2022年, 第43卷, 第8期　
刊出日期：2022-08-25

  

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高能束焊接·增材制造
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  铝合金激光-MIG复合焊熔滴对匙孔作用的模拟

  李俐群, 何平, 宫建锋

  焊接学报. 2022, 43(8): 1-7. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20220304002

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  将复合焊接过程中的反冲压力、表面张力等驱动力及熔滴过渡行为考虑在内，建立5A06铝合金激光-MIG复合焊接数值模拟热流耦合模型，由于熔池内的流动及匙孔稳定性对焊接性能有重要影响，因此针对熔滴与匙孔及熔池稳定性的影响进行了系统讨论，并且通过采用不同的熔滴落入位置进行计算.结果表明，当熔滴落入位置距激光中心较近时，熔滴对匙孔的冲击作用较大，匙孔壁的平均流速和波动频率有所增加，匙孔更易由于周期性的熔滴过渡而产生液桥发生闭合，熔滴落入位置还会影响匙孔深宽比，进而影响激光能量的菲涅尔吸收.
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  基于多点柔性支撑的钛合金激光焊接变形控制

  肖珺, 雷一鼎, 陈树君, 芦苇, 何恩光

  焊接学报. 2022, 43(8): 8-12. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20220506002

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  钛合金带筋壁板类T形结构常见于航空制造领域，其激光焊接工艺已经比较成熟. 但是即便在激光高速焊接过程热输入已经很低，仍然会存在一定的焊后角变形. 由于航空制造的高精度要求，需要施加额外的主动控制以最大限度减小此类角变形. 文中提出并验证了基于可编程多点柔性支撑的主动变形控制方法. 针对传统刚性装夹、预置应力不适应于弱刚性带筋壁板结构的问题，设计了一套以STM32单片机为主控，直线电动推杆为执行机构的多点柔性支撑装置. 结果表明，可在焊接过程实时监测当前支撑位置的受力状态，并进行动态调节，从而达到有效抑制焊接角变形的效果.
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  后热处理对激光焊接7075铝合金显微组织与力学性能影响

  张铭洋, 蒋熠鸣, 王春明, 欧阳求保, 米高阳

  焊接学报. 2022, 43(8): 13-18. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20220501002

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  采用激光自熔焊接技术制备7075高强铝合金接头，研究了后热处理对接头显微组织与拉伸性能的影响. 采用SEM与EBSD系统表征了后热处理对7075Al接头显微组织演变与拉伸断裂行为的影响. 结果表明，焊缝中心到母材依次存在等轴晶区域、柱状晶区域、胞状晶区域与母材轧制态区域，并且胞状晶区域与等轴晶区域为接头薄弱区域. 与未后热处理接头相比，后热处理接头平均抗拉强度达到475 MPa，同比提升约59%. 后热处理构筑的纳米沉淀相触发了第二相强化机制，这是提升接头抗拉强度的主要因素.
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  双面激光打底焊根部熔合模拟及组织演变分析

  吴满鹏, 罗震, 李洋, 刘丽华, 敖三三

  焊接学报. 2022, 43(8): 19-24. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20220428002

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  提出了一种双面摆动激光错位同步焊接新工艺，用于厚板大钝边的自熔打底焊接，开展了不同激光间距下打底焊接试验，建立了双面激光打底焊接有限元模型，获取熔池形貌，并与试验焊缝形貌进行对比验证，在此基础上分析了接头粗晶区的焊接热过程及组织演变.结果表明，双面摆动激光错位同步焊接可以实现大钝边打底焊缝的良好熔透成形；与单面激光打底焊接相比，双面激光焊接粗晶区800 ~ 500 ℃的冷却时间(t_8/5)和800 ~ 300 ℃的冷却时间(t_8/3)延长；当激光间距不低于50 mm时，粗晶区发生重新奥氏体化. 单面摆动激光焊接粗晶区的显微组织为板条马氏体，双面摆动激光焊接粗晶区的显微组织为板条马氏体和板条贝氏体，而且随着激光间距的缩短，板条贝氏体含量逐渐增加；双面摆动激光错位同步焊接利于改善接头性能，降低冷裂倾向.
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  多孔化高熵合金改善Al-Si合金/钢体系润湿铺展性能机理

  郑敏, 杨瑾, 赵一璇, 徐文虎, 檀财旺, 张华

  焊接学报. 2022, 43(8): 25-33,79. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20220502002

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  借助电极感应熔化气雾化法，制备了 FeCoNiCrMn高熵合金粉末；通过真空烧结技术，在钢表面制备了具有不同孔隙率和孔径的多孔高熵合金涂层. 研究了不同烧结工艺对多孔涂层孔隙率、孔径以及过渡层厚度的影响. 开展了Al-12Si合金在多孔高熵涂层钢表面的原位润湿铺展试验，探讨了多孔高熵合金涂层对表观接触角和铺展行为的影响规律，深入分析了多孔高熵结构内反应产物的显微组织和相组成. 结果表明，随着烧结温度的升高和保温时间的延长，多孔高熵合金涂层的过渡层厚度逐渐升高，孔隙率及平均孔径逐渐减少. 液态Al-12Si合金液滴在多孔涂层中微通道增强的毛细力作用下，迅速浸润到多孔结构中，并实现了材料表面的完全润湿. 在高熵合金的迟滞扩散效应与高熵效应共同作用下, 界面反应层中金属间化合物的形成受到显著阻碍，界面相结构由富Cr的FCC、富AlFe的BCC以及富AlNi的B2 + 富Al的BCC共晶状结构组成.
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  常压/真空环境激光焊接焊缝成形特性及残余应力与变形对比

  张国滨, 姜梦, 陈曦, 陈奥, 雷正龙, 陈彦宾

  焊接学报. 2022, 43(8): 34-41. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20220503002

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  在高功率激光焊接中，采用增大激光功率的方法以获得更大熔深时，面临焊接过程稳定性差、焊接缺陷频发等问题，目前国内外普遍认为真空激光焊接是解决以上问题的有效手段. 文中采用工艺试验和数值模拟的方法，研究了常压和真空环境下中厚度全熔透激光焊接在焊缝成形及残余应力与变形分布的差异. 结果表明，降低环境压力可显著增加激光焊接熔透深度，真空环境可以将常压环境10 mm全熔透激光焊接所需激光功率从10 kW降低到6 kW，并获得更好的焊接质量. 常压环境和真空环境下，全熔透激光焊接工件展现出类似的横向残余应力、纵向残余应力和变形分布规律，但由于真空环境下热输入较低，焊缝深宽比大，焊后残余应力的峰值和变形程度均显著小于常压环境.
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  中厚板钛合金激光-CMT复合焊接工艺特性分析

  苗玉刚, 王清龙, 李春旺, 吴一凡, 赵羽扬, 孙宏伟

  焊接学报. 2022, 43(8): 42-47. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20220330002

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  通过采用激光-CMT焊接的方法对10 mm厚TC4钛合金实现了不开坡口单面焊双面成形，并对焊缝的组织、力学性能及腐蚀性能进行了测试分析. 结果表明，该最优参数下形成的焊接接头中主要由大量的α'马氏体及初生的α相构成，且存在网篮状组织，焊缝区域的显微硬度大于母材区域，可达380 HV，且由于激光作用区拥有更大的冷却速度，焊缝底部生成了更多的α'马氏体，导致焊缝底部硬度比电弧作用区更高. 焊接接头抗拉强度可达到916 MPa，断后伸长率达到16.08%，拉伸断裂结果为韧性断裂，焊缝组织的性能明显优于母材.焊缝处的抗腐蚀性能优于母材，这是因为焊缝组织有更细小的晶粒及大量位错，提升了钝化能力并阻碍了Cl⁻的扩散.
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  304LN不锈钢表面激光熔覆钴基合金组织和性能

  朱明冬, 吴冰洁, 曹立彦, 李彦儒, 张润豪, 吴佳玥

  焊接学报. 2022, 43(8): 48-53,86. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20220508001

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  为了提高304LN不锈钢的耐磨性，延长控制棒导向筒组件使用寿命，采用激光熔覆技术在304LN不锈钢表面制备了Stellite 6钴基熔覆层.利用光学显微镜(OM)、能谱仪(EDS)、显微硬度计、摩擦磨损试验机、腐蚀试验装置等多种试验测试设备，分析了熔覆层组织形貌、成分、显微硬度、摩擦磨损性能及腐蚀行为，确定了多道多层钴基熔覆层的工艺参数.结果表明，熔覆层与基体之间形成了冶金结合，显微组织主要由平面晶区、胞状和柱状晶区、树枝晶区和等轴晶区组成.熔覆层硬度为500 ~ 550 HV，摩擦磨损系数为0.30 ~ 0.35，熔覆层均匀腐蚀速率和缝隙腐蚀速率分别为0.153 和0.143 mg/(dm²·d). 激光熔覆钴基合金可以有效提高304LN不锈钢表面的硬度、耐磨性能和耐腐蚀性能.
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  厚板Ti6Al4V合金低真空激光焊接接头组织及力学性能

  邹吉鹏, 陈健, 黄瑞生, 武鹏博, 滕彬, 曹浩

  焊接学报. 2022, 43(8): 54-60. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20220114002

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  采用低真空激光焊接技术对40 mm厚Ti6Al4V合金进行焊接，对比分析不同位置的微区组织与力学性能. 结果表明，母材由等轴初生α相和β转变组织组成，热影响区组织为α相、残余β相和急冷准稳态的α'马氏体，焊缝熔凝区组织主要包括不同尺寸及分布状态的α'马氏体以及慢冷却速率下形成的α相. 焊接接头抗拉强度平均值为988 MPa，断裂位置均位于母材. 焊缝上部和中部焊缝区的平均冲击吸收能量为28.8 J，明显优于下部24.8 J. 焊缝熔凝区底部区域存在细长状、密集程度较高的α'马氏体会劣化材料冲击韧性. 相比之下熔凝区中、上部形成的短粗状、密集程度较低的α'马氏体组织的冲击韧性较高， 为Ti6Al4V合金板材的连接及进一步提高接头的力学性能提供了数据支撑及相关理论依据.
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  胶层-镍箔辅助激光焊钢/镁接头组织与性能

  李会明, 周惦武, 王新宇, 贺赵国, 刘金水

  焊接学报. 2022, 43(8): 61-67. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20220505002

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  采用钢板在上、镁板在下且添加胶层-镍箔辅助的激光焊接技术，对厚度1.4 mm的DP590双相钢和厚度1.5 mm的AZ31B镁合金进行焊接， 基于热力学计算选择添加箔片元素，分析接头焊缝形貌、显微组织与力学性能，并对接头熔池温度场和流场进行数值模拟. 结果表明，激光功率1 800 W，焊接速度30 mm/s，离焦量为 + 2 mm，流量为15 L/min的氩气保护的工艺条件下，添加镍箔实现了镁/钢冶金连接，同时添加胶层和镍箔，与单一添加镍箔相比，接头平均抗剪强度提高1.73倍；添加胶层，焊缝连续光滑， 镁侧熔池的熔化宽度增大，钢/镁横向结合面积增加，熔池温度梯度降低，熔池流动速度提高，促进了界面元素相互扩散和冶金反应，因此钢/镁接头性能得到大幅提升.
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  激光同轴送粉增材制造粉末束流关键特征表征与分析

  徐富家, 杨义成, 雷振, 黄瑞生, 李荣, 张彦东

  焊接学报. 2022, 43(8): 68-72. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20220430002

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  粉末束流焦距和焦点位置处的粉末颗粒的空间分布是粉末束流的两个关键特征，对激光同轴送粉增材制造工艺特性影响较大. 利用高速摄像拍摄粉末束流的宏观形貌，以图像灰度处理技术为基础，建立了粉末束流焦距和焦点位置处粉末颗粒空间浓度分布表征方法，提出利用有效粉斑直径定量分析粉末束流的汇聚性，系统研究了载气流量、同轴保护气流量、送粉速率等主要工艺参数对粉末束流关键特征的影响规律. 结果表明，工艺参数的改变几乎不影响粉末束流焦点位置处粉末颗粒呈高斯分布这一规律；载气流量增加，粉末束流焦距变小，有效粉斑直径变大，粉末束流汇聚性变差；同轴保护气流量增加，粉末束流焦距变长，有效粉斑直径基本不变；送粉速率提高，粉末束流的焦距和有效粉斑直径变化均不大.
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  固溶温度对激光粉末床熔化GH3536合金组织演变及力学性能影响

  马瑞, 刘林川, 王亚军, 白洁, 檀财旺, 宋晓国

  焊接学报. 2022, 43(8): 73-79. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20220504002

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  利用激光粉末床熔化（laser powder bed melting, LPBF）制造GH3536镍基高温合金，通过研究不同激光功率和扫描速度对缺陷数量的影响，进行工艺参数优化. 为了缓解沉积态组织的各向异性，消除残余应力，对LPBF制造合金进行固溶处理，探究不同固溶温度对组织及力学性能影响规律. 借助扫描电子显微镜(SEM)和配套的电子背散射仪(EBSD)对试样的显微组织进行观察，并进行力学性能测试. 结果表明，随着固溶温度的升高，沉积态熔池轮廓消失，碳化物溶解，小角度晶界数量减少. 1 100 ℃固溶试样常温拉伸的屈服强度为450 MPa，随着固溶温度的升高，小角度晶界对位错运动的阻碍减弱，屈服强度降低，经过1 220 ℃固溶，试样屈服强度为315 MPa. 1 100 ℃固溶试样的高温抗拉强度为220 MPa，高温拉伸时碳化物沿晶界析出导致晶界脆化，随着固溶温度的增加，沿晶界分布的碳化物数量减少，抗拉强度逐渐增大.
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  蓝光激光定向能量沉积纯铜零件的工艺及性能

  杨永强, 温娅玲, 王迪, 周恒, 牛增强, 卢同杰

  焊接学报. 2022, 43(8): 80-86. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20220427002

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  金属高反材料对短波长激光拥有较高的吸收率，文中使用大功率蓝光激光器作为能量源在不锈钢基板上进行纯铜的沉积，将激光功率、扫描速度和送粉速率从5个水平形成不同的工艺参数组合进行全因子试验. 先从宏观尺寸分析了工艺参数对沉积层的影响，后从相对密度、组织结构和力学性能3个方面对多道多层工艺进行探究. 结果表明，单位送粉激光能量(laser energy per unit powder feed，LEPF)在2.592 ~ 6.048 kJ/g范围内可进行稳定的连续沉积，而当LEPF值大于6.050 kJ/g时，因用于沉积的激光能量过多而导致气孔出现. 使用LEPF值为4.53 kJ/g打印出了表面质量较好的纯铜薄壁圆筒零件. 通过正交扫描得到最高相对密度为99.10%的纯铜块状样件，并观察到了两种孔隙：近球形的气体包封孔隙(I型)以及未熔合和未熔化的粉末孔隙(II型). 最后进行拉伸测试，从结果发现，远离基板成形位置抗拉强度为196.55 MPa，靠近基板成形位置的断后伸长率为26.72%.
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  数值模拟技术在激光焊接过程中的应用及发展

  芦凤桂, 邓德安, 王亚琦, 邵晨东

  焊接学报. 2022, 43(8): 87-94. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20220430001

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  激光焊接以其高效率、高精度成为材料高质量连接的先进方法. 激光焊接过程涉及材料对激光能量的吸收与反射、熔化与蒸发、熔池的流动、匙孔的波动等多个物理场问题，建立反映激光焊接热过程特点的数值模型，进而定量描述并澄清影响材料激光焊接质量的关键因素及演变过程，为材料高品质激光焊接制造提供理论支撑和科学思路. 文中从影响激光焊缝成形质量及服役性能的焊接缺陷、组织演变、残余应力几个方面入手，阐述数值模拟技术在激光焊接基础问题方面的应用及发展.
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  先进材料与异种材料电子束焊接研究进展

  张秉刚, 王一帆, 王厚勤

  焊接学报. 2022, 43(8): 95-101. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20220506001

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  电子束焊接是近年来飞速进步、蓬勃发展的一种先进连接技术，随着技术工艺的日益成熟，其在工业领域的竞争力也日渐增强，已为工业部门所广泛接受.文中综述了电子束焊接在高温钛合金、高温合金、难熔金属、金属间化合物等先进材料与各类互相固溶的、难以互溶的异种材料连接方面的研究现状，对国内外在焊接缺陷控制、焊接工艺优化、焊接机理研究等方面取得的典型研究成果进行了简要介绍，并从中概括总结了先进材料与异种材料电子束焊接的具体问题，归纳阐述了先进材料与异种材料电子束焊接中所采用的能量控制与冶金调控等特色技术方法.
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  金刚石及其复合材料增材技术研究进展

  秦建, 杨骄, 龙伟民, 钟素娟, 刘攀, 杨浩哲

  焊接学报. 2022, 43(8): 102-112. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20220508002

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  金刚石在硬度、热导率、热震性能以及强度等多个性能方面具有其它材料无可比拟的优势，自金刚石人工合成后，在工业中的应用越来越广，相应的制备和应用技术也得到了快速发展，增材制造技术的出现更是为金刚石的应用带来了新的机遇.文中对金刚石及其复合材料的增材制造技术进行了系统的阐述，介绍了金刚石及其复合材料的主流增材制造技术，概述了增材制造过程的质量影响因素，梳理了主要的金刚石及复合材料结构，归纳了不同结构、不同材料的主要应用领域. 结合国内外相关技术的发展现状，总结了金刚石及其复合材料增材制造技术面临的问题，提出了后续的发展建议，以期为金刚石及其复合材料的进一步研究和应用提供参考.
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  2022-8期英文摘要

  焊接学报. 2022, 43(8): 113-120.

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