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      2023 年 第 1 期

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      • 张明月,张民安,胥永刚,张松
        2023, 53(1): 1-8. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2023.01.01
        摘要：为实现MnCuAl阻尼合金与430不锈钢的良好钎焊连接，研制了6种含Sn元素的钎料，探究Sn含量对Cu-34Mn-6Ni钎料微观组织和熔化特性的影响规律和机理。结果表明，在720 ℃、保温10 h的固溶条件下，Sn在Cu-34Mn-6Ni合金中的饱和固溶度约为6%，当w（Sn）≥6%时，在合金组织的基体相γ-（Cu，Mn）之间产生具有体心立方结构的富锡相Cu17Sn3，此相的数量随Sn含量的增加而逐渐增加，并在w（Sn）=10%的钎料中占比超过基体相。Sn的加入会引起钎料基体相发生晶格畸变，基体相的晶格常数随着Sn含量增加而逐渐增大，最大时其变化率可达到0.725 3%。Sn含量的升高使钎料液相点显著降低，富Sn相的液相点低于基体相液相点，从而导致钎料熔化区间变宽。在w（Sn）=6%时钎料的熔化区间最大，之后随着Sn含量的进一步增加宽化程度减小。  
        关键词：Cu-Mn-Ni-xSn钎料;显微组织;熔化特性;异种材料钎焊   
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        发布时间：2023-02-04
      • 任文坚,王永红,李春凯,石玗,孙忠诚,秦建刚
        2023, 53(1): 9-14. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2023.01.02
        摘要：推力室的焊接质量可靠性与稳定性对于发动机服役性能以及火箭安全运行具有非常重要的意义，主要通过人工评定胶片图像来识别其焊缝缺陷，检测效率低、经验依赖性强。针对液体火箭发动机推力室胶片数字化图像的特点，通过对原始图像进行尺寸归一化、图像增强等图像预处理构建图像样本集，并采用YOLO V3算法建立了基于深度学习理论的熔焊缝缺陷自识别模型。结果表明，训练的YOLO神经网络模型能够准确识别胶片数字化图像中气孔、裂纹、未熔合、未焊透等4种典型熔焊缝缺陷，识别准确率达90%以上，有良好的工业应用前景。  
        关键词：无损检测;钎焊缺陷;X射线数字成像;深度学习   
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        发布时间：2023-02-04
      • 彭言言,吕晓春,徐锴,安洪亮,侯永涛
        2023, 53(1): 15-24. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2023.01.03
        摘要：在机械装备制造业中，由焊接缺陷引起的事故频发，焊接热裂纹是典型焊接缺陷之一。液化裂纹作为热裂纹的常见形态，是由于母材受焊接热作用或多道焊的前道焊缝金属受后续焊道再热作用，局部晶界液化而导致的裂纹，易引发金属结构失效及事故，客观评价和理解材料的液化裂纹敏感性尤为重要。目前已开发140多种试验方法用于评价金属材料焊件液化裂纹敏感性，其中热延性试验、程控平板拉伸试验等方法在压力容器、航天航空、石油化工等领域得到广泛应用。综述了其中适用性较广的几种方法，并总结了不同试验方法所采用的敏感性判据，主要包括温度区间和裂纹长度等。但是不同判据的适用条件有所差异，因此未来推进已有材料液化裂纹评价试验方法的优化以及判据结果的标准化研究尤为重要，这将有助于机械装备中液化裂纹的预测和防治，提高机械装备的使用寿命。  
        关键词：热裂纹;液化裂纹;试验方法;敏感性判据;热影响区   
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        发布时间：2023-02-04
      • 王传财,高作文,权力伟
        2023, 53(1): 25-30. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2023.01.04
        摘要：针对薄壁铝合金材料焊接变形有限元模拟精度低的问题，以2 mm厚6082-T6铝合金型材T形接头为研究对象，通过有限元模拟和实际样件校核结合的方法，开展了铝合金MIG焊专属热源模型的研究。计算了2D高斯、3D高斯、双椭球三种典型焊接热源模型的熔池形貌和变形量。校核对比发现，三种典型热源模型计算的熔池尺寸和变形量与实际样件均存在差距：2D高斯热源热流过小，焊缝区熔池宽度和深度明显小于实际熔池尺寸；3D高斯热源可体现热流在厚度方向上的作用，但熔池深度和宽度略大；双椭球热源在熔池上半部的形状及宽度与实际接近，但熔池较浅。综合三种模型特点，通过反求法获得基于典型热源模型基础上的“双椭球+3D高斯”的优化复合热源模型，熔池尺寸及偏移量与实际工件吻合度达90%，模型可靠，可用于薄壁6082铝合金T形接头MIG焊接的精准模拟。  
        关键词：薄壁铝合金;有限元模拟;热源模型;偏移量;熔池形貌   
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        发布时间：2023-02-04
      • 金泉军,高明,吕玲芳,曾泳
        2023, 53(1): 31-37. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2023.01.05
        摘要：基于界面撕裂和熔核剥离两种模式下焊点的不同应力分布规律，通过应用极限应力理论及Mises应力，计算两种失效模式下高强度钢焊点的最大载荷，推导出界面撕裂失效时的临界熔核直径dcr1=(3/3)(2n+2)t(1-I%)HmaxHAZ/Hmaxnugget。通过正交试验方法对高强钢焊点正向失效模式进行分析验证，结果发现，当实测熔核直径小于临界熔核直径时，焊点发生明显的界面撕裂模式；当实测熔核直径大于临界熔核直径时，发生明显的熔核剥离模式；焊接电流对高强度钢的焊点熔核直径影响最大，对焊点失效方式有较大影响。  
        关键词：高强度钢;界面撕裂;熔核剥离;正向拉伸;失效分析;熔核直径   
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        发布时间：2023-02-04

        焊接工艺

      • 范霁康,马立,倪程,宋友民,王克鸿
        2023, 53(1): 38-43. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2023.01.06
        摘要：传统弧焊焊接铝合金时易造成焊缝区晶粒粗大、产生气孔等缺陷。因此采用激光摆动焊对1.0 mm厚5A01铝合金薄板进行试验研究，并对接头微观组织及力学性能进行分析。结果表明，在表面聚焦条件下，当焊接速度40 mm/s，激光功率1 600 W，脉冲频率5 000 Hz，摆动频率110 Hz，摆动幅值0.5 mm时，能够获得成形良好、表面无缺陷的焊接接头；接头熔合区附近的晶体形态呈柱状晶，焊缝中心部位晶体生长为细小的等轴枝晶；从母材区向焊缝区硬度逐渐降低，接头抗拉强度约为母材的66%，断后伸长率约为母材的41%，断裂形式主要为韧窝断裂。接头力学性能明显下降，主要是由于气孔处易产生应力集中，且激光焊能量集中，导致薄板受热不均产生较大内应力。  
        关键词：5A01铝合金;激光摆动焊;微观组织;力学性能   
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        发布时间：2023-02-04
      • 张欣超,彭飞,张洪辉
        2023, 53(1): 44-48. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2023.01.07
        摘要：位于焊接钢轨轮轨接触表面以下5~25 mm的次表面区域抗蠕滑载荷疲劳裂纹扩展能力的精确表征是合理制定钢轨打磨周期的基础。测试了焊接钢轨次表面母材及焊缝区域在不同应力比下的疲劳裂纹扩展速率，同时借助数字图像相关（DIC）技术捕获了不同条件下试样平面内实时应变特性，解析了母材及焊缝区域抗疲劳裂纹扩展能力及裂纹扩展过程中裂纹面及尖端变形特性。结果表明，相同条件下焊缝区域抗疲劳裂纹扩展能力更弱。低应力比条件下，裂纹扩展表现出更为显著的塑性诱导裂纹屏蔽效应。基于DIC测试获取试样面内变形特征，建立了疲劳裂纹扩展过程中裂纹面及尖端因塑性变形引起的局部应力受力模型。  
        关键词：焊接钢轨;疲劳裂纹扩展;次表面;数字图像相关技术;扩展速率   
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        发布时间：2023-02-04
      • 姚鹏,秦思远,刘洪冰,陈超凡,王金生,李振国,郭志杰
        2023, 53(1): 49-55. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2023.01.08
        摘要：变桨齿圈是风电机组核心零部件之一，多由42CrMo加工制造而成。经过长时间的运行，变桨齿圈的轮齿易出现淬硬层磨损问题，需要进行塔上在线修复。采用合金耐磨焊材H27对42CrMo变桨齿圈进行手工钨极氩弧焊修复工艺试验，使用超音频感应加热设备和回火焊道技术进行焊前预热和焊后缓冷，并测量其有效硬度层、耐磨性和金相组织，采用模拟运行方式对结合可靠性进行评估。结果表明，相较于传统42CrMo焊接工艺，该修复工艺大大降低了42CrMo焊后出现裂纹、气孔等缺陷的概率，熔覆层中的马氏体基体上弥散分布了大量微米级碳化物颗粒，熔覆层耐磨性能优异，满足42CrMo制造的变桨齿圈在线焊接修复要求，为风电机组变桨齿圈在线修复提供了一种解决方案。  
        关键词：风电机组;变桨齿圈;在线修复;可靠性评估;GTAW   
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        发布时间：2023-02-04
      • 张军,蔡晓龙,高禩洋,张甲,王廷
        2023, 53(1): 56-62. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2023.01.09
        摘要：钛合金叶片在实际工况中通常承受不同程度的微动磨损，为了提高钛合金叶片的耐磨性需要在其表面制备抗磨、抗冲击的耐磨层，研究耐磨层的微动磨损性能对叶片的工作可靠性和服役寿命具有重要作用。采用钛基钎料及感应钎焊工艺，在TC4钛合金基体上制备WC耐磨层，研究载荷、位移和频率等工况参数对耐磨层微动磨损性能的影响。结果表明：在小载荷条件下，位移和频率的变化对耐磨层平均摩擦系数影响不大；在中、高载荷条件下，频率变化对耐磨层平均摩擦系数影响较小，位移变化对耐磨层平均摩擦系数影响较大。在小位移条件下，耐磨层平均摩擦系数随载荷的增大而减小；在中、大位移条件下，载荷的变化对耐磨层平均摩擦系数的影响较小。位移幅值的变化对耐磨层的磨损体积具有显著影响。耐磨层的磨损形式主要为磨粒磨损和黏着磨损。  
        关键词：WC耐磨层;微动磨损;摩擦系数;磨损体积;磨痕形貌   
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        发布时间：2023-02-04
      • 周永强,冯杉杉,朱政强
        2023, 53(1): 63-70. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2023.01.10
        摘要：钽具有高密度、高熔点以及耐腐蚀等优良性能，但其价格昂贵，因此，与其他金属连接形成复合构件成为了研究的热点。304L不锈钢因其良好的耐热性、耐蚀性、焊接性、热稳定性以及成型性能成为了目前常见的结构材料之一。因此，首先对钽和不锈钢进行了焊接性分析，随后对国内外钽和不锈钢多种焊接工艺的研究成果进行了综述，比较了不同焊接工艺应用于钽钢焊接的优缺点，最后对钽和不锈钢焊接的未来研究方向进行了展望。  
        关键词：钽;不锈钢;异种金属;焊接工艺;研究现状   
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        发布时间：2023-02-04
      • 徐凡,田松亚,张根元,季珊林,孙华琛
        2023, 53(1): 71-76. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2023.01.11
        摘要：为探究高熵合金作为结构材料应用的适用性，采用激光焊与TIG焊对板厚2 mm的CoCrFeMnNi高熵合金进行连接，并对母材及两种焊接接头进行组织观察、显微硬度测试和拉伸性能测试。结果表明，激光焊与TIG焊焊缝晶粒形态基本一致，都是由垂直于熔合线方向生长的胞状树枝晶和焊缝中心处的等轴晶组成，但激光焊焊缝区晶粒较细；母材的强度与塑性最好，激光焊焊接接头次之，氩弧焊焊接接头最低，而两种焊接工艺得到的焊缝以及母材的显微硬度则恰好相反。  
        关键词：高熵合金;激光焊;钨极氩弧焊;显微组织;力学性能   
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        发布时间：2023-02-04
      • 庞义斌,胡凤娇,张峰,张帅,周智文
        2023, 53(1): 77-83. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2023.01.12
        摘要：针对电动绞车滚筒磨损失效要求，采用多层多道激光熔覆对称填充坡口，对30CrMnSiA高强合金钢滚筒进行了同材质粉末激光熔覆修复，并对其接头组织、硬度、拉伸与冲击性能进行了研究分析。结果表明，熔覆接头热影响区出现了硬化现象，硬度最高值可达450 HV0.5，熔覆区硬度约为380 HV0.5，熔覆接头平均抗拉强度（1 176 MPa）和平均屈服强度（1 049 MPa）均为母材的104%，拉伸断裂于母材，30CrMnSiA增材-30CrMnSiA锻件室温冲击韧性（115.8 J/cm2）远超过了锻件标准值（49 J/cm2），满足滚筒材料性能要求，修复性能可达到使用要求。  
        关键词：激光熔覆;30CrMnSiA合金钢;修复;显微组织;力学性能   
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        发布时间：2023-02-04
      • 陈鹏达,徐锴,徐玉君,郭枭,吕晓春
        2023, 53(1): 84-90. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2023.01.13
        摘要：针对7A52铝合金中厚板熔化极惰性气体保护焊（MIG）焊缝成形差、接头系数低等问题，采用半自动MIG、以ER5356焊丝为填充材料对20 mm厚7A52铝合金板材进行不同焊接工艺参数下的焊道成形试验。测量不同焊接工艺参数下的焊道熔深、熔宽、余高、润湿角等焊道成形特征，选出最佳工艺参数。采用最佳工艺参数进行20 mm厚对接试板的焊接，焊接完成后通过X射线检测、力学性能试验、显微组织观察等测试方法研究对接接头的各项性能。结果表明，ER5356焊丝焊接接头的抗拉强度平均值为302.5 MPa，对接接头系数平均值为0.74，试样断裂位置均为焊缝区；接头的弯曲性能良好，未出现裂纹等缺陷；焊接接头焊缝区硬度值最低，为焊接接头最薄弱区域，与拉伸试验试件断裂位置相符合；焊接接头和熔敷金属的力学性能较好。  
        关键词：工艺参数;接头系数;焊道成形;抗拉强度   
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        发布时间：2023-02-04
      • 章中华,曾凡勇,肖志威,谢利平,薛雅旭,朱称生
        2023, 53(1): 91-99. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2023.01.14
        摘要：针对核电典型钢筋预埋件手工焊接存在效率低、工作强度大等问题，提出采用连续驱动摩擦焊接方式进行焊接，并对接头的宏观形貌、微观组织和力学性能进行了分析。结果表明：预埋件摩擦焊T形接头因焊接过程散热不均，上部飞边与下部飞边呈不对称分布，钢筋侧金属在焊接过程中发生了明显的流变。通过高倍金相观察和扫描分析，证实了焊缝界面处的“黑线”特征为正常组织而非焊接缺陷；接头焊核区组织发生了动态再结晶，为细小的铁素体+贝氏体，热影响区组织中的碳化物受热作用开始析出。顶锻量可作为衡量接头拉伸质量的参数，当钢筋顶锻量超过19 mm后，接头拉伸合格率可达100%；通过小尺寸拉伸和硬度测试发现，接头最薄弱的区域为母材，影响T形接头断裂位置的指标为焊合率，而焊合率与焊接参数（顶锻量）、焊前清理有关。  
        关键词：钢筋预埋件;T形接头;连续驱动摩擦焊;飞边;显微组织   
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        发布时间：2023-02-04

        焊接设备

      • 陈远强,罗文国,付俊,陈弈,黄安立
        2023, 53(1): 100-105. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2023.01.15
        摘要：集箱是电站锅炉系统的重要组成部分，为解决集箱材质众多、尺寸不一等问题，采用3D视觉技术，通过对焊道的定位，结合管座坡口的尺寸参数实现集箱的自动焊接，以提高锅炉集箱管座焊接试验效率和焊接质量。研制了针对集箱管座的智能焊接试验工作站，开发了包括三维图形界面显示、工艺智能规划等功能模块的工艺专家软件，并进行了54×9.5管座焊接试验，获得的焊缝成形良好。实际应用表明该焊接工作站智能程度较高，焊接质量满足工艺要求。  
        关键词：锅炉集箱;管座;机器人焊接;离线编程工艺软件   
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        发布时间：2023-02-04
      • 王宇霄,蒋玉霞,徐磊,李长青
        2023, 53(1): 106-111. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2023.01.16
        摘要：在厚板的窄间隙焊接过程中，电弧受干扰发生偏吹，从而影响焊缝成形效果。采用高速摄像和水冷铜板压力测试系统采集电流脉冲频率在2~15 000 Hz范围内的TIG电弧形态和压力数据。结果表明，不同频段范围内频率对电弧的影响效果存在显著差异：（1）频率2~50 Hz时，电弧压力最大值均为80 Pa，电弧宽度均为8.15 mm；（2）频率50~5 000 Hz范围内，电弧压力最大值与频率的自然对数成正线性关系，电弧宽度与频率的自然对数成负线性关系；（3）频率5 000~15 000 Hz时，电弧压力最大值为155 Pa，电弧宽度为5.70 mm。在工程应用中可以通过调整50~5 000 Hz范围内的频率来控制电弧力和电弧宽度。  
        关键词：高频脉冲TIG焊;高速摄像;脉冲频率;电弧形态;电弧压力   
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        发布时间：2023-02-04

        焊接材料

      • 王庆江,胡鹏亮,郑庆铭,刘满雨,陈波,徐锴,武鹏博
        2023, 53(1): 112-117. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2023.01.17
        摘要：ENiCrMo-6型焊条主要用于9%Ni钢制液化天然气（LNG）储罐的焊接，其长期依赖进口导致生产成本较高、技术发展受限，实现国产化十分必要。介绍了国产镍基合金ENiCrMo-6型焊条的研制，选用纯镍焊芯和CaO-CaF2-TiO2渣系作为焊条药皮的基础渣系组合。对研制的ENiCrMo-6焊条进行焊接工艺性试验、微观组织观察和力学性能试验，结果表明其工艺性水平与进口焊条相当，熔敷金属和焊接接头的强度、塑性和韧性优良，满足9%Ni钢制LNG装置的设计和施工要求，其中-196 ℃低温冲击吸收能量远高于技术要求，可应用于实际工程。  
        关键词：9%Ni钢;ENiCrMo-6焊条;熔敷金属;力学性能;全位置   
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        发布时间：2023-02-04
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