2023年, 第44卷, 第5期　
刊出日期：2023-05-25

  

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研究论文
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  316L不锈钢扩散焊接头组织性能分析

  胡若琪, 纪康康, 王颖, 王东坡, 杨振文

  焊接学报. 2023, 44(5): 1-6. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20220602004

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  印刷电路板式换热器具有多层薄壁、微通道的结构，如何实现其高质量连接的问题亟待解决. 316L不锈钢因其优异的力学性能、焊接性能与耐腐蚀性能，常用于印刷电路板式换热器的制造. 文中采用真空扩散连接的方法实现了316L奥氏体不锈钢的连接，并探究了最优工艺参数，建立了工艺参数—界面组织—力学性能之间的关系. 结果表明，随焊接温度升高和保温时间的延长，接头焊合率、变形率上升，晶粒尺寸增长，硬度下降，抗拉伸剪切强度先升高后降低. 1 000 ℃–60 min–10 MPa为最优参数，此时接头抗剪强度最高，为626 MPa. 该参数下的断裂方式为塑性断裂，断口呈典型的韧窝花样.
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  TiO₂和Al₂O₃对CaO-SiO₂-CaF₂基础焊接渣系熔化特性的影响

  何磊, 王任甫, 成应晋, 薛钢, 马晓阳, 张华军

  焊接学报. 2023, 44(5): 7-13,61. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20220616003

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  研究了TiO₂和Al₂O₃对CaO-SiO₂-CaF₂基础焊接渣系黏度、熔化温度、表面张力等熔化特性的影响，并利用XRD和拉曼光谱分析四元焊渣的物相和结构特征. 结果表明，TiO₂含量增加会显著降低焊接熔渣黏度、熔化温度及表面张力，提升熔渣流动性；Al₂O₃含量增加会使焊接熔渣黏度、熔化温度及表面张力先略有升高后明显降低. CaO-SiO₂-CaF₂-TiO₂和CaO-SiO₂-CaF₂-Al₂O₃四元焊渣完全熔化后，其黏度均在0.2 Pa·s以下，继续升温对黏度无显著影响，低于熔化温度后，焊渣随温度降低迅速凝固，呈明显的短渣特性. 经XRD和拉曼光谱分析可知，四元焊接熔渣中主要含具有硅酸盐网络结构的Ca₄Si₂O₇F₂高熔点相. TiO₂ 和Al₂O₃的加入均能使硅酸盐网络结构转变成简单四面体结构的[SiO₄]⁴⁻，且含TiO₂渣中生成了CaTiO₃新相，含Al₂O₃渣中产生CaF₂相和少量Ca₂Al(Al SiO₇)新相. 发现了对渣系熔化特性影响较大的TiO₂和Al₂O₃含量敏感区间，对高强钢焊材配方设计具有一定参考意义.
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  中厚板脉冲双丝高速打底焊自由成形及稳定性分析

  陶星空, 杨环宇, 巴现礼, 刘黎明

  焊接学报. 2023, 44(5): 14-19. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20220607001

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  采用不同直流脉冲匹配的tandem焊枪实现了12 mm厚Q235钢共熔池打底焊接，并利用高速图像(HSI)和实时电信号对焊接过程进行实时动态检测，研究了焊接速度对焊缝成形、焊接电弧形态和焊接过程稳定性的影响. 结果表明，焊接速度主要对焊缝成形和焊接过程稳定性造成影响，对电弧形态的影响不大. 随着焊接速度的增加，电弧稳定性先增大后减小，在焊接速度为40 mm/s时，背部自由成形最佳. 不同焊接速度下，主丝电弧都保持较高的挺度，几乎不发生偏移，从丝电弧形态在单个脉冲周期内通过产生9° ~ 15°的规律性摆动，促进熔池中部金属向侧壁流动，减小熔池后端金属的累积，从而消除焊缝表面的驼峰和起脊缺陷，提升了整体光洁度. 主丝的焊接稳定性整体高于从丝，当焊接速度为40 mm/s时，两电弧稳定性最好.
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  匙孔内光纤激光致喷发蒸汽对焊接过程的影响

  孔华, 赵振家, 邹江林, 王紫, 黄泽泓

  焊接学报. 2023, 44(5): 20-26. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20220530001

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  光纤激光深熔焊接羽辉由匙孔内激光致蒸汽喷发所致，对焊接过程存在严重的负面影响. 文中通过改变匙孔内激光致蒸汽的喷发特征，研究羽辉对光纤激光深熔焊接过程的影响规律. 结果表明，随着焊接速度的提高，沿焊接方向的匙孔口长度逐渐增大，匙孔前壁的倾斜角则逐渐减小. 该现象导致孔内激光致喷发蒸汽的特征发生变化：底部摆动羽辉的喷发方向逐渐沿焊接反方向偏离激光束，狭长形羽辉的高度则逐渐降低直至消失；羽辉对焊接熔深的负面影响也逐渐减小直至消失，但飞溅数量逐渐增多，焊缝表面成形则逐渐恶化. 进一步分析表明，匙孔前壁激光致蒸汽的喷发方向变化是底部摆动羽辉的喷发方向和狭长形羽辉高度均发生改变的主要原因；提高焊接速度可降低羽辉对焊接过程的负面影响，但匙孔前壁激光致蒸汽对匙孔后壁的冲击作用将导致孔口沿焊接方向的长度变大、飞溅增多、焊缝表面成形质量变差.
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  主副加热分布式热源局部热处理方法

  蒋文春, 谷文斌, 金强, 王金光, 武爱兵, 涂善东

  焊接学报. 2023, 44(5): 27-35. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20220608002

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  局部热处理是保证承压设备全寿命周期安全性的重要手段. 文中以某二甲苯塔分段筒节为研究对象，提出了一种主副加热分布式热源局部热处理方法，在传统单加热基础上，距离焊缝一定位置施加副加热区，主加热用于改善焊缝微观组织、消除部分残余应力，副加热在焊缝产生反变形，抵消主加热产生的“收腰变形”，消除焊缝内表面残余应力. 采用试验、数值模拟和理论分析，建立了主副加热局部热处理有限元模型，研究了副加热带温度、宽度、主副加热间距对应力消除效果的影响规律. 结果表明，采用传统单加热热处理方法，降温阶段，焊缝受到拘束作用在内表面产生新的二次应力. 主副加热分布式热源局部热处理利用副加热区的反变形，可以在焊缝内表面产生压应力. 主副加热带宽度、间距和副加热温度是应力消除效果的关键因素，提出了主副加热局部热处理工程设计方法，为重大承压设备局部热处理提供依据.
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  铝钢电磁脉冲焊接界面特性及金属粒子分布分析

  迟露鑫, 黄岩, 许惠斌, 顾凌翔, 张玉虎, 冉洋, 吴江川

  焊接学报. 2023, 44(5): 36-43. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20220523001

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  为明确铝/钢电磁脉冲焊接过程金属粒子运动对界面连接性能的影响，基于金属粒子流形成机理，对界面形貌及抗剪强度进行分析.结果表明，金属粒子滞留界面造成铝局部熔化，钢粒子原位生成FeAl，形成未结合区；沿着焊接方向，分射流对铝板压入作用逐渐增大，形成冶金结合的界面，并伴有富铝金属间相，直缝区为FeAl + Fe₂Al₅，小波区为Fe₂Al₅ + FeAl₃，大波区为FeAl + FeAl₃；铝钢焊接界面过渡区由塑变铝压入钢形成，铝侧焊缝的外边缘存在钢粒子，而钢侧焊缝存在熔融铝携带钢粒子，主要为FeAl + Fe₂Al₅ + FeAl₃，且在焊缝内侧滞留了大量金属粒子，并以椭圆环的形式分布，在焊缝外侧，金属粒子滞落铝板表面造成凹坑，但在钢板表面为嵌入的片状铝；因此，在金属粒子滞留，并产生较多金属间化合物的位置成为剪切试验断裂源；通过波长公式调整搭接间隙，减少粒子滞留界面，椭圆焊缝断裂于铝材，提高了接头强度.
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  金属/CFRP异种材料连接技术的研究进展及界面结合机理分析

  张婷婷, 朱凯航, 许振波, 王艳, 安栋财, 张体明

  焊接学报. 2023, 44(5): 44-54. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20220610001

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  碳纤维复合材料(CFRP)具有质轻高强、高模量和低膨胀优势，在“陆海空天”等领域应用潜力和需求极大. 其中热塑性碳纤维复合材料(CFRTP)近年来快速发展，CFRP和CFRTP与金属结构件的连接技术受到国内外学者和工业界的广泛关注. 文中综述了金属材料与CFRP连接的主要技术及界面的结合机理；对比分析了不同连接工艺的成形原理，总结了金属与CFRP连接界面的不同作用效果；结合发展现状及未来工程应用需求，对金属/CFRP高质量连接技术瓶颈的突破方向进行了展望.
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  SiC添加对W/AgCuTi/Cu钎焊接头组织与力学性能的影响

  王刚, 丁慕晗, 张俊杰, 张成林, 赵禹

  焊接学报. 2023, 44(5): 55-61. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20220615002

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  为研究碳化硅(SiC)添加对缓解钨-铜钎焊接头残余应力的作用效果及机理，采用真空钎焊技术获得不同碳化硅含量(质量分数为0 ~ 20%)的W/SiC-AgCuTi/Cu钎焊接头，分析焊接接头组织演变及剪切性能变化规律. 结果表明，随着SiC含量的增加，钎焊接头剪切强度先提升后降低. 当SiC的质量分数为10%时，钎焊接头的剪切强度达到峰值120 MPa，比未添加SiC的焊接接头强度提升45%左右. 分析认为，少量(质量分数为0 ~ 10%)的SiC硅在W-Cu焊缝组织中较均匀分布，可有效缓解母材热失配带来的焊接残余应力，提升焊接接头强度. 但过量(质量分数为20%)的SiC易在焊缝组织中聚集成大尺寸块体，剪切过程中形成应力集中，不利于焊接接头强度进一步提升.
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  基于主成分及灰色关联度分析的5083铝合金FSW接头工艺参数优化

  陈兴惠, 张洪申

  焊接学报. 2023, 44(5): 62-69. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20220623001

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  针对铝合金搅拌摩擦焊接工艺参数优化问题，对5083铝合金板材进行研究，开展其在不同搅拌摩擦焊工艺参数下的力学性能探索，运用主成分分析和灰色关联度分析法对试验结果进行探索，得出焊接接头最优工艺参数，并建立基于GRG的工艺参数二阶预测模型.结果表明，均值极差法得出最优工艺参数组合为转速1 400 r/min，焊接速度1 mm/s，下压量0.3 mm，接头抗拉强度最大达到225.5 MPa，达到了母材的95.4％，失效位移为10.6 mm. 在试验工艺参数范围内，影响接头抗拉强度的主要因素次序为下压量、焊接速度、转速；模型预测值与计算值无显著差异，回归模型与试验数据的吻合度好，说明预测模型可靠度高，此回归模型可作为其预测模型.
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  固溶处理对CMT电弧熔丝增材Inconel 625合金组织与性能调控

  顾小燕, 林筱鹏, 王金凤, 李桓

  焊接学报. 2023, 44(5): 70-76. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20220608001

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  对冷金属过渡(CMT)的电弧熔丝增材方法制备的Inconel 625合金试样进行不同温度的固溶处理. 研究了固溶处理对所制备的Inconel 625合金的微观组织和力学性能的影响规律. 结果表明，沉积态主要为沿沉积方向生长的柱状枝晶，基体组织主要为γ奥氏体相，在晶粒内和晶界上呈块状或链状分布着大量第二相Laves相以及微小MC颗粒. 固溶温度低于 1 000 ℃时，Laves相和碳化物溶解缓慢，此时固溶处理对合金组织性能的影响较小；当固溶处理温度增加至1 200 ℃时，第二相碳化物溶解，晶粒剧烈长大，并出现大量孪晶界，合金的硬度和抗拉强度有一定程度下降，屈服强度显著下降，断后伸长率显著提升.
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  焊接方法对316L不锈钢焊缝抗辐照损伤性能的影响

  乔永丰, 雷玉成, 姚奕强, 王泽宇, 朱强

  焊接学报. 2023, 44(5): 77-83,94. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20220528001

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  为探究焊接方法对316L不锈钢焊缝抗辐照损伤性能的影响，采用原子力显微镜(atomicforce microscopy, AFM )、扫描电子显微镜(scanning electron microscopy,SEM )、掠入射X射线衍射(grazing incidence X-ray diffraction,GIXRD )、拉伸和纳米压痕技术等方法，对不同焊接方法制备的经能量为70 keV、剂量为1 × 10¹⁷ ions/cm²的He ⁺ 辐照后的316L奥氏体不锈钢焊缝损伤情况及力学性能进行了研究. 结果表明，离子辐照后不同焊缝表面均产生了空洞等微观缺陷，力学性能呈现不同程度的降低. 辐照后TIG焊缝表现出更优异的抗辐照损伤性能. TIG焊缝中更多的缺陷阱有效阻碍了辐照点缺陷的相互聚集，使辐照后焊缝内形成的缺陷数量更少、尺寸更小. 表明改变焊接方法、细化焊缝晶粒来提高焊缝抗辐照损伤性能及抗辐照硬化性能，是一种可行的思路与方法.
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  磁控焊缝跟踪传感器非对称纵向磁场下的焊缝识别

  秦子濠, 李湘文, 郑学军, 洪波, 李继展, 周芙蓉

  焊接学报. 2023, 44(5): 84-94. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20220618001

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  针对纵向磁场作用下的电弧难提取焊缝信息的问题，设计一种由3个纵向分布磁感线圈组成的‘山’形分布纵向磁场传感器. 利用COMSOL软件模拟非对称纵向磁场作用电弧形态. 取焊接过程电弧电压分布对应的磁感应强度作为焊缝识别试验的磁感应强度. 用高速摄影仪拍摄非对称纵向磁场作用下的电弧运动轨迹，并与新型传感器设计的电弧运动轨迹进行比较，验证纵向磁场传感器产生非对称纵向磁场的电弧形态变化. 结果表明，非对称纵向磁场能控制电弧进行焊缝识别，并能解决窄间隙焊接过程中的咬边和侧壁不融合. 该方法为磁控焊缝跟踪传感器在窄间隙焊接的应用开辟了新的方向.
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  CMT Cycle Step工艺参数对焊缝表面特征纹路及成形尺寸的影响

  周春东, 章晓勇, 彭勇, 王克鸿, 王剑春, 周明

  焊接学报. 2023, 44(5): 95-101. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20220126001

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  采用CMT Cycle Step焊接工艺进行平板堆焊正交试验，研究了送丝速度、焊接速度、熔滴数量和间隔时间四个参数对焊缝表面特征纹路及成形尺寸的影响，建立了各参数与焊缝表面鱼鳞纹步长S、焊缝熔宽B、堆焊层厚度h之间的回归模型. 结果表明，随着焊接速度、熔滴数量和间隔时间的增大，焊缝表面鱼鳞纹步长S呈逐渐增大的趋势. 适当减小焊接速度和间隔时间，可有效减小焊缝表面高度差Δh，提高焊缝表面成形质量. 随着送丝速度和熔滴数量的增大，焊缝熔宽B和堆焊层厚度h均逐渐增大；随着焊接速度的增大，焊缝熔宽B和堆焊层厚度h逐渐减小. 根据理论分析和回归分析得到准确性较高的回归方程，为预测焊接焊缝成形以及优化焊接工艺参数提供理论依据.
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  基于功率随动控制拐角激光焊接质量优化

  姚良振, 尹贻生, 张承瑞, 周立涛, 刘日良

  焊接学报. 2023, 44(5): 102-108. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20220519001

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  针对拐角激光焊接存在的因加减速及光斑重叠引起的能量累积问题，提出一种基于时间和空间维度、同时考虑焊接比能量与能量密度分布的功率随动控制策略，控制拐角处的能量分布，优化拐角处的焊接质量. 借助于MATLAB软件分析了拐角处的激光焊接热输入和能量密度分布，优化了激光功率和焊接速度之间的匹配关系. 基于团队自主研发的激光振镜焊接控制系统，以3003铝合金为研究对象进行不同拐角条件下的拐角焊接质量优化试验. 结果表明，采用基于时间和空间维度的功率随动控制策略可有效改善拐角处焊缝的表面形貌，保证焊缝的均匀性，同时，在不影响熔深质量的前提下，有利于抑制拐角处的缺陷生成，提高焊缝的整体质量.
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  送丝速度对电弧增材熔池流动及焊道成形影响的数值模拟

  周祥曼, 傅子川, 柏兴旺, 田启华, 方东, 付君健, 张海鸥

  焊接学报. 2023, 44(5): 109-116. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20220603001

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  通过数值模拟研究了不同送丝速度下电弧增材制造单道熔积成形过程中的传热传质及熔池流态，分析了送丝速度对焊道形貌的影响. 结果表明，当送丝速度较小时，基板接受的电弧热较多，熔池的熔深较深且流动性较强，成形焊道较宽且高度较低；随着送丝速度的增大，熔融金属向上堆积，熔池体积增加，送丝速度达到一定值时，电磁力与表面张力达到动态平衡，熔深与焊道高度接近；当送丝速度较大时，液态金属对流减弱，熔深较浅，在表面张力的作用下，熔池边缘收缩导致焊道隆起. 模拟与试验结果吻合较好，研究结果可以为GTAW电弧增材技术的工艺参数调控提供理论依据.
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  等离子弧增材低碳贝氏体钢组织与性能分析

  周凡, 顾介仁, 王克鸿, 柴权赢

  焊接学报. 2023, 44(5): 117-121. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20220622003

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  采用等离子弧增材工艺制备了成形良好的贝氏体钢构件，研究了其力学性能和微观组织. 结果表明，增材构件的微观组织主要由板条状贝氏体、粒状贝氏体和少量奥氏体组成. 增材构件组织和力学性能存在局部差异：顶部组织晶粒比较粗大，主要由板条状贝氏体和奥氏体组成，显微硬度平均值约为365 HV；底部区域组织晶粒比较细小，多为粒状贝氏体，显微硬度平均值约为384 HV；构件整体平均冲击韧性为145 J/cm2，平均拉伸强度和断后伸长率分别可以达到955 MPa和11.7%，其中x方向的拉伸强度为945 MPa，略小于y方向的抗拉强度(963 MPa)和z方向的抗拉强度(958 MPa)，说明构件抗拉强度不存在明显的各向异性，断口为韧性断裂.
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  复杂空间曲面焊接机器人自动编程系统

  姚宇, 张秋菊, 陈宵燕, 吕青, 焦露

  焊接学报. 2023, 44(5): 122-128. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20220623003

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  针对机器人在空间曲面焊接过程中需要保持焊接速度和焊炬位姿恒定的工艺要求，提出了一种适用于复杂空间曲面焊接机器人的运动规划方法，该方法采用NURBS曲线对三维点云描述的空间轨迹进行光顺逼近，建立机器人配合变位机组成的多自由度焊接系统运动学模型并进行逆运动学求解. 开发了一套完整的复杂空间曲面焊接机器人自动编程系统. 以翻领成型器为例进行了复杂空间曲面焊接机器人的自动编程及焊接试验. 结果表明，文中提出的复杂空间曲面焊接机器人运动规划方法和自动编程系统能够顺利完成焊接任务，且运动平稳，具有良好的焊接轨迹精度.
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  2023-5期 英文摘要

  焊接学报. 2023, 44(5): 129-136.

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