2023年, 第44卷, 第6期　
刊出日期：2023-06-25

  

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研究论文
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  基于裂纹尖端塑性区参量的SE(T)试样的拘束度研究

  夏聪聪, 赵洋洋, 戴联双, 龚宝明, 邓彩艳, 王东坡

  焊接学报. 2023, 44(6): 1-7. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20220718003

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  以X80高强管线钢为研究对象，结合数值分析和解析法，研究了基于裂纹尖端塑性区几何特征提出的拘束参数$r_{p0}^{1/2}$、$r_{p\max }^{1/2}$、$A_{p{\textit{z}}}^{1/4}$、${\chi _P}$对于不同SE(T)试样裂纹尖端应力场的表征效果，并通过断裂韧性试验量化了面内拘束和面外拘束效应对X80管线钢的SE(T)试样断裂韧性的影响，建立基于裂纹尖端塑性区的面内和面外统一拘束参数$r_{p0}^{1/2}$、$r_{p\max }^{1/2}$、$A_{p{\textit{z}}}^{1/4}$、${\chi _P}$与应力强度因子K的关系，确定拘束参数与T应力(T₁₁和T₃₃)之间的解析关系，并通过有限元模拟和理论分析提出了小范围屈服条件下的断裂韧性预测方法.
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  TiZrNiCu钎料在TA1/TC4异质界面的反应润湿过程

  高德君, 武绍旺, 杨生旭, 张承浩, 刘永旭, 司晓庆, 曹健

  焊接学报. 2023, 44(6): 8-14. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20220726001

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  试验采用Ti51ZrNiCu钎料，研究其在TA1/TC4异质界面的反应润湿过程，使用扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)及润湿角测量仪等分析方法研究了不同表面的润湿界面组织结构，并总结了试验参数对组织结构和润湿能力的影响规律. 而后进行了填缝试验，用于衡量Ti51ZrNiCu钎料在TA1/TC4异质界面的润湿铺展能力，总结了钎料填充经验公式. 结果表明，在试验参数为935 ℃/3 min的条件下，TiZrNiCu钎料对TA1和TC4母材填充能力可简化为经验公式：h = 4 000/a，其中钎缝间隙a的单位为μm，爬升高度h单位为mm.
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  大厚度NiCrFe-7熔化焊焊缝微裂纹

  吴栋, 董文超, 鲁艳红, 侯冬冬, 张茂龙, 陆善平

  焊接学报. 2023, 44(6): 15-19. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20220722001

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  通过金相显微镜、扫描显微镜和电子背散射衍射方法对一种大厚度NiCrFe-7熔化焊焊缝中的微裂纹进行了表征和机制分析，焊接方法分别为焊条电弧焊(SMAW)和钨极氩弧焊(GTAW). 结果表明，该种热裂纹为沿晶的再热裂纹，其形成是由于焊接热影响区在高温下发生应力松弛现象，导致晶界大尺寸MC型碳化物和氧化物处出现应力集中，造成裂纹沿这些颗粒内部或界面开裂. 相比于GTAW工艺，SMAW工艺的焊缝中存在大量氧化物，造成SMAW焊缝再热裂纹倾向高于GTAW焊缝，进而导致前者焊缝弯曲性能不符合国家标准要求. 通过此研究，建议采用保护气效果更佳的GTAW工艺.
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  含错位效应十字焊接接头疲劳可靠性评估

  宋威, 满铮, 徐杰, 魏守盼, 崔慕春, 侍孝建, 刘雪松

  焊接学报. 2023, 44(6): 20-26,34. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20220629001

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  探究缺陷效应对焊接件疲劳性能的影响是控制焊接质量的重要内容. 文中引入焊接缺陷参数的影响，基于累计寿命-临界损伤建立含缺陷承载十字焊接接头疲劳可靠性分析模型.首先，根据结构件焊缝和缺陷参数以及载荷条件，建立有限元计算模型，并基于平均应变能密度方法(average strain energy density method，SED)和热点应力方法(hot spot method，HS)等评估方法探究各特征参数对疲劳性能的影响.其次，结合BP神经网络和Miner线性累计损伤准则建立可靠性分析模型，以概率统计相关参数为基础系统分析疲劳载荷和变异系数对于疲劳可靠性指标的影响.结果表明，位移和角错位及其概率分布参数显著影响焊件的疲劳寿命分布及可靠性概率，该可靠性模型为工程焊件的疲劳寿命设计及监测检修提供参考依据.
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  环焊缝热影响区断裂韧性分布规律及统计处理方法

  王磊, 宋高峰, 苏党红, 郑逸翔, 陈宏远, 吉玲康

  焊接学报. 2023, 44(6): 27-34. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20220712001

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  利用单边缺口拉伸试验方法对壁厚31.8 mm L485管线钢管环焊接头热影响区进行断裂韧性CTOD(crack tip opening displacement)测试，应用数理统计方法对测试结果进行分布拟合，采用A-D检验和K-S检验，确定了L485管线钢管环焊接头热影响区CTOD的最优分布规律. 结果表明，δ_m和δ_0.2分别服从正态和对数正态分布，并获得了二者的特定分位数CTOD值. 对比分析发现，MOTE方法确定的CTOD值在概率分布的5% ~ 10%分位数之间. 正态分布10%分位数值(δ_m)和对数正态分布5%分位数值(δ_0.2)与BS7910推荐做法保持一致，说明CTOD特征值概率分布函数的分位数法是处理离散断裂韧性合理可行的方法.
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  CuCrZr/Inconel 625异种材质合金管激光焊接工艺与接头界面组织性能

  王徐建, 檀财旺, 何平, 范成磊, 郭迪舟, 董海义

  焊接学报. 2023, 44(6): 35-40. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20220204002

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  对CuCrZr与Inconel 625异种材料合金管进行激光对焊试验，观察分析各组试样的接头形貌、微观组织、化学成分以及力学性能分析，试验结果表明，在1 100 ~ 1 300 W的激光功率， + 20 mm的离焦量以及14.5 mm/s的焊接速度，20 L/min的99.9%Ar气保护时焊缝成形良好，可实现Inconel 625/CuCrZr管的全位置焊接，焊缝内部缺陷较少，但随着焊接功率的增加焊缝下塌现象明显；Inconel 625/CuCrZr焊缝与母材连接界面元素过渡明显，由于Ni元素，Cu元素互溶，在焊缝内部主要以富Ni的Ni/Cu固溶体存在, 在激光焊接过程中CuCrZr母材受激光搅拌作用，有部分铜母材被“卷入”焊缝内，待工件冷却后保留在焊缝内部；Inconel 625/CuCrZr管激光焊接接头抗拉强度较高，晶粒粗大的CuCrZr的热影响区位置是主要断裂位置，断裂形式以韧性断裂为主.
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  激光螺旋点焊和电阻点焊DC06镀锌钢接头组织和性能

  周斌, 陈捷狮, 张杨, 张文帅, 杨尚磊, 陆皓

  焊接学报. 2023, 44(6): 41-49. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20220717002

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  对比研究了激光螺旋点焊和电阻点焊工艺对DC06镀锌钢接头成形、微观组织和力学性能(显微硬度和剪切性能)的影响规律. 结果表明，两种工艺均能获得成形良好的焊接接头，激光螺旋焊接头微观组织主要为铁素体(F)和少量渗碳体(Fe₃C)；电阻点焊接头微观组织主要为贝氏体(B)和铁素体(F). 由于内外散热不均匀，激光螺旋点焊熔核区中心形成不同硬度的等轴晶，周围为具有明显取向的柱状晶，硬度值为130 ~ 160 HV10；电阻点焊熔核区冷速相近，无明显硬度梯度，硬度在190 HV10左右. 激光螺旋点焊拉剪承载载荷为10.14 kN，比电阻点焊的8.82 kN提升了13.02%. 接头失效形式分析发现：激光螺旋点焊和电阻点焊的失效形式分别为撕出型和拔出型，激光螺旋点焊由于热影响区组织塑性较好，接头受到拉剪作用时更易产生大角度转动而吸收更多的能量，具有更好的力学表现. 最后，还对搭接间隙和锌镀层对激光螺旋点焊接头力学性能的影响进行讨论.
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  结构光视觉辅助焊接的轨迹识别与控制技术

  王浩, 赵小辉, 徐龙哲, 蒋豪, 刘宇

  焊接学报. 2023, 44(6): 50-57. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20220715002

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  对激光多点寻位、焊前轨迹拟合、焊缝实时跟踪的3种结构光视觉辅助焊接的轨迹识别与控制技术进行了研究.提出了适用于上述三者的以CNN模型、自适应特征提取算法、先验模型、坐标矩阵转换为核心的焊接轨迹识别流程.提出了分别对应上述三者的焊接轨迹控制模型：示教轨迹修正模型、焊前轨迹拟合模型、焊缝跟踪实时纠偏模型. 结果表明，激光多点寻位、焊前轨迹拟合模式焊接时，能够在焊前高效地识别出焊接轨迹曲线，焊接轨迹与焊缝中心线基本重合；焊缝实时跟踪模式焊接时，系统能够实时矫正焊枪的偏差.文中提到的焊接轨迹识别流程与轨迹控制模型足以保证结构光视觉辅助焊接的稳定运行.
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  海洋柔性管用耐蚀钢闪光对焊接头组织及性能研究

  王宏岩, 高秀华, 李旺, 李通, 杜林秀

  焊接学报. 2023, 44(6): 58-66. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20220805002

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  为了探究高强度海洋柔性管铠装层用钢焊接接头失稳问题，以600 MPa级耐蚀钢为闪光对焊焊接母材，研究不同闪光留量与顶锻留量对接头显微组织及力学性能的影响规律. 结果表明，随顶锻留量增加，焊缝及热影响区粗晶区多边形铁素体含量增加，组织逐渐粗化，接头强度先增加后降低，顶锻留量大于5 mm，接头强度急剧恶化；随闪光留量的增加，焊缝及粗晶热影响区板条贝氏体组织逐渐粗化，接头强度逐渐增加后急剧下降，当闪光留量8 mm时，接头强度严重恶化. 二者都使断后伸长率逐渐提高，但顶锻留量对断后伸长率的影响较大. 闪光留量和顶锻留量为7 mm和4 mm时，焊接样品力学性能最优，热影响区针状铁素体板条宽度大约为0.59 μm，抗拉强度达到688 MPa，屈服强度达到586 MPa，断后伸长率为15%，拉伸断口形式为韧性断裂. 闪光留量与顶锻留量参数的适当匹配形成细小且弥散分布粒状贝氏体可以有效强化钢基体.
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  碳化物析出对ENiCrFe-3预边堆焊异种钢焊缝力学性能影响的数值模拟

  樊佳伟, 李卓轩, 吴昊盛, 刘光银, 张建晓, 黄健康

  焊接学报. 2023, 44(6): 67-73. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20220721001

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  为避免异种钢焊接中的元素扩散富集现象，文中采用预边堆焊ENiCrFe-3过渡层的方法，实现了异种钢的良好焊接，但在焊接接头中发现了碳化物的析出现象，进而采用晶体塑性有限元方法，构建了晶界处添加碳化物的晶体塑性有限元分析模型. 模拟结果表明，碳化物析出相会对晶粒内部与晶界上的应力应变分布产生显著影响，由于碳化物含量增加，夹杂物的区域应力集中增大，三晶粒交点是焊缝力学性能最薄弱的区域，晶界交汇处应力分布不对称，通常最先失效，成为断裂源.
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  SAF2205双相不锈钢多层多道焊接头的组织及性能

  李亚杰, 刘瑞, 秦凤明, 马承睿

  焊接学报. 2023, 44(6): 74-81. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20220803002

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  采用TIG/PAW复合焊接对SAF2205双相不锈钢进行多层多道焊接，并进行固溶处理，利用OM、SEM、EBSD等设备，通过电化学腐蚀、拉伸、冲击等试验研究焊缝组织演变与综合性能的关系. 结果表明：TIG填丝盖面焊接处的焊缝铁素体含量为70.5%，由于添加焊丝的原因，焊缝奥氏体晶粒最大为177 μm²，大于母材142 μm²；PAW焊缝铁素体含量为65.4%，因为焊接顺序的不同，后续焊接对焊缝有加热作用，导致铁素体含量最少；在TIG焊缝中，热输入较大，导致铁素体晶粒粗化最大为8 147 μm²，大于母材264 μm²，导致奥氏体形核位置减少，奥氏体仅为3.96%. 在1 050 ℃固溶处理60 min后焊缝两相接近1∶1，并且奥氏体趋于均匀化，随固溶时间的延长耐腐蚀性增强. 焊态焊缝抗拉强度大于846 MPa，拉伸断裂均在母材. 焊缝冲击吸收能量为144 J，小于母材(156 J)，焊缝表现为复合断裂.
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  高气压环境等离子弧行为与工艺研究

  李勇, 佟浩东, 高辉, 周灿丰

  焊接学报. 2023, 44(6): 82-89. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20220712002

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  等离子弧切割技术因其高效稳定的工艺优势被广泛应用于工业领域. 文中以空气等离子弧为研究对象，通过COMSOL Multiphysics软件建立了喷嘴结构的二维轴对称有限元数学模型，并对电弧磁流体模型进行了优化. 基于磁流体动力学和电弧等离子体理论，选用等离子平衡放电多物理场接口，并确立了空气等离子电弧模型的控制方程和边界条件，实现对电弧模型的编译求解. 仿真结果表明，在引弧电流一致的条件下，随着环境压力的增加，电弧在温度分布和速度分布上均呈现收缩的态势. 基于3 MPa 高压焊接试验舱，搭建了高压环境等离子弧切割实验系统，通过对气路和非高频引弧电路的优化设计，实现了环境压力为0.1 ~ 0.7 MPa的稳定起弧. 并基于此开展了高压梯度下的等离子弧切割实验，并结合切割质量指标研究了环境压力对等离子弧电离行为的影响.
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  铝硅镀层热成形钢拼焊板箔材填充激光焊的组织与性能研究

  林文虎, 李芳, 华学明

  焊接学报. 2023, 44(6): 90-94. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20220222003

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  铝硅镀层热成形钢是一种重要的汽车用先进高强钢，但在拼焊板制造过程中受到铝硅镀层的影响，焊接接头的性能远低于母材. 文中选择了3种相同厚度不同箔材作为铝硅镀层热成形钢激光焊的填充材料，并经热成形工艺处理. 通过比较焊接接头的微观组织、硬度分布、拉伸力学性能和断口形貌，阐明不同箔材填充激光焊的影响作用. 结果表明，Ni箔和Cu箔都促进了焊缝板条马氏体比例的增加和δ铁素体比例的减少，但Cu箔填充接头的断口呈沿晶断裂，塑性远低于Ni箔，与Ni固溶增强增韧Fe基体有关. Fe箔在一定程度上产生稀释的作用，也提高了焊缝板条马氏体含量.
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  光束摆动对Ti60合金激光焊能量分布及焊缝成形的影响

  鲁弈廷, 芦伟, 王彬, 马旭颐, 陈玮

  焊接学报. 2023, 44(6): 95-102. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20220728001

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  对2.0 mm厚Ti60合金进行激光摆动焊接，研究光束圆形摆动时摆动频率和摆动幅值对焊缝成形及能量分布的影响. 结果表明：相较常规激光焊接，激光摆动焊接可以明显改善Ti60合金焊接接头焊缝成形；光束摆动参数对焊缝成形的影响与激光能量分布密切相关，可通过调整能量分布控制焊缝成形. 当摆动频率为100 ~ 150 Hz，摆动幅值为0.5 ~ 1.0 mm时，激光能量分布相对均匀，可获得焊缝成形良好的Ti60合金激光焊接接头. 与常规激光焊缝相比，摆动焊缝熔宽增加约30%，整体飞溅数量减少30%以上，为对接焊缝提供了更大的间隙适应性并有效改善了焊接质量. 在光束摆动参数中，摆动幅值对焊缝成形特征及能量分布的影响更明显.
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  热输入对2219铝合金激光镜像焊接匙孔动态特征的影响

  刘源, 李悦, 王建峰, 王磊磊, 占小红

  焊接学报. 2023, 44(6): 103-110. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20220802003

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  针对2219铝合金激光镜像焊接过程，建立激光镜像焊接过程热-流耦合模型，对匙孔动态特征进行定量求解与分析. 结果表明在激光镜像焊接过程中，两侧匙孔迅速耦合并保持小幅度波动. 匙孔耦合前，两侧匙孔横截面面积差异较小，最多相差仅0.35 mm²；匙孔耦合后，匙孔横截面面积持续增加，并于120 ms后在一定范围内波动. 热输入的增加会导致匙孔的耦合程度增大，并提高匙孔稳定性，其中激光功率对匙孔耦合区域影响较大，焊接速度对匙孔开口面积影响较大，基于上述规律总结出针对6 mm厚2219铝合金镜像焊接试验的优化焊接工艺窗口.
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  TiB_w/TA15钛基复合材料真空钎焊界面组织及性能研究

  叶嘉宝, 李晓红, 邓云华, 谢志怡, 文彦臻

  焊接学报. 2023, 44(6): 111-119. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20220811001

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  采用Ti-Zr-Cu-Ni钎料对TiB_w/TA15钛基复合材料进行真空钎焊，对不同工艺参数下钎焊接头组织及性能进行分析. 结果表明，钎焊界面主要由针状的α-Ti相、间隙β-Ti相及Ti₂(Cu,Ni)金属间化合物及TiB_w增强相组成. 随着钎焊温度(920 ~ 980 ℃)和保温时间(60 ~ 150 min)的增加，针状α-Ti相占比增加，金属间化合物减少，TiB_w分布趋于均匀，接头力学性能增加. 但较长的保温时间导致界面宽度增加，使接头整体塑性下降. 钎料添加量较少且适宜的情况下，钎焊温度980 ℃，保温时间90 min下能获得最佳力学性能.
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  搅拌摩擦热力耦合条件下Q&P980钢焊核区组织演变规律

  武晓燕, 蔺宏涛, 王怡嵩, 江海涛

  焊接学报. 2023, 44(6): 120-128. https://doi.org/10.12073/j.hjxb.20220713001

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  采用搅拌摩擦焊接技术焊接Q&P980钢，研究搅拌摩擦高温和塑性变形综合作用对Q&P980钢焊核区组织演变的影响规律. 结果表明，焊核区的组织演化受峰值温度、剧烈塑性变形和焊后冷却速率多因素协同调控. 焊核区的峰值温度主要由搅拌头的旋转速度控制，旋转速度越大，焊接峰值温度越高；焊后冷却速率主要由搅拌头的焊接速度控制，焊接速度越大，焊后冷却速度越大，材料受到高温塑性变形的影响越小. 当旋转速度控制在400 r/min时，随着焊接速度从50 mm/min增加到400 mm/min，焊核区组织演变规律为马氏体/铁素体/残余奥氏体→马氏体，晶粒尺寸逐渐粗化. 当焊接速度控制在100 mm/min时，随着旋转速度从200 r/min增加到600 r/min，焊核区组织演变规律为马氏体/铁素体/残余奥氏体→马氏体→马氏体/贝氏体，晶粒尺寸逐渐细化.
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  2023-6 期英文摘要

  焊接学报. 2023, 44(6): 129-136.

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