效风险；在充分优化PCB约束以降低板级振动响应的情况下，使用GD414硅橡胶加固器件也满足航天电子产品高可靠装配要求.
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  核电用不锈钢双钨极氩弧焊接头组织与性能

  程小华, 李小宇

  焊接学报. 2022, 43(7): 108-112. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20220409002

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  针对核电站乏燃料不锈钢水池6 mm厚的304L不锈钢板材，采用高效双钨极氩弧焊工艺焊接试板，对双钨极氩弧焊接头进行拉伸性能、冲击性能、弯曲性能、硬度、金相组织、铁素体含量、抗晶间腐蚀性能及粗晶区晶粒度评级等试验研究. 结果表明，采用双钨极氩弧焊焊接核级304L不锈钢材料，焊接接头综合性能良好；双热源的工艺虽然增加了热量，但金相组织仍为奥氏体和少量铁素体的典型形貌，铁素体含量在5% ~ 12%范围内，同时焊接接头粗晶区未发现明显的粗化现象，具备一定的抗热裂性能且保持了良好的塑韧性；晶间腐蚀试验未发现接头有敏化现象，表明该焊接接头耐腐蚀性能优良. 综上试验说明核电站不锈钢水池双钨极氩弧焊接头综合性能可靠.
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  2022-7期英文摘要

  焊接学报. 2022, 43(7): 113-121.

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