2023年, 第44卷, 第1期　
刊出日期：2023-01-25

  

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研究论文
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  TA2中厚板低功率激光诱导双电弧高效焊接及机理

  刘黎明, 杨环宇, 徐信坤

  焊接学报. 2023, 44(1): 1-7. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20211114001

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  采用低功率脉冲激光诱导双TIG复合焊接热源(LITTW)实现了6 mm厚TA2纯钛中厚板的高效焊接，基于Ti粒子的动力学行为，研究了激光脉冲对电弧等离子体的影响. 结果表明，LITTW比激光诱导单TIG焊接(LISTW)的电弧能量更加集中，焊接能耗仅为LISTW的50.9%，速度却达到LISTW的2.3倍. 激光脉冲作用后，电弧等离子体由能量集中状态恢复到原始电弧形态存在一个恢复时间，在本试验条件下，LITTW的恢复时间为6.5 ms，比LISTW延长了3 ms. LITTW中稳定的匙孔形态为Ti粒子持续向电弧等离子体转移提供了条件，延长了电弧等离子体的恢复时间.
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  搅拌针转速对厚板镁合金SSFSW焊缝组织及性能的影响

  王大伟, 杨新岐, 唐文珅, 田超博, 徐永生

  焊接学报. 2023, 44(1): 8-19. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20220123002

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  对9 mm厚板AZ31B镁合金进行静止轴肩搅拌摩擦焊(stationary shoulder friction stir welding，SSFSW)工艺试验，探讨搅拌针转速(500 ~ 1000 r/min)对焊缝组织及力学性能的影响规律. 结果表明，在给定焊接速度80 mm/min下，搅拌针转速在600 ~ 800 r/min范围可获得表面光滑、无内部缺陷的对接焊缝，当转速为1 000 r/min时焊缝表面出现不连续凹坑但内部仍无缺陷. 随着转速增加，晶粒尺寸由(11.11 ± 1.68) μm增加到(18.95 ± 1.83) μm；在700 r/min时焊核区晶粒尺寸沿板厚差异最小. 焊缝中间硬度分布具有不均匀性且随转速增加而减小，最大差异为10.97 HV，最低硬度47 HV位于前进侧的热力影响区与焊核区界面处. 在700 r/min下接头力学性能最佳，强度系数为90.2%、对应断后伸长率为母材69.3%. 随着转速增加，断裂模式由韧-脆混合断裂转变为剪切-韧性混合断裂.
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  X80/X100异种钢激光-MIG复合焊接头显微组织和性能

  严春妍, 姜心怡, 周倩雯, 张可召, 赵立娟, 王宝森

  焊接学报. 2023, 44(1): 20-26. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20220202001

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  采用激光-MIG复合焊对X80管线钢和X100管线钢进行焊接，研究了激光功率对复合焊接头的焊缝形貌、显微组织、硬度、强度和韧性的影响规律. 结果表明，激光功率从2.0 kW增大至3.5 kW时，盖面焊缝熔宽和熔深增加，激光区熔深明显增加; 激光区焊缝中AF含量增加、LB含量减少，X100侧粗晶热影响区和细晶热影响区中条状贝氏体含量减少，X80侧粗晶热影响区和细晶热影响区中准多边形铁素体含量增加. 复合焊接头硬度分布并不对称，最高硬度出现在X100侧熔合区部位. 复合焊接头的抗拉强度基本不随激光功率变化，拉伸试样断裂位置均为X80侧母材. 随着激光功率增大，焊接接头最高硬度和韧性均下降.
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  基于WebGL的焊接机器人仿真及多层多道路径规划

  王飞, 盛仲曦, 陈弈, 陈华斌

  焊接学报. 2023, 44(1): 27-32. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20220123001

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  针对中厚板机器人焊接运动仿真、多层多道路径规划等需求，开发了一种基于WebGL的开放的机器人焊接离线编程系统.首先搭建了基于激光视觉传感的机器人MAG焊接系统，接着利用JavaScript，WebGL等技术搭建了仿真平台，通过传感器获取焊道的三维点云数据，利用点云处理技术对焊道特征信息进行提取，在此基础上，进一步提出了对20 mm厚的开V形坡口钢板的多层多道路径规划策略，最终完成了V形坡口4层10道的焊接实验.结果表明，该系统对机器人焊接自动化、智能化关键技术提供了可靠的实现途径.
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  微米级选区激光熔化316L不锈钢拉伸变形中Σ3ⁿ特殊晶界的分布

  张楠, 张海武, 王淼辉, 杜兵, 张平, 张志豪

  焊接学报. 2023, 44(1): 33-39. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20220106003

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  利用电子背散射衍射(EBSD)技术研究了微米级选区激光熔化制备316L不锈钢横向拉伸试样和法向拉伸试样在8%、18%和28%拉伸应变下的晶界特征分布. 结果表明，随着拉伸应变的增加，横向试样和法向试样的Σ3晶界比例显著增加，Σ9 + Σ27晶界比例明显降低. Σ3晶界有效隔断了一般大角度晶界的贯通性. 通过微矩形截面法对Σ3特殊晶界的共格/非共格特征进行测定，其中，横向试样在18%拉伸应变下以Σ3_IC为主，约占60%，而法向拉伸试样在同样条件下以Σ3_C为主，约占73%. 进一步分析指出，非共格Σ3_IC晶界的迁移并与Σ9晶界的汇合是促进拉伸应变过程中Σ3特殊晶界比例升高的原因.
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  炸药覆盖层对爆炸焊接影响的数值模拟

  缪广红, 胡昱, 艾九英, 祁俊翔, 马宏昊, 沈兆武

  焊接学报. 2023, 44(1): 40-48. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20220121002

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  为探究炸药覆盖层厚度对爆炸焊接的影响，采用ANSYS/LS-DYNA软件并结合SPH-FEM耦合算法，对不同覆层厚度下的爆炸焊接试验进行三维数值模拟. 文中采用厚度为 20 mm 的Q235钢和厚度为 2.5 mm 的304不锈钢作为基板和复板. 根据相应的材料参数理论计算了焊接过程中的动态参数，并以此建立爆炸焊接窗口. 仿真结果表明，与无覆盖层爆炸焊接相比，覆盖层厚度为15 mm、 30 mm 和45 mm 时冲击速度分别提高了39.3%， 58.1%和68.8%，碰撞压力分别增大了41.0%， 65.6% 和80.6%. 仿真结果与试验结果基本一致. 利用SPH法进行二维数值模拟，得到了装配炸药覆盖层时复板与基板的复合界面. 仿真结果表明，复合板在覆层厚度为15 mm时具有良好的波形复合界面，且界面波形与试验金相分析结果较为吻合.
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  热处理工艺对M390/304 CMT焊接接头微观组织及力学性能的影响

  乔丽学, 余刚, 董浩, 曹睿, 车洪艳, 王铁军

  焊接学报. 2023, 44(1): 49-56. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20220325011

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  基于改善M390高碳马氏体不锈钢与304奥氏体不锈钢焊接接头的力学性能特别是提高焊接接头硬度，以达到高端刀具生产的要求，对冷金属过渡焊接M390高碳马氏体不锈钢与304奥氏体不锈钢获得的焊接接头进行不同工艺的热处理研究. 采用拉伸、维氏显微硬度测试及扫描电镜(SEM)表征不同热处理工艺的焊接接头力学性能及微观组织演变，统计了不同热处理工艺下焊接接头中M390母材、M390细晶区和M390粗晶区等区域的碳化物分布，研究了不同热处理工艺下焊接接头的断裂机理. 研究结果表明，在1 150 ℃水淬热处理工艺下焊接接头既满足刀具钢硬度的要求，又具有良好的力学性能，可以作为M390/304焊接接头的最佳热处理工艺，对应焊接接头的抗拉强度和断后伸长率为502 MPa和20.8 %，抗拉强度和断后伸长率分别是焊态的98%和95%. 1 150 ℃水淬热处理工艺的M390母材、细晶区和粗晶区中碳化物平均尺寸最小，碳化物形貌以细小的块状均匀分布. 淬火温度升高，抗拉强度和断后伸长率均呈现出先下降后升高的趋势，随着冷却速度的减小，抗拉强度和断后伸长率均呈现出下降的趋势. 不同热处理工艺下焊接接头的断裂位置在M390粗晶区和焊缝的界面位置，在此位置处硬度差异很大，存在应力分布不均匀现象.
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  焊缝表面缺陷激光视觉传感HOG-SVM的检测方法

  胡丹, 吕波, 王静静, 高向东

  焊接学报. 2023, 44(1): 57-62,70. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20211231001

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  为了实现对焊缝表面缺陷的自动检测与分类，研究一种有效识别焊缝表面缺陷的激光视觉检测方法. 通过激光视觉传感器采集焊缝图像并进行预处理，包括图像分割，灰度化，平滑去噪以及焊缝轮廓提取. 采用方向梯度直方图(Histogram of Oriented Gradient, HOG)提取焊缝激光条纹轮廓图像的特征向量. 其次，基于5折-交叉验证网格搜索方法进行模型参数寻优，最终建立了支持向量机(Support Vector Machine, SVM)智能模型识别与分类焊缝表面缺陷. 通过调整焊缝轮廓提取算法、HOG特征维度得到不同特征数据并进行对比、分析焊缝缺陷的识别效果. 在相同试验条件下，发现支持向量机比随机森林分类器、K最近邻分类器以及朴素贝叶斯分类器的识别率更高，达到97.86%. 基于HOG-SVM的焊缝表面缺陷智能识别方法可有效提高焊缝缺陷(气孔、凹陷、咬边)及无缺陷的分类精度.
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  基于电容快速充放电控制的变极性微电阻点焊电源的设计

  王晓庆, 杨凯, 李浩东, 陈家兑

  焊接学报. 2023, 44(1): 63-70. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20220222002

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  针对传统晶体管式电阻点焊电源负载持续率低，电源输出模式单一和焊接接头一致性差等问题，设计了一种可实现电容快速充放电的变极性晶体管式微电阻点焊电源. 分析了电源负载特性，设计了基于全桥逆变 + H桥双相斩波电路的电源主电路拓扑，设计了基于高性能STM32双核控制器的数字化电源控制系统，提出了多阶段变脉宽式电容组快速充电方法，开展了电源输出特性测试和铜-镍薄片单面双点工艺试验. 试验结果表明，设计的电源输出负载持续率可达5%以上，极性切换时间可低至0.1 ms以下，变极性输出模式可有效解决单极性模式下因极性效应现象造成的焊点尺寸不一的问题，电压控制模式焊接过程焊接接头性能优于电流控制模式和功率控制模式.
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  旋转电极接触力对电火花沉积放电过程参数和材料转移的影响

  李梦楠, 韩红彪, 李世康, 侯玉杰

  焊接学报. 2023, 44(1): 71-77. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20220206001

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  为了研究旋转电极接触力对电火花沉积放电过程参数和材料转移的影响，进行了不同接触力下的电火花自动沉积试验. 分析了不同接触力下的各种放电波形的数量、放电脉冲的平均电压和电流等放电参数、电火花沉积的转移效率和沉积效率、沉积层的表面形貌和截面形貌、表面粗糙度等. 结果表明，接触力的变化影响了旋转电极电火花自动沉积过程中各种放电类型的数量和比例. 随着接触力的增大，接触放电比例逐渐减少而短路放电比例逐渐增加，放电脉冲的平均电压和平均功率逐渐下降而平均电流逐渐上升. 接触力对电火花沉积的转移效率和沉积效率影响较大，对表面粗糙度影响不大. 接触力为1 ~ 2 N时，自动沉积过程中的接触放电比例较高，转移效率和沉积效率也较高. 在旋转电极电火花自动沉积过程，接触放电引起的材料转移量明显高于短路放电引起的材料转移量.
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  聚合物双振子超声焊接量子升温优势

  李亮, 郑冕, 郭栋, 何勍

  焊接学报. 2023, 44(1): 78-83. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20220114003

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  针对聚合物超声焊接升温机理，通过量子理论建立超声声场模型. 将聚合物升温过程视为超声场能量转化为聚合物内能的能量转换过程. 研究了聚合物双振子超声焊接相比单振子超声焊接的优势. 通过二次量子化理论分析发现单振子焊接时，只有频率为声场频率整数倍的原子能吸收声子，而双振子焊接时，除了频率为两个声场频率整数倍的原子之外，频率为两个声场频率整数倍组合的原子也可以吸收声子. 双振子焊接相比单振子超声焊接对超声场能量的利用率更高. 并通过试验验证了这一结果. 结果表明：振子功率保持恒定时要实现同样的焊接效果，双振子焊接时间为单振子焊接时间的3/8；焊接时间一定时要实现同样的焊接效果，双振子总功率是单振子功率的12/13.
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  基于空间位置和轮廓线距离的船舶焊缝特征参数提取

  袁明新, 戴现令, 刘超, 孙宏伟, 王磊

  焊接学报. 2023, 44(1): 84-92. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20211208002

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  为了实现船舶焊接件数字模型中焊缝特征参数的精确提取，进而完成机器人数据库系统中焊接工艺的自适应快速匹配和快速选择，提出了基于空间位置和轮廓线距离的船舶焊缝特征参数提取算法. 首先基于海伦公式识别待判定面来确定接头空间位置关系，并结合最小轮廓线距离完成焊缝特征识别；然后基于轮廓线总条数和最小轮廓线距离的两端点，识别出焊缝坡口处特征点及线；最后基于三类焊接接头所建的数学模型提取出与焊接工艺相关的焊缝特征参数. 测试结果表明，文中焊缝特征参数提取算法能准确识别4类接头形式和10种坡口类型，以及准确提取焊缝间隙、坡口夹角和焊接件板厚等参数，具有焊缝特征识别广且信息提取齐全的优点. 与其他相关识别算法相比，文中算法的识别率达到100%，而识别效率提升了16.06%，从而进一步验证了算法的有效性.
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  SLM成形中粉末铺展行为的动态数值模拟

  葛亚琼, 李济鹏, 畅泽欣, 马明锋, 侯庆玲

  焊接学报. 2023, 44(1): 93-98. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20220212001

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  激光选区熔化中，粉床的成形会显著影响后续的工艺及最终产品的质量. 试验采用离散元法(DEM)，对SLM成形过程中的粉末铺展行为以及成形质量进行了动态数值模拟，从致密度和均匀性两方面研究了粉床质量的影响因素. 研究结果表明，铺粉速度对粉床质量的影响很明显. 铺粉速度、铺粉角度、刮板间隙高度、粉末粒度均对改善粉床的平均致密度和均匀性有着重要影响. 铺粉速度越小，粉床质量越高，同时工作效率也越低. 随着刮板间隙高度的增加，粉床致密度增大，粉床均匀性降到一个较低的值；粉床致密度随铺粉角度的增大而增大，然后减少，整个粉床的结构均匀性也有类似的变化趋势. 增大粉末粒径会导致粉床致密度和粉床结构的均匀性降低. 当铺粉速度0.1 m/s，刮板间隙高度90 μm，铺粉角度15°，粉末粒径15 μm时，粉床成形质量最优.
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  激光功率对2195铝锂合金光纤−半导体激光复合焊接形貌与气孔的影响

  赵艳秋, 李响, 刘志强, 颜廷艳, 王磊磊, 占小红

  焊接学报. 2023, 44(1): 99-106. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20220225001

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  光纤−半导体激光复合焊接技术充分结合了光纤与半导体激光热源的优势，在激光加工领域拥有巨大的潜力. 针对2195铝锂合金开展光纤-半导体激光复合焊接试验，并定量研究激光功率对焊接形貌与气孔的影响. 结果表明，光纤激光功率显著影响焊缝熔深，半导体激光功率显著影响焊缝上熔宽. 基于回归分析方法建立焊缝横截面积预测模型. 此外，光纤与半导体激光均对焊缝气孔缺陷的控制起着重要的作用，较高的光纤激光功率有利于降低气孔缺陷. 对于4 mm厚2195铝锂合金，采用光纤激光功率为3.0 kW、半导体激光功率为2.5 ~ 3.0 kW时，熔池温度高且光纤-半导体激光复合作用范围大，焊接接头气孔缺陷少.
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  304不锈钢薄壁管焊接生产在线固溶处理工艺

  渠慎全, 秦国梁, 高源, 肖国栋

  焊接学报. 2023, 44(1): 107-114. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20220125001

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  钢带经逐级卷板加工、焊接而制成钢管，因前期加工硬化导致钢管硬度增大，从而会显著影响管件的二次成形加工.文中通过在304不锈钢管生产线搭建在线固溶处理试验平台，研究了固溶温度、固溶冷却条件及固溶保护气种类对304不锈钢管焊缝和母材微观组织及性能的影响.结果表明，在试验温度范围内，提高固溶温度会使热影响区和母材晶粒度增大，促进碳化物固溶于奥氏体晶粒，明显降低热影响区和母材的硬度.焊缝区沿奥氏体晶界分布的铁素体部分溶解，晶粒尺寸增大程度较小，因此焊缝区的硬度略有降低；而调整冷却条件对焊缝及母材的硬度影响不大；在氩气作为固溶保护气时，调节固溶参数，管件母材平均硬度可降低至188.7 HV，与未固溶时相比降低了11.0%.在氢气作为保护气时，平均硬度可降低至182.7 HV，与未固溶时相比降低了13.8%.通过显微组织观察，硬度、扩口和压扁力学性能测试，在两种保护气条件下固溶处理的管件均满足国家标准.
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  焊缝余高对铜镍合金管材腐蚀行为的影响

  张威, 刘峰, 李相波, 程旭东, 苏艳, 邵刚勤

  焊接学报. 2023, 44(1): 115-121. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20220302001

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  海水管道焊缝下游区是发生腐蚀的热点区域. 为探究B30管道焊缝余高对与其下游区腐蚀行为的影响，利用原位电化学测试装置和自制循环海水冲刷装置，在3 天、7 天、15 天、30 天4个冲刷节点进行试验. 测试了3种模拟焊缝余高(0 mm；0.5 mm；1.5 mm)在紧邻热影响区和下游30 mm处母材区的电化学阻抗谱，用扫描电镜观察了试样表面的腐蚀形貌，结合COMSOL软件建立了有限元仿真流态模型，探讨了余高对介质流态的影响. 结果表明, 在有焊缝情况下，热影响区和母材区阻抗值均小于无焊缝结构，焊缝结构会加速下游区的腐蚀，且余高越大，腐蚀倾向也越大；热影响区腐蚀速率均大于母材区；流态模型显示出在热影响区位置出现了涡流，涡流加速了热影响区的腐蚀.
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  超声振动对6061铝合金焊接热裂纹影响

  隋楚凡, 刘政军, 艾星宇

  焊接学报. 2023, 44(1): 122-128. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20220106002

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  为解决硬铝合金焊接接头软化严重的问题，选用7075铝合金作为填充材料对6061铝合金进行高组配焊接. 焊接接头硬度确有提升，但在焊接过程中产生了热裂纹. 文中设计了一个超声辅助平台将超声振动引入到传统的钨极氩弧焊中，在确保焊接接头硬度的条件下解决焊接热裂纹的问题. 结果表明，超声功率较低时热裂纹消失，但超声功率达到480 W时，热裂纹再次产生. 随着超声功率的增加，焊接接头的晶粒尺寸和形状发生了变化，熔合区的柱状晶被打碎，转变为较为细小的等轴晶，焊缝中心的等轴晶也发生了细化，在功率640 W时焊缝中心的平均晶粒尺寸最小. 焊接接头中的析出相数量也随着超声功率的增大逐渐增多，分布逐渐均匀，对焊接热裂纹造成影响，因此存在一个超声功率的范围，能够同时解决焊接接头软化和焊接热裂纹的问题.
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  2023-1 期英文摘要

  焊接学报. 2023, 44(1): 129-136.

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