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      2022 年 第 8 期
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      • 陈柯
        2022, 52(8): 1-9. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2022.08.01
        摘要：激光制造加工是激光产业应用的主要方向，以激光为代表的高能束流加工是航空装备研制中不可或缺的技术。综述了各代军机结构需求及材料发展，分析了军机结构件制造面临的挑战及发展趋势，介绍了激光加工技术在钛合金航空结构件制造中的应用现状，激光焊接技术主要用于蒙皮与长桁的焊接、腹鳍和襟翼的装配焊接，激光增材制造主要用于复杂钛合金机体结构件的快速制造，并展望了即将开展的应用。相较于传统钛合金加工工艺，激光焊接技术、激光熔化沉积技术能实现结构件大型化、整体化制造，激光选区熔化技术能实现复杂拓扑化结构件的制造，相关制造技术能有效实现机体减重，增长机体疲劳寿命，提升材料利用率，降低制造成本。最后结合当下国际背景以及新时期的发展需求，对激光加工成套设备在钛合金航空结构件制造的发展趋势进行了展望，成套系统多功能化、加工过程智能化、配套设备高效化、核心部件自主化将提升我国高端激光加工设备核心竞争力，助力钛合金航空结构件制造高速发展。  
        关键词：航空结构件;激光焊接;激光增材制造;钛合金   
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      • 徐晓卫,李宁,刘自豪,石浩江,张幖,李锐,张玉鲜,刘楠
        2022, 52(8): 10-19. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2022.08.02
        摘要：为预防和应对核电站事故，ATF（Accident Tolerant Fuel）材料的概念应运而生，包覆核燃料芯体的包壳管的材料选用及制造于此具有重要意义。SiC陶瓷凭借其优异的力学性能、耐腐蚀性能及抗辐照性能，成为下一代核燃料包壳管的候选材料。受限于SiC陶瓷的固有特性，SiC基包壳管难以一体成形，为确保端盖处气密性，SiC的连接技术成为国内外学者的研究重点。就SiC陶瓷基本性质、核领域应用前景和制备方法等方面进行了介绍。着重整理了SiC陶瓷的扩散焊连接和钎焊连接等常用连接技术研究现状，分析了Ti、Mo和Ni/Ti等扩散焊连接材料及Ag-Cu基、Pd基、Co基、Ni基、Ti基和Al基等钎料的优劣，论述了不同连接材料在高温、辐照、腐蚀等环境下的性能差异。就SiC陶瓷的连接技术在核包壳管的应用方面进行了评价及展望。  
        关键词：ATF;包壳材料;SiC陶瓷;钎焊;固相扩散焊   
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      • 李胜男,龙伟民,贾连辉,张雷,黄国钦,宋晓国,金李梅
        2022, 52(8): 20-28. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2022.08.03
        摘要：金刚石工具因其优异的高硬、耐磨等特性，被广泛应用于加工制造业。介绍了金刚石工具的优良性能、应用领域、金刚石工具的分类及制备方法，分析和对比了不同制备方法的优缺点。重点介绍金刚石工具的钎焊、扩散焊制备方法，从焊接工艺、焊接设备、焊接材料等方面概述了国内外金刚石工具的钎焊、扩散焊的研究进展，总结扩散焊、钎焊技术提高金刚石工具性能的机理，分析当前金刚石工具焊接存在的问题，并展望了金刚石工具钎焊、扩散焊技术未来的发展方向。  
        关键词：金刚石工具;表面金属化;钎焊材料;活性钎料;扩散焊   
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      • 汤莹莹,王磊,王炜,张益坤,夏春,马丽翠
        2022, 52(8): 29-33. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2022.08.04
        摘要：在电子束焊接中，聚焦电流和扫描模式联合控制着束流在工件表面的能量分布，对焊缝成形有重要影响。基于5A06铝合金试板匹配5B06焊丝的表面堆焊试验，通过单一变量法研究了聚焦电流变化和扫描波形、频率及幅值对电子束填丝焊焊缝成形的影响。结果表明，为保证束流能量密度能够充分熔化焊丝，获得良好的焊缝成形，聚焦电流的可调范围比较窄，与表面聚焦电流的偏差需要控制在-5~+10 mA范围内；若通过扫描模式减少焊缝气孔缺陷，优选圆形扫描，且扫描频率和幅值应分别控制在500~1 000 Hz、0.8~1.2 mm范围内。  
        关键词：铝合金;电子束焊接;填丝;聚焦电流;扫描模式   
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      • 邓传印,熊建坤,徐健,许德星,杨建平,毛桂军
        2022, 52(8): 34-42. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2022.08.05
        摘要：为探究手工焊时不同焊接运条方式对接头堆焊层界面附近组织和性能的影响，采用焊条电弧焊在16Mn管口端面进行E318-15不锈钢堆焊，在电流、电压相同前提下其中半圈沿圆周环向施焊，剩余半圈沿径向施焊（横焊）。堆焊完成后分别在环焊区和横焊区取样，观察二者在成分、组织、显微硬度方面的差异。结果显示前3层熔敷金属横焊试样所含Cr、Ni、Mo、Nb、V、Si比环焊试样高，二者含量最大比值分别为：144%、136%、116%、136%、150%、111%；同时所含C含量较低，最大比值为52%；横焊试样和环焊试样熔敷金属侧组织基本相同，而熔合线两侧组织不同；在基材侧环焊试样具有更窄的晶粒粗化区，且在部分区域发现魏氏组织。这是由于焊接方式不同造成压道量、焊接速度差异，导致母材稀释率、热输入改变，从而引起接头堆焊界面附近组织及性能的差异。  
        关键词：E318-15不锈钢堆焊;堆焊方式;稀释率;类马氏体;魏氏组织   
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      • 梁超,张熊,米高阳,王春明
        2022, 52(8): 43-49. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2022.08.06
        摘要：铝合金焊接时容易产生气孔，严重影响焊缝的力学性能。激光摆动焊接工艺可以显著降低铝合金焊接过程中的气孔率，提高接头拉伸强度，但其工艺参数繁多且互相影响，很难直接对工艺参数进行优化。因此设计了18组正交试验，通过极差分析研究了不同工艺参数对气孔率的影响程度，并通过正交优化设计对工艺参数进行优化。通过不同的学习算法建立BP神经网络，结果表明使用BR算法的模型均方误差最小，预测性能最好。采用遗传算法结合BP神经网络对焊缝性能和焊接效率进行多目标优化，获得的焊缝拉伸强度相比正交优化所得焊缝提升了3.02%，焊接效率提升了18.3%。BP神经网络-遗传算法组合模型可在保证焊接性能的同时提高焊接效率。  
        关键词：激光摆动焊;正交试验;BP神经网络;遗传算法;参数优化   
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      • 柳岸敏,刘国兴,马一鸣,徐杰,樊宇
        2022, 52(8): 50-56. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2022.08.07
        摘要：采用UG三维造型软件建立了某型号挖掘机挖斗焊接结构的三维几何模型，通过导入MSC.Marc和ANSYS Workbench软件，分别针对挖斗关键焊缝焊接过程和挖斗齿端在不同载荷工况下的受力进行有限元模拟计算与分析。基于挖掘机在挖掘过程中不同斗齿参与受力时的多种工况条件，系统研究了挖斗焊接结构不同工况条件下的应力和变形情况。研究结果表明：支耳关键焊缝区域残余应力较大，且耳板主焊缝上纵向残余应力峰值位于各焊缝的弧焊段；五齿均匀受力时，该型号挖斗满足静载设计要求；五齿不对称受力或偏载时会导致挖斗结构产生较大的应力与变形，并易导致挖斗发生早期损坏与失效；不同工况下挖斗结构应力及变形的差距随外载荷的增加而显著增大，且最大应力及变形多集中于挖斗的边齿位置，说明该处是挖斗结构的薄弱部位易发生损坏，这与该型号挖斗现场失效案例的反馈结果一致。本研究为挖斗的结构设计与优化提供了重要的理论依据。  
        关键词：挖斗;焊接结构;焊接应力;不同载荷工况;有限元分析   
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        焊接设备

      • 徐学良,方舟,张灏,罗雨,张林,吴俊锋,马国涛,张阿多,张硕洋
        2022, 52(8): 57-64. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2022.08.08
        摘要：城市地下管廊给水管道安装受现场工况和焊接方法的影响，导致给水管道铺设效率无法满足建设工程进度。针对钢制给水管道全位置环焊施工工况和特点，设计开发了大口径薄壁钢制给水管道全位置自动焊系统。系统由可调柔型导轨、行走底盘、焊枪姿态调整机构和基于EtherCAT高速以太网的异构网络实时控制系统等组成。将导轨安装在待焊管道上，焊接行走底盘以导轨为导向，通过焊枪姿态调整机构驱动焊枪按照预先设定的工艺参数和焊接轨迹完成焊接作业。在北京市石景山区供水管网一期工程中进行了应用，结果表明：管道自动焊技术的使用提高了给水管道铺设的施工效率，降低了劳动强度，提升了工程整体质量。为城市地下管廊给水管道自动焊的大规模推广提供了工程应用经验。  
        关键词：城市地下综合管廊;钢制给水管道;管道自动焊接;工程应用   
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      • 刘伟,孟超
        2022, 52(8): 65-71. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2022.08.09
        摘要：为解决空气导流板产品传统手工MIG焊接存在的焊接质量差、焊接效率低下以及铝合金焊接给施焊人员带来的危害问题，针对第三代CAP1400核电站空气导流板产品进行了介绍，根据目前国内企业制造铝合金自动焊接工艺的实际使用情况进行了分析，评估了CAP1400核电站空气导流板使用铝合金自动焊接工艺的可行性，根据实际的焊接要求、焊接试验数据以及具体的生产条件，开发了一种适于空气导流板用铝合金焊接的智能化设备及新工艺，通过使用自动焊设备代替人工作业，改善了人工作业环境，极大地提高了空气导流板产品的焊接质量和生产效率，以确保核电装备的顺利运行与长期服役。可为后续的铝合金相关结构的核电关键零部件的制备提供参考。  
        关键词：铝合金焊接;焊接机器人;自动MIG焊设备;焊接变位机;焊接变形   
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        焊接工艺

      • 罗锋,陈文静,罗照洋,吴谊彬
        2022, 52(8): 72-80. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2022.08.10
        摘要：以EA4T钢车轴为研究对象，利用铁基粉末Fe314对EA4T车轴进行激光熔覆再制造试验，采用光学显微镜和扫描电镜分析热影响区的相组成，讨论了激光熔覆EA4T钢热影响区微观组织转变，并测试了界面区域合金元素分布和界面微观力学性能。研究结果表明：激光熔覆EA4T钢热影响区组织主要为板条马氏体组织，在接近界面区域奥氏体匀质化和碳化物的溶解过程很不充分，晶粒粗大；在热影响区的细晶区，其微观组织主要为马氏体和少量索氏体组织，且呈一定的方向性；另外在激光熔覆工艺条件下，EA4T钢热影响区所经历的最高温度对组织演变及力学性能起决定性作用，在结合区位置合金元素出现突变，晶粒取向明显，热影响区的抗剪切强度增加，但压入率降低。  
        关键词：激光熔覆;微观组织;界面特性;晶粒取向   
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      • 郝红,丁敏
        2022, 52(8): 81-88. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2022.08.11
        摘要：基于各种相变热力学模型，计算了10Ni5CrMoV钢焊缝针状铁素体相变热力学模型，通过对焊缝金属相变驱动力的计算，以期揭示10Ni5CrMoV钢焊缝奥氏体变成针状铁素体机制。利用传统扩散模型、类珠光体转变模型和贫碳区切变模型探讨热力学的转变机制，结果表明，针状铁素体相变驱动力与原奥氏体中C含量相关，C含量越低，其驱动力越大。随着奥氏体转变针状铁素体的温度降低，贫碳区C原子的活度增大，针状铁素体的长大驱动力变大，从而温度的降低有利于针状铁素体的形成。在中温相变温度区间，700 K时的针状铁素体相变驱动力约为950 K时的6.1倍。基于热力学计算推测10Ni5CrMoV钢焊缝主要以贫碳区切变模式形成针状铁素体。适当延长焊接时中温相变停留时间，是提高针状铁素体含量的较好工艺选择。  
        关键词：针状铁素体;相变热力学;驱动力;切变   
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      • 刘洪冰,卢仁峰,陈超凡,姚鹏,李振国,王金生
        2022, 52(8): 89-94. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2022.08.12
        摘要：风电机组中多处使用球墨铸铁QT400-18AL，包括偏航制动盘、发电机高速制动盘、偏航减速器底座等。经过一段时间运行，以上部件容易出现裂纹等失效形式，需要进行塔上在线修复。采用铸铁焊材LRF-01对QT400-18AL进行焊接试验，并测量其机械性能。试验结果表明：相对于Z308等传统焊材，采用LRF-01焊接QT400-18AL时，有效降低了裂纹、气孔等缺陷出现的概率，焊后机械性能满足风电机组的要求，证明LRF-01焊材可用于风电机组的部件修复。  
        关键词：球墨铸铁QT400-18AL;铸铁焊材LRF-01;焊接性能;机械性能;风电机组   
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      • 刘洋,许鸿吉,秦志恒
        2022, 52(8): 95-100. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2022.08.13
        摘要：在FSW过程中，由于待焊材料的变形或者操作失误等原因，可能发生搅拌针未对准接头中心线造成偏移，对接头质量产生不利影响，因而对偏移量的研究很有必要。采用搅拌摩擦焊对6005A-T6中空铝型材进行焊接，制备不同偏移量的对搭接搅拌摩擦焊（FSW）接头，并进行拉伸试验以及恒定载荷下的疲劳试验，探究不同轴肩偏移量对接头抗拉强度和疲劳性能的影响。结果表明：6种搅拌针轴肩偏移量下的试件抗拉强度值都分布在200±10 MPa附近，表明偏移量对抗拉强度的影响不明显，通过计算接头强度系数，发现6种搅拌针轴肩偏移量下的对搭接接头强度系数均高于0.7，可判定为合格；轴肩偏移为AS3 mm和RS1.8 mm下的两组试件，当最大载荷值为55 MPa时，均在指定寿命下未出现失效，可判定疲劳性能合格，而在较大载荷下，试验测试试件均在指定寿命内失效，断裂位置为热影响区和熔合线结合处，表明该位置的应力集中较大。  
        关键词：搅拌摩擦焊;轴向偏移;抗拉强度;疲劳性能   
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      • 郭新芳,崔凤友,范宏举,万夫伟,陈澜文,刘鹏,冯雪雁
        2022, 52(8): 101-107. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2022.08.14
        摘要：采用TIG+SMAW方法对超超临界电站锅炉用大口径厚壁G115耐热钢管进行焊接，并对焊接接头不同壁厚位置进行微观组织结构特征及其力学性能分析。结果表明，焊缝区、热影响区及熔合区存在较为明显的组织转变，焊缝区主要由回火马氏体组织组成，热影响区以板条马氏体组织为主，母材呈现片状马氏体组织，且由母材至焊缝，晶粒逐渐细化，焊缝以等轴晶和柱状晶组织为主。从母材到焊缝，接头硬度分布呈现逐渐升高的趋势，但在熔合线附近硬度略有下降，其中热影响区最低，焊缝区硬度最高。接头冲击韧性试验表明，热影响区根部冲击吸收功明显高于焊缝，填充区则略低于焊缝，焊缝区冲击吸收功平均值为43.89 J，热影响区的冲击功平均值为66.49 J，接头冲击韧性较好，能满足实际使用要求。  
        关键词：G115耐热钢;熔化焊;大口径厚壁管;显微组织;力学性能   
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      • 王丽萍,田勐,李凯,宋全知,陈蕴新,白晶,吕健玮
        2022, 52(8): 108-112. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2022.08.15
        摘要：在轨道客车转向架中厚板的焊接中，传统MAG焊存在热输入高、熔透性不佳、焊接变形大等不足，激光电弧复合焊熔透性好、焊接热输入小、变形易控制，在诸多领域实现了工程化应用，具有较好的应用前景。结合转向架侧梁激光电弧复合焊无坡口角焊缝的结构特点开发新工艺，解决了原检测方法无法对转向架侧梁激光电弧复合焊角焊缝全面扫查的工艺难点。超声波检测技术可以准确检测出这种焊缝内部各种缺陷，实现了该焊缝的全覆盖，为合理制定无损检测工艺提供了依据。  
        关键词：超声波;激光电弧复合焊;转向架;角焊缝   
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      • 唐丽,李东,康文捷,姚宗湘
        2022, 52(8): 113-118. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2022.08.16
        摘要：针对国内外换热管与管板焊接工艺评定常用的4个标准（NB/T 47014-2011、ISO 15614-8：2016、ASME BPVC-IX：2019和RCC-M S3000：2007），对其适用范围、试件形式、评定变素和验收准则等方面的异同进行了系统分析。结果表明，ISO 15614-8：2016标准几乎覆盖了各个领域的焊接工艺评定，且是唯一将管子排布方式进行区分评定的标准，其他3个焊接工艺评定标准只强调了焊接接头数量。ISO 15614-8：2016标准和RCC-M S3000：2007标准将管子-管板的间隙结构和胀接过程作为重要变素，而NB/T 47014-2011标准和ASME BPVC-IX：2019标准均未对管子-管板的配合间隙提出要求。4个焊接工艺评定标准均对外观检测、渗透检测及宏观金相作了近似要求，ISO 15614-8：2016标准对检验要求控制更为严格。通过分析几个标准的差异性及适用情况，为今后换热管与管板的焊接工艺评定提供了一定的理论指导和技术参考。  
        关键词：换热管;管板;标准;焊接工艺评定   
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