最新刊期

2023 年第 4 期

极端连接

极端条件下焊接技术的研究进展
龙伟民,井培尧,秦建
2023, 53(4): 1-13. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2023.04.01

摘要：随着科学技术的不断进步，工程应用标准的不断提高，越来越多的极端条件对焊接技术提出了更苛刻的要求。首先将服役情况分为环境温度、腐蚀环境、磨损情况、真空环境四个方面，综述了焊接结构在这些极端环境下的综合性能变化情况，同时对比了为克服这些极端环境的负面影响而研究的各类应对方法及其作用机制；其次以焊接的材料结构为出发点，介绍了大型结构与薄壁结构这两大极端尺寸结构件在焊接时的技术难题与疲劳寿命评估的现状。对当前极端条件下焊接技术存在的问题与难点进行总结与梳理，并对其未来发展方向进行展望。
关键词：极端条件;焊接;服役环境;材料结构

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发布时间：2023-04-26
陶瓷/金属连接界面残余应力缓解策略研究
陈本乐,王星星,何鹏,彭进,封小松,陈玉华,徐锴,倪增磊,凌自成,原志鹏,方乃文,范亚磊,李红
2023, 53(4): 14-24. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2023.04.02

摘要：随着服役环境恶劣化和加工制造复杂难度增加，对陶瓷/金属异质结构综合性能提出了更高的要求。目前钎焊技术被广泛应用于陶瓷与金属异质材料连接，而二者焊接接头残余应力缓解难题非常棘手。残余应力对陶瓷/金属连接性能有极大影响，其大小受多种因素影响，因此系统概述陶瓷与金属焊接残余应力状态与分布规律，从工艺参数优化、施加中间层、复合钎料和表面结构设计4种缓解途径进行系统评述，最后展望了未来陶瓷/金属异质结构残余应力研究面临的机遇和挑战。
关键词：陶瓷;金属;异质钎焊;界面残余应力;应力缓解

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发布时间：2023-04-26
铝合金/钢异种金属激光熔钎焊技术研究进展
董显,董博文,程亚芳,郭艳红,李永
2023, 53(4): 25-33. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2023.04.03

摘要：铝合金/钢异种金属激光熔钎焊技术具有能量密度高、升温和冷却速度快、熔化位置控制精确、焊后变形小、自动化程度高等优势，特别适用于汽车制造行业。从铝合金与钢界面润湿铺展、界面微观调控、熔钎焊接头性能评价三个方面对国内外铝合金/钢异种金属激光熔钎焊技术的研究成果进行了综述，重点介绍了金属镀层、钎剂、母材热场对铝合金与钢激光熔钎焊过程中的界面润湿铺展的影响，归纳了界面热场、辅助能场、坡口面角度、合金元素对铝合金与钢激光熔钎焊过程中的界面微观调控作用，总结了铝合金与钢激光熔钎焊接头性能的评价方法。并指出优质、高效、高可靠的铝合金/钢异种金属激光熔钎焊技术仍需要解决以下四方面的问题：钢母材表面钎料润湿铺展的精准可控；铝合金/钢激光熔钎焊界面反应的精确可调；铝合金/钢激光熔钎焊接头的高强韧设计；铝合金/钢熔钎焊接头性能的可靠性评价。
关键词：铝/钢异种金属连接;激光熔钎焊;镀层;润湿;界面;接头性能

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发布时间：2023-04-26
钛合金/陶瓷异质材料钎焊技术的研究现状
赵明远,钟素娟,沈元勋,秦建,董伟
2023, 53(4): 34-45. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2023.04.04

摘要：钛合金因其优异的性能，如密度低、耐高温、优异的蠕变和耐腐蚀性等，在航空航天、能源、汽车、建筑、包装与交通运输等诸多领域中得到了广泛应用。然而传统钛合金的高温性能较低，将钛合金与陶瓷连接起来制备成复合结构有助于获得质量较轻、高温性能优良的构件。钎焊在医疗、电力电子和汽车等领域应用广泛，被各国学术界认为是陶瓷/金属异质连接中最有效、最具有发展潜力的连接方式。综述了钛合金与Al₂O₃、ZrO₂等常见陶瓷及ZrB₂-SiC及ZrC-SiC等陶瓷基复合材料的钎焊技术研究现状，并介绍了如中间层法等常用的缓解钛合金与陶瓷接头中残余应力的方法，阐述了中间层与复合钎料中增强相的选取，最后指出钛合金/陶瓷异质钎焊技术研究和发展过程中存在的不足，并展望了钛合金/陶瓷异质钎焊技术未来的发展方向，为钛合金/陶瓷异质材料连接的相关研究和工程应用提供理论依据和技术支撑。
关键词：钛合金;陶瓷;钎焊;残余应力;异质材料

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发布时间：2023-04-26
真空激光焊接技术研究进展
李想,黄瑞生,滕彬,武鹏博,周坤
2023, 53(4): 46-55. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2023.04.05

摘要：随着激光器功率的增加，激光传输受等离子体羽辉影响损耗严重，导致激光焊接一次性可穿透深度并非与激光输出功率成正比，焊缝成形稳定性无法可靠保证。而在真空环境下，激光焊接能够展现出不同的工艺特征，能有效抑制等离子体羽辉，增加焊缝熔深，改善熔池稳定性，获得高质量的焊缝。真空激光焊接为实现厚壁构件优质、高效焊接提供了新的工艺方法与研究思路。在综合评述国内外研究成果的基础上，介绍了真空激光焊接技术的发展历史，分析真空环境下激光焊接过程中的焊缝成形、熔池与匙孔、等离子体羽辉特征，梳理了真空激光焊接装备设计和真空激光焊接的相关应用等内容，并对目前该技术研究中存在的问题进行探讨以及对真空激光焊接技术未来发展方向进行展望。
关键词：真空激光焊接;熔池;匙孔;焊接羽辉;真空室;焊接应用

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发布时间：2023-04-26
堆焊技术发展及应用综述
黄智泉,贺定勇,刘仁培,龚建勋,赵军军
2023, 53(4): 56-62. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2023.04.06

摘要：堆焊技术作为制造和再制造的重要技术手段，被广泛应用于装备零件的制造或修复再制造，尤其是通过高质量翻新、延寿等技术手段，大幅削减制造新件带来的资源能源消耗和碳排放。综述了目前电弧堆焊中耐磨堆焊材料和设备发展现状、等离子堆焊及激光熔覆堆焊典型工程应用，简述了采用电弧增材作为数字化堆焊技术的大型构件制造及不规则区域修复再制造的研究发展及典型应用。此外，讨论了堆焊行业技术发展对高端堆焊材料、堆焊全周期理论研究和控制系统集成化的需求，为堆焊技术的研究技术改进和应用提供一定的参考。
关键词：堆焊;耐磨材料;增材制造;表面工程

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发布时间：2023-04-26
PDC性能优化及其钎焊技术研究现状
聂孟杰,裴夤崟,黄成志,赵东鹏,李文彬
2023, 53(4): 63-72. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2023.04.07

摘要：聚晶金刚石复合片（PDC）因其优良的性质，广泛应用于机械加工、能源开采、地质勘探等方面。但是PDC温度敏感性较高，在高温下内部残余应力增大、金刚石层发生氧化、石墨化等现象，导致PDC金刚石骨架撕裂、金刚石颗粒剥落、甚至复合片失效。从PDC表面改性、粘结剂优化、PDC结构设计、晶粒细化以及PDC钎焊技术等五个方面综述了PDC国内外研究现状，讨论了PDC存在的共性问题，并对未来的研究方向进行了展望。
关键词：聚晶金刚石复合片;热稳定性;表面改性;PDC钎焊技术

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发布时间：2023-04-26
钼及钼合金与石墨焊接研究进展
郭鹏,马佳,鲍丽,胡粟昕,王路乙
2023, 53(4): 73-80. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2023.04.08

摘要：钼及钼合金具有优异的高温性能、优良的散热能力和较低的热膨胀系数，石墨具有与钼合金接近的热膨胀系数，并且具有极高的高温比热和散热能力，但其强度较低。二者结合可满足高温强度和散热需求，其高可靠连接是实现应用的基础，为此，从钼、石墨的物理和化学性质出发，分析了其焊接特性，回顾并总结了钼及钼合金与石墨的焊接方法、连接界面组织演变和接头性能变化规律的相关研究成果，并对钼及钼合金与石墨连接技术进行了展望。
关键词：钼及钼合金;石墨;钎焊;扩散焊

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发布时间：2023-04-26
ZrCuNi中间层瞬间液相焊扩散连接纯钛TA2工艺研究
杨浩哲,裴夤崟,沈元勋,秦建,李秀朋,刘德运
2023, 53(4): 81-89. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2023.04.09

摘要：使用Cu、Ni纯金属箔厚度为0.01 mm，Zr纯金属箔厚度分别为0.01 mm、0.02 mm和0.03 mm的ZrCuNi中间层在880 ℃×30 min工艺条件下对TA2纯钛进行瞬间液相焊连接试验，研究了接头界面组织演化机理、中间层元素扩散作用及接头的力学性能。结果表明，接头界面组织由焊缝中心化合物层和两侧共析组织构成，在中间层Zr箔厚度为0.01 mm时，焊缝中心形成了厚度约10 μm的连续带状（Ti，Zr）₂（Cu，Ni）金属间化合物，当Zr箔厚度提高到0.02 mm、0.03 mm时，焊缝中心形成含有（Ti，Zr）₂（Cu，Ni）化合物的共晶组织，共晶组织厚度先增加到80 μm后降低到37 μm。焊缝中（Ti，Zr）₂（Cu，Ni）化合物层维氏硬度在500 HV0.1以上，其厚度减小有助于提高接头强度，中间层Zr箔为0.01 mm时接头的剪切强度最高，平均值为207 MPa，裂纹沿焊缝中心化合物层和两侧共析组织扩展，断口具有韧窝特征和河流状花样，为韧性-脆性复合断裂模式，Zr箔厚度提高到0.02 mm、0.03 mm时，接头剪切强度分别为92 MPa和135 MPa，裂纹沿焊缝中心共晶组织扩展延伸，断口形貌显示的小平面解理特征是（Ti，Zr）₂（Cu，Ni）化合物断口的典型形貌。
关键词：纯钛;瞬间液相焊;ZrCuNi中间层;显微组织;力学性能

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发布时间：2023-04-26
Q1400超高强钢激光-MAG复合焊抗裂性研究
牟梓豪,徐锴,刘振伟,滕彬,孙祥广,胡庆睿,王文涛
2023, 53(4): 90-96. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2023.04.10

摘要：针对超高强钢在焊接过程中容易产生裂纹等问题，采用激光-电弧复合焊对20 mm厚Q1400E超高强钢进行了抗裂性研究。通过斜Y坡口裂纹敏感性试验发现，在焊缝中心偏上位置易产生焊接裂纹。经过金相组织检查、表面形貌检查、EDS能谱分析等检测手段，确定此裂纹为凝固裂纹。裂纹产生原因：（1）液态金属补缩不足导致缩松；（2）C、S、P等有害元素发生微观偏析；（3）母材淬硬性大，坡口尖角处的拘束应力大。利用激光复合焊接方法深熔焊接特点及焊前预热措施进一步降低了焊接拘束应力，结果表明，采用激光功率8 500 W，焊接电流250 A，焊接电压24 V，焊接速度1.2 m/min，预热200 ℃的工艺参数可以有效解决20 mm厚Q1400超高强钢的焊接裂纹问题。
关键词：超高强钢;裂纹敏感性;激光-MAG复合焊;斜Y坡口;预热温度;凝固缩松

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发布时间：2023-04-26
表面镀镍对Ag基钎料钎焊YG6X与GH4169的影响
刘攀,钟素娟,裴夤崟,张冠星,秦建,乔瑞林
2023, 53(4): 97-102. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2023.04.11

摘要：针对AgCuNiMn系钎料在GH4169合金表面的流动性能较弱的问题，在YG6X/AgCuNiMn/GH4169钎焊体系中，通过对比钎料在有无镍镀层的GH4169表面的润湿形貌及最终润湿角的大小，分析了GH4169表面镀镍对钎料在GH4169表面润湿性能的影响；并借助SEM对有镍镀层钎缝组织进行分析，结合接头拉伸性能试验揭示了镀镍层对接头微观组织与力学性能的影响。研究结果表明，在GH4169表面镀镍能显著提高钎料在合金表面的润湿铺展性能，镀镍后AgCuNiMn钎料在合金表面润湿角最小可达4°；在钎料与高温合金界面处存在约20 μm的镍层反应区，该反应区在提高钎料润湿性能的同时一定程度上阻碍了高温合金母材中Fe、Cr与Nb等元素向钎缝区域扩散，从而降低了接头的拉伸强度，平均抗拉强度为631.6 MPa。
关键词：真空钎焊;润湿性能;镀镍;高温合金;AgCuNiMn系钎料

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发布时间：2023-04-26
镀Ni层对MnCuAl合金/430SS钎焊接头中金属间化合物的影响研究
张明月,张民安,胥永刚,张松
2023, 53(4): 103-111. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2023.04.12

摘要：母材与钎缝界面处的金属间化合物会降低MnCuAl阻尼合金与430不锈钢钎焊接头的结合强度，进而降低焊接结构的使用性能。采用在430不锈钢表面电镀Ni层后再进行钎焊的方法对有害的金属间化合物进行抑制，同时探究不同厚度Ni层对接头组织、金属间化合物的影响规律和机理。结果表明，镀Ni层与基体界面处无明显缺陷，镀Ni层能够与430SS母材良好结合。对于钎焊接头，未镀Ni时，在430SS侧界面处分布着γ-（Fe，Mn）固溶体层，在两侧的反应层与钎缝中心区之间均存在连续分布的IMC，且伴随着钎剂残留；电镀8 μm Ni层时，焊后镀Ni层完全溶解，在430SS侧界面处仍分布着γ-（Fe，Mn）固溶体层，但接头中金属间化合物消失，且只有极少数钎剂残留；镀层为20 μm时，焊后在430SS侧有一层残余镀Ni层，未发现γ-（Fe，Mn）固溶体层，金属间化合物消失，且未见钎剂残留。分析认为，当镀层厚度分别为8 μm、20 μm时，Ni层分别是通过合金化作用、阻隔作用抑制了金属间化合物的生成。
关键词：MnCuAl阻尼合金;430不锈钢;异种金属钎焊;电镀Ni层;金属间化合物;界面

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发布时间：2023-04-26
万瓦级扫描激光焊接背面焊缝成形规律研究
李林,雷振,孙谦,曹浩,赵德民
2023, 53(4): 112-119. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2023.04.13

摘要：采用穿透式扫描激光不开坡口焊接方法对8 mm厚碳钢进行了万瓦级激光焊接试验，分析了激光功率、焊接速度、离焦量、扫描幅度和扫描频率对焊缝背面成形的影响。结果表明，当焊接速度为0.9 m/min、1.2 m/min时，在扫描激光作用下熔池受表面张力与重力平衡，获得了背面成形均匀、连续、根部熔透良好，背面余高合适的焊缝；随着离焦量从-10 mm到+10 mm变化，负离焦相较于正离焦焊缝成形更连续均匀，背部余高在1.2~1.5 mm；改变扫描幅度与扫描频率时，扫描频率大于300 Hz、幅度大于2 mm时焊缝部分未熔透，扫描频率为200 Hz、扫描幅度为1 mm 时焊缝成形较好；焊接热输入和离焦量对焊缝背面成形的影响作用大于扫描频率和扫描幅度。通过提高焊接速度、选用-10~0 mm之间离焦量、liner（垂直）扫描方式、200 Hz扫描频率、1 mm或2 mm扫描幅度可获得均匀、连续、根部熔合良好的背面焊缝成形。
关键词：万瓦级激光;扫描焊接;单面焊背面成形;中厚板;背部余高

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发布时间：2023-04-26
表面织构化对铜基钎料润湿流铺的影响研究
杨洋,周俞廷,赵亦嘉
2023, 53(4): 120-125. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2023.04.14

摘要：为改善钎料在基板表面的润湿性能，采用激光加工技术在T2紫铜基板表面加工了两类不同阵列间距的直线型织构和网格型织构，探究表面织构对钎料润湿性能的影响。以BAg25CuZnSn焊条、BCu93P-A粉末为钎料，在T2紫铜表面进行润湿性试验，探讨表面织构类型及织构间距对钎料在T2紫铜基板上润湿性的影响。试验结果表明：对T2紫铜基板表面织构化，钎料铺展面积增大，钎料为BCu93P-A、网格型织构阵列间距为100 μm时，铺展面积最大为322.4 mm²；随着织构阵列间距的减小，两种钎料的铺展面积均逐渐增大，且直线型织构化的基板润湿性能小于网格型织构化的基板。
关键词：激光加工技术;表面织构;润湿性;铺展面积

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发布时间：2023-04-26

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