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      2022 年 第 3 期
      本期电子书

        重点关注

      • 徐锴,武鹏博,黄瑞生,梁裕,刘平礼,徐亦楠
        2022, 52(3): 1-10. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2022.03.01
        摘要：绞股焊丝是一种新型结构的金属材料，因其特殊的物理结构而具有独特的传热传质传力机制，受到国内外学者广泛关注。但因缺乏相关的标准，限制了其大范围的推广。因此，亟需对绞股焊丝产品相关技术要求进行规范化。《绞股焊丝》团体标准中规定了绞股焊丝的术语和定义、型号分类、主要结构、生产工艺流程、技术要求、试验方法、检验规则、供货条件、包装、标志和品质证书等内容。为进一步方便相关用户对该标准解读，文中通过引入一些实例及相关的研究成果对标准进行解释说明，便于绞股焊丝生产企业、使用单位、相关检测机构能更好地应用该标准。同时，也对绞股焊丝国内外的研究现状进行了总结，并展望了今后的发展方向。  
        关键词：绞股焊丝;团体标准;制定;研究进展   
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        发布时间：2022-04-26
      • 侯英杰,樊丁,黄健康
        2022, 52(3): 11-19. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2022.03.02
        摘要：GMAW潜弧焊有着极其出色的焊接效率，在500 A大电流下，较大的电弧力使电弧排开熔池液态金属形成潜弧空腔，配合50 m/min的送丝速度和60 cm/min的焊接速度，焊丝稳定深入到该空腔内形成潜弧形态，显著提高电弧能量利用率，可将20 mm厚开坡口的钢板单道焊透。但是利用实验手段很难观察到潜弧空腔中的电弧及熔滴过渡行为，因此基于磁流体力学理论尝试采用数值模拟手段建立电弧数学模型，来研究GMAW潜弧焊独特的电弧特性。结果表明：相比于普通GMAW焊接钟罩型的电弧形态，GMAW潜弧焊的电弧在焊丝端部更加扩展，有爬弧现象；潜弧空腔中产生的大量金属蒸气改变了电弧氛围从而改变了电弧形态并显著降低了电弧温度；外加轴向磁场对电弧形态也有很大影响，母材上方的电弧出现低温空腔。  
        关键词：GMAW潜弧焊;金属蒸气;外加磁场;数值模拟;高效焊接   
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        发布时间：2022-04-26
      • 苏林,马雪莉,崔德荣,王天鹰,饶连涛,郝大洋,徐杰
        2022, 52(3): 20-28. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2022.03.03
        摘要：油气长输管道是我国重要的能源基础设施，在役管道内外壁缺陷是管道安全运行的严重隐患，需要对其进行定期安全性评估。漏磁检测作为管道无损检测中常见的方法之一，应用非常广泛。基于漏磁检测技术基本原理，采用COMSOL有限元软件，运用周向励磁方法对管道凹坑及类裂纹缺陷的漏磁场分布特征进行了仿真分析。通过改变凹坑和裂纹的几何尺寸和所处位置，得到了不同参数缺陷的漏磁场分布特征曲线。研究结果表明：磁通密度径向分量峰峰值和周向分量峰值随着凹坑半径增加呈非线性增大，随凹坑深度增加呈近线性增大；裂纹的长度、宽度与深度的增加均使漏磁信号非线性增大，且深度对漏磁信号的影响最为明显；靠近永磁体位置的缺陷受背景磁场影响显著，其漏磁信号会异常增大并发生偏移；随着裂纹方向与管道轴向夹角增加，漏磁信号减弱，且当裂纹角度大于一定值后，无法有效检测出漏磁信号。该研究结果对周向励磁方法在工程实践中的应用具有一定的参考价值。  
        关键词：周向励磁;漏磁检测;凹坑缺陷;裂纹缺陷;有限元模拟   
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        发布时间：2022-04-26
      • 程宗辉,张志强,范朝,段本方
        2022, 52(3): 29-35. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2022.03.04
        摘要：超高强度低合金钢30CrMnSiNi2A被广泛应用于航空装备领域，在长期服役过程中经常面临因损伤和磨损导致的性能退化问题，严重影响航空装备的安全服役。为达到或超过原服役性能要求，提高服役寿命，采用激光熔覆技术在30CrMnSiNi2A基体表面分别制备0.3 mm厚超高强度高合金钢AF1410与不锈钢1Cr15Ni4Mo3N熔覆层，表征和分析对比研究两种不同熔覆层的微观组织形貌、弹性模量、显微硬度和摩擦磨损性能。两种粉末制备的熔覆层与基体之间均为冶金结合，AF1410 熔覆层组织更致密，无明显气孔；相对于熔覆层1Cr15Ni4Mo3N与基体30CrMnSiNi2A，熔覆层AF1410有着更高的显微硬度与弹性模量，更好的摩擦磨损性能；三者磨损机理均以磨粒磨损和氧化磨损为主。该研究将为在超高强度低合金钢30CrMnSiNi2A上激光制备耐磨涂层应用提供理论指导。  
        关键词：激光熔覆;AF1410;1Cr15Ni4Mo3N;摩擦磨损   
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        发布时间：2022-04-26
      • 朱昱颖,孙宏伟,朱加雷,赵晓鑫,周飞鸿
        2022, 52(3): 36-45. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2022.03.05
        摘要：焊接是制造部件和组装部件的基本方法，企业在长期的焊接加工过程中会产生大量过程文件，对此传统人工数据管理已不适应现代化生产需求，将大量纸质和零碎的电子文档物以类聚，并以统一格式存储在不同的焊接数据库中，可以实现数据的高效存储与管理。焊接数据库根据大量工程经验和专家知识面对复杂的焊接生产过程可以自行生成专家级焊接工艺卡，实现降本增效。随着多学科与新技术向着数据库系统的涌入，多个焊接数据库集成统一成为一个功能丰富的焊接数据库系统，一方面为智能焊接生产提供强大支持，焊接过程的决策、焊接疲劳区的定位、焊接性能预测以及焊接顺序的优化等都开始在焊接领域得到应用；另一方面为资源共享、多并发处理以及工程维护、评估等提供极大的便利。综述了国内外焊接数据库系统的发展与应用现状，总结了数据库在焊接领域的主要功能应用，并对其发展趋势进行了展望。  
        关键词：智能化焊接;数据库系统;降本增效;专家级焊接工艺卡   
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        发布时间：2022-04-26

        焊接工艺

      • 于磊,李志宏,姜璐,邹文超,江峰,彭静
        2022, 52(3): 46-52. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2022.03.06
        摘要：以大型通用有限元软件ABAQUS作为模拟分析工具，基于施加在DFLUX子程序中的双椭球热源模型，采用间接耦合方式和“生死单元”算法，模拟X90M钢板内、外三丝直缝埋弧焊接过程，获得了相应的焊接温度场及残余应力场。结果表明：内、外多丝直缝埋弧焊接在焊接工艺参数一定的条件下，每丝的起始焊接时间（或焊丝间距）决定是否形成共同熔池；多丝共熔池焊接因多热源温度场叠加作用剧烈，熔池峰值温度高于多丝单熔池焊接时的，较高的焊接温度场使得焊接过程中能够较为充分地进行冶金反应，且有效降低焊接接头及其附近的冷却速度，使得多丝共熔池焊接形成的焊接接头的焊后残余应力也相对较小。在兼顾质量和生产效率的前提下，X90M多丝直缝埋弧焊接生产实践推荐采用多丝共熔池焊接工艺。  
        关键词：X90M管线钢;多丝直缝埋弧焊;双椭球热源模型;残余应力场;温度场   
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        发布时间：2022-04-26
      • 邹小平,沈天阔,乐学来,郭宝超
        2022, 52(3): 53-58. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2022.03.07
        摘要：核反应堆控制棒驱动机构用材料12Cr13与304L异种不锈钢的焊接质量对驱动机构的安全性有重要影响。为了得到综合性能较好的焊接接头，根据不同的热处理制度和接头设计确定两个不同的实验方案，均选用ERNiCrFe-7A镍基焊丝，采用钨极氩弧焊工艺，通过在12Cr13上堆焊不同厚度的隔离层、经不同热处理后再坡口对接。采用光学显微镜观察焊接接头的显微组织并进行拉伸试验、弯曲试验以及硬度试验，对12Cr13热影响区进行0 ℃冲击试验。结果表明，采用堆焊4 mm隔离层+调质处理的方案能获得质量较好的焊接接头，足够的隔离层厚度能减少最终焊接热循环对焊接性较差的母材的影响，调质处理有效降低了12Cr13热影响区的硬度，对接焊缝与304L母材硬度较为均匀，热影响区为均匀回火索氏体组织，0 ℃冲击功达到了平均152 J。  
        关键词：核反应堆控制棒驱动机构;异种不锈钢焊接;热处理;镍基合金隔离层   
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        发布时间：2022-04-26
      • 滕彬,范东辉,蒋宝,曹浩,聂鑫,黄瑞生
        2022, 52(3): 59-64. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2022.03.08
        摘要：30CrMnSi钢采用激光自熔焊接时产生裂纹的几率较高，且焊缝正面易出现下塌现象，无法满足生产使用要求。以5 mm厚30CrMnSi为研究对象，通过接头形貌分析、射线探伤检测及力学性能检验，进行了激光-电弧复合焊接工艺开发。结果表明，采用激光-电弧复合焊接方法且激光在前、电弧在后时可实现该型号材料的单面焊接双面成形，焊缝成形均匀美观；在Y型坡口、坡口角度60°、钝边3 mm的坡口条件下，采用激光功率3 000 W、焊接电流90 A可有效避免焊缝内部特别是搭接处产生裂纹；接头平均抗拉强度为1 106 MPa，达到母材的90%；接头过热区组织以晶粒粗大的马氏体为主，是热影响区硬度大幅提高的主要原因。  
        关键词：30CrMnSi钢;激光-电弧复合焊;裂纹;抗拉强度   
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        发布时间：2022-04-26
      • 朱凯林,米彩盈
        2022, 52(3): 65-71. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2022.03.09
        摘要：在实际的裂纹扩展仿真分析中需要确定三个主要参数，包括局部裂纹扭转角度、局部裂纹扩展增量以及扩展后裂纹尖端的拟合外伸，而对于裂纹扩展增量往往根据计算结果精度的需求来确定其大小，忽略了裂纹扩展增量对裂纹扩展稳定性的影响。针对这一问题，利用FRANC3D和Abaqus软件联合仿真分析计算了Q235钢CT试样在不同裂纹扩展增量情况下的裂纹扩展特点，并根据裂纹尖端应力强度因子的分布情况得出两点结论：（1）裂纹两端接近结构自由表面，两端趋向于平面应力状态，中间内部裂纹处于平面应变状态，导致应力强度因子SIF呈现中间大、两端小的对称分布，使得在较大裂纹扩展增量的情况下裂纹中部与两端的扩展值差异较大，最终导致裂纹凸凹扩展甚至失稳；（2）在进行裂纹扩展分析时，为保证计算精度和节约计算时间，并且保证裂纹扩展的稳定性，裂纹扩展增量选取为当前裂纹尖端单元特征尺寸的15%~30%比较合适。  
        关键词：FRANC3D;CT试样;应力强度因子;裂纹扩展增量   
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        发布时间：2022-04-26
      • 李翠,董晓利,武晓军,肖磊
        2022, 52(3): 72-77. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2022.03.10
        摘要：铝具有强度高、塑性好、抗腐蚀性能优异等特点，广泛应用于汽车工业中，但是传统的钎焊并不能实现纯铝的有效连接，因此考虑电阻钎焊的方法。对比高温钎焊和电阻钎焊纯铝接头的微观组织形貌和力学性能，采用两步电阻钎焊方法，在第一步施加1 s+3 kA的电流，在第二步施加6 s+6 kA的电流，以获得连接性能良好的钎焊连接层。结果表明，高温钎焊接头的连接层中晶粒呈现粗大的树枝状晶，电阻钎焊接头的连接层晶粒则呈现圆形的等轴状晶；且电阻钎焊接头的断面是韧性断裂和解理断裂交杂的混合型断裂模式；同时由于电场的施加，增多了连接层中异质形核结点，抑制了枝晶的生长，最终得到晶粒细小的钎焊接头，抗拉强度达到65.79 MPa。  
        关键词：电阻钎焊;韧性断裂;解理断裂;异质形核   
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        发布时间：2022-04-26
      • 宿再春,张嘉惠,张佩,郭富永,张建晓
        2022, 52(3): 78-83. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2022.03.11
        摘要：超级奥氏体不锈钢254SMo因其良好的抗点蚀和晶间腐蚀能力被广泛应用于化工等产业。针对254SMo焊接接头存在力学性能和耐腐蚀性能降低的情况，采用1 150 ℃固溶处理方法改善其性能。采用GTAW焊接254SMo，并通过试验对比分析焊接接头在焊态和固溶处理状态下的力学性能、冲击韧性及耐腐蚀性能。结果表明：经1 150 ℃固溶处理后，焊缝区粗大的柱状晶组织消失，热影响区等轴晶出现较大的孪晶组织；固溶处理后的焊缝、热影响区的硬度值显著降低，母材硬度值下降较小，热影响区平均硬度降低12%，焊缝平均硬度降低24%；焊接接头的抗拉强度略微降低，但-196 ℃条件下的冲击韧性明显增加，其中焊缝由132 J增加到161 J，热影响区由102 J增加到164 J；固溶处理消除了热影响区晶界析出相，使晶间贫Cr缓解，从而显著提升了焊接接头的耐腐蚀性能。  
        关键词：254SMo钢;镍基高温合金;微观组织;固溶处理   
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      • 李清州,周月花,白勇全
        2022, 52(3): 84-92. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2022.03.12
        摘要：车门内板总成作为车门总成关键零部件，其焊接精度对车门的精度影响很大。尤其是车门内板总成的焊接，涉及到夹具设计、电阻焊、弧焊等多方面，工艺调试验证过程复杂，一直是车门制造行业的痛点。在此提出一种微卡车门内板总成的焊接工艺方案，主要从焊接工序划分、夹具设计、焊接工艺验证三个方面进行分析，包括车门内板总成层级结构，焊接各动作标准动作时间，焊接设备选型标准及模拟原则，工序时序模拟的过程分析；并对车门内板总成焊接工艺方案进行验证，包括焊接设备通过性验证、夹具通过性验证以及工件焊点凿检验证。为车门内板总成焊接工艺设计提供了参考。  
        关键词：车门内板总成;焊接工序;夹具设计;焊点强度验证   
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        焊接设备

      • 陈克选,杜茵茵,陈彦强
        2022, 52(3): 93-98. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2022.03.13
        摘要：为提高大电流GMAW焊接过程的稳定性，进而提高焊接效率，引入了外加间歇纵向交变磁场来控制焊接过程。采用两级逆变拓扑结构，研制出一台输出为方波交流电流，且幅值、频率和占空比均可调的磁控电源。利用可视化仿真软件Simulink建立该磁控电源的仿真模型，分析电路在不同给定参数下的仿真结果，论证了主电路拓扑结构及参数设计的合理性。加入电感负载，测试不同给定参数下磁控电源实际电流输出波形和交变磁场波形，测试结果显示设计的磁控电源能够满足频率、占空比和励磁电流幅值调节的特性。同时得到了与电源输出相匹配的交变磁场，可以用于大电流GMAW磁控焊接技术。  
        关键词：GMAW;纵向交变磁场;逆变;Simulink仿真   
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      • 邹大军,胡洪学,黄攀宇
        2022, 52(3): 99-104. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2022.03.14
        摘要：为控制低温风洞不锈钢洞体的焊接质量，研制了一套焊接关键参数监测与分析系统。以传感器、PLC控制器以及无线收发射模块为基础，分别构建了系统硬件的感知层、控制层以及设备层，并设计了电源系统，开发了上位机与下位机软件，实现对电流、电压以及焊接线能量等焊接参数的采集、分析及处理。根据实际需要，制定了数据筛选规则、数据存储与显示规则以及关键参数评估规则、焊接线能量的计算与分析规则，分别开展系统的软硬件初步调试与现场调试工作。试验表明，系统运行稳定，所得参数精度在2.7%以内，可实现对不锈钢洞体焊接关键参数的实时采集与分析。  
        关键词：焊接参数;无线传输;低温风洞;监测系统   
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        发布时间：2022-04-26

        焊接材料

      • 张庆素,陈振业,陈波,齐建军,胡晓波,冯伟
        2022, 52(3): 105-110. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2022.03.15
        摘要：研究了道间温度、焊接热输入对Q690高强抗震耐蚀钢埋弧焊熔敷金属性能的影响，推荐出适合该钢的最佳埋弧焊工艺。当道间温度低于100 ℃，熔敷金属拉伸重复出现脆断现象，道间温度高于100 ℃未出现脆断，应用扫描电镜分析认为断口位置为氢致脆断，对缺陷中心夹杂物能谱分析，结果表明该夹杂物为非金属夹渣。通过控制焊接电流和焊接速度，研究焊接热输入对熔敷金属抗拉强度、屈服强度、延伸率、布氏硬度和冲击韧性的影响。除热输入为28.3 kJ/cm时，熔敷金属抗拉强度和屈服强度有所升高，随着热输入增大，熔敷金属拉伸性能总体呈下降趋势，热输入为21.6 kJ/cm熔敷金属冲击平均值最佳，布氏硬度随着热输入增大逐渐降低。推荐较佳的焊接热输入为19.8~21.6 kJ/cm，道间温度为100~200 ℃。  
        关键词：Q690钢;埋弧焊;熔敷金属;氢致脆断;力学性能   
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