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      2024 年 第 54 卷 第 10 期

        “华光新材杯”高质量论文推荐

      • 潘艳飞,王琳,许健,李仲树
        2024, 54(10): 1-9. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2024.10.01
        摘要：本文研究了不同热处理制度对激光-电弧复合增材制造Ti-6Al-4V合金微观组织及力学性能的影响，借助光学显微镜和扫描电镜分析了热处理参数变化时微观组织的变化，探究了不同固溶温度和冷却速度下试样力学性能变化的原因。结果表明：激光-电弧复合增材制造Ti-6Al-4V合金的微观结构主要由魏氏α板条组织和沿沉积方向从基体向外延生长柱状β晶粒内少量针状α相构成。经固溶时效热处理后组织主要为典型的交错网篮组织，α板条厚度明显降低，试样塑性、韧性提高明显。当固溶时效热处理方案为950 ℃/1 h，AC+540 ℃/6 h，AC时，与沉积态试样相比，晶粒尺寸减小了一半，可获得较好的综合力学性能，建议采用此热处理方案。  
        关键词：复合增材制造;Ti-6Al-4V合金;热处理;微观组织;力学性能   
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        发布时间：2024-10-12
      • 刘攀,孙华为,秦建,杨子佳,刘晟,刘永华,王威,陶汪,周立涛
        2024, 54(10): 10-16. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2024.10.02
        摘要：为改善钛合金材料的表面耐磨性能，选用TC4（Ti-6Al-4V）为基体材料，在TiZrCuNi钎料中加入一定比例的金刚石与石墨颗粒制成复合涂层材料，通过氩气保护感应钎焊的方法实现了TC4表面金刚石复合耐磨钎涂层的制备。研究了石墨的添加对复合涂层微观组织与耐磨性能的影响，揭示了活性元素Ti与金刚石和石墨的相互作用机制。研究结果表明加入石墨后，复合涂层主要由金刚石、TiC、Ti2Cu、ZrC、Zr2Cu和NiZr2与残余的石墨组成，由于石墨中存在着大量的螺旋位错，为TiC提供了形核质点，使其沿位错生长，从而使TiC的生长方式演变为包抄生长并最终形成六边形形状。石墨的添加一定程度上弱化了复合涂层的耐磨性能，但可提高金刚石颗粒的出刃率，从而提升磨削效率。  
        关键词：TC4;金刚石;钎涂;石墨;耐磨性能   
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        发布时间：2024-10-12
      • 王洪潇,王春生,邓钢,朱宗涛,陈辉
        2024, 54(10): 17-31. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2024.10.03
        摘要：为探究12 mm厚TC4钛合金激光-MIG复合焊接头在不同区域的疲劳裂纹扩展行为，并分析微观组织与裂纹扩展之间的相互作用。利用体式显微镜、相显微镜、扫描电子显微镜和电子背散射衍射技术分别对接头不同部位的裂纹扩展速率，裂纹扩展路径的变化，接头不同区域的显微组织与裂纹扩展的交互作用和裂纹尖端周边组织的变形特征进行了深入探究。结果表明，在裂纹稳定扩展阶段，母材区域的裂纹扩展速率最大，分别是热影响区和焊缝区域裂纹扩展速率的1.16倍和1.81倍。当ΔK=20 MPa·m1/2，母材裂纹扩展速率为3.39×10-4 mm/cycle。裂纹尖端的IPF图表明，在焊缝区中存在的50°~70°的大角度晶界占比为36.36%，高于母材的11.91%和热影响区的11.65%，大角度晶界的存在使裂纹沿晶界偏转或消耗更多能量穿过晶界，增大裂纹扩展阻力，表现出较好的裂纹扩展抗性。母材和热影响区表现出沿晶脆性断裂和韧性断裂的混合断裂模式，而焊缝区主要呈韧性断裂模式。此外，EBSD分析结果表明，焊缝区裂纹尖端附近具有更高的几何位错密度，位错在马氏体边界聚集，导致裂纹沿晶界发生偏转，进一步阻碍了裂纹的扩展。施密特因子分析也表明，焊缝区组织间的取向差差异较大，导致其裂纹扩展门槛值较高。综上，焊缝区中存在的大量大角度晶界和高位错密度是焊缝区具有较高裂纹扩展抗性的主要原因。  
        关键词：钛合金;疲劳裂纹扩展;激光-MIG 复合焊接;断裂模式;裂纹尖端;裂纹扩展行为   
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        发布时间：2024-10-12
      • 贾飞,赵丹,程战,樊志斌,宁少晨,李小亮
        2024, 54(10): 32-41. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2024.10.04
        摘要：为研究Ce族稀土元素对高性能硅白铜焊料的凝固组织、固溶组织、时效析出行为和性能的影响规律。采用扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）和电子探针（EPMA）等设备，对添加不同Ce含量的Cu-Ni-Si焊料进行组织观察和性能测试。结果表明：Ce族稀土元素的添加显著细化了硅白铜焊料的凝固组织，焊料凝固组织晶粒尺寸由未添加前的200 μm减小到添加后的40 μm。添加Ce元素抑制了焊料的固溶再结晶进程，细化了再结晶晶粒尺寸，添加Ce前再结晶温度为900 ℃，添加Ce后提高至950 ℃，添加Ce前再结晶晶粒尺寸为180 μm，添加Ce后缩小为90 μm。Ce元素的添加可促进Ni、Si元素的析出和抑制过时效阶段析出相的长大，但不改变时效析出相的类型，时效析出相为圆盘状的δ-Ni2Si和棒状的β-Ni3Si。Cu-3.2Ni-0.75Si-0.06Ce硅白铜焊料焊料在450 ℃时效4 h后达到最佳性能，抗拉强度为747 MPa，剪切强度为454 MPa，相较于未添加Ce元素的Cu-3.2Ni-0.75Si焊料，抗拉强度提高了117 MPa，增幅为18.6%，剪切强度提高了91 MPa，增幅25%。  
        关键词：硅白铜焊料;Ce元素;固溶处理;时效析出;抗拉强度   
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      • 高紫豪,杨尚磊,毕军航,赵辛龙,田嘉伟
        2024, 54(10): 42-52. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2024.10.05
        摘要：为研究激光螺旋点焊的断裂行为和断口特征，以期为高性能激光点焊的应用提供理论支持。采用振镜搭载机器人的激光螺旋焊接系统对1 mm厚汽车用高强钢进行焊接，设计了一种类阿基米德螺旋线扫描路径以使焊点热输入均匀分布，并对焊接接头的断裂行为进行分析。研究发现，在拉剪力的作用下，激光螺旋点焊主要发生的断裂失效形式为单面焊点撕出断裂和双面焊点撕出断裂，裂纹的萌生及扩展均是沿着熔合区和热影响区交界处。粗晶热影响的大角度晶界比例相对较少，为18.69%，KAM均值最大为0.65，存在的应力应变相对较大，使得裂纹更倾向于在粗晶热影响区萌生和扩展。  
        关键词：激光螺旋点焊;汽车用高强钢;疲劳断裂;失效形式;扫描路径   
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      • 刁旺战,张松,王萍,徐祥久,黄超,李晓峰
        2024, 54(10): 53-60. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2024.10.06
        摘要：采用机械TIG焊方法对铁镍基合金HT700P大口径管的环缝焊接，焊后进行稳定化热处理（980 ℃/3 h/AC）和无损检测（100%PT+100%RT+100%PAUT），合格后对焊接接头进行拉伸强度、弯曲、硬度性能、冲击、高温持久性能和微观金相组织试验。试验结果表明：焊接接头室温抗拉强度、屈服强度高于HT700P母材的下限值，弯曲试验合格。焊接接头中母材和热影响区的硬度明显大于焊缝，母材和热影响区硬度无明显差别。焊缝的室温冲击平均值为160.7 J，热影响区的室温冲击平均值为102.3 J，均高于HT700P母材的下限值。焊接接头105小时持久断裂强度为138.3 MPa。焊接接头宏观和微观金相组织检验合格，焊缝金相组织均为奥氏体，不存在TCP等有害相的析出。  
        关键词：HT700P铁镍基合金;TIG;力学性能;微观组织;650 ℃超超临界电站   
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      • 马寅,马国龙,王尉,刘福运,韩晓辉,檀财旺
        2024, 54(10): 61-69. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2024.10.07
        摘要：采用激光先导方式的激光-电弧复合焊对高速列车车体常用的6082-T6铝合金锁底接头进行焊接试验。通过改变水平间隙和竖直间隙的大小，研究其对焊缝成形、熔深熔宽和气孔率的影响，并结合 Fluent 数值模拟软件进行验证。结果表明，随着水平间隙的增加，焊接接头的熔深和熔宽都呈现逐渐增大的趋势，特别地，当水平间隙从0 mm增大到1.2 mm时，熔深和下部熔宽分别从5.91 mm和1.65 mm增加至6.45 mm和2.46 mm，这主要归因于激光焊接热输入的增大；另外，接头气孔率呈现先下降后上升的趋势，当水平间隙为0.7 mm时，气孔率达到最小，仅为9.21%，小于无间隙时的10.86%和间隙为1.2 mm时的12.61%，这说明一定的水平间隙尺寸有利于提高匙孔稳定性，而过大的水平间隙尺寸则会造成匙孔稳定性变差；另外，随着竖直间隙的增加，尽管接头的熔深熔宽无明显变化，但气孔率呈现不断增大的趋势，从10.86%增大到15.85%，说明竖直间隙的存在不利于维持熔池匙孔的稳定性。最佳装配间隙尺寸为：水平间隙0.7 mm和竖直间隙0 mm。本研究将为采用激光-电弧复合焊接技术来实现高速列车用铝型材的高质量焊接提供工艺指导，并扩大激光-电弧复合焊接在相关领域的应用范围。  
        关键词：激光-MIG复合焊;装配间隙;焊缝成形;气孔率   
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      • 陈晓霞,张艳辉,鲁二敬,石宝岭,侯金柱
        2024, 54(10): 70-76. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2024.10.08
        摘要：采用无镀铜焊丝对12 mm厚S355J2W+N耐候钢进行MAG焊接试验，通过拉伸试验、弯曲试验、冲击试验、硬度试验、金相组织和断口组织分析的方法，进行S355J2W+N无镀铜焊丝接头性能的研究。结果表明，无镀铜焊丝焊接的S355J2W+N耐候钢焊接接头具有良好的拉伸和弯曲性能，抗拉强度和屈服强度均高于母材标准值，断口呈韧性断裂特征。焊缝冲击韧性低于焊接热影响区，且随温度的降低而下降，但均满足母材冲击功不低于27 J（-20 ℃）的标准要求。焊接接头各区域的硬度符合ISO15614-1标准，均小于HV380，母材区域硬度最低，过热区硬度最高，焊接热影响区的硬度波动最大。金相组织分析表明，焊接接头由焊缝区、过热区、相变重结晶区和不完全相变重结晶区组成，相变重结晶区组织细小均匀，性能最佳。无镀铜焊丝焊接的S355J2W+N耐候钢焊接接头的性能满足生产标准要求。  
        关键词：无镀铜焊丝;S355J2W+N耐候钢;力学性能;金相组织;断裂特征   
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      • 张丽萍,苟毅,罗晓东,王刚,李明忠,尹立孟
        2024, 54(10): 77-85. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2024.10.09
        摘要：随着海洋石油开采技术的发展，高强度钢焊接接头的耐腐蚀性能成为关键问题。为研究E690低合金高强钢MAG焊接接头热影响区（HAZ）在模拟海洋环境下的腐蚀行为，并分析其腐蚀机理，并使用3.5%NaCl溶液作为腐蚀溶液进行浸泡试验。通过光学显微镜、扫描电镜和能谱分析等手段，观察和分析HAZ不同区域的微观组织、力学性能、腐蚀形貌和腐蚀产物成分。结果表明，HAZ不同区域的腐蚀程度由大到小依次为过热区（GRHAZ）>正火区（CHAZ）>混晶区（CGHAZ）。GRHAZ内的腐蚀产物最少且分布均匀，未产生大面积腐蚀，腐蚀产物主要以Fe3O4和Fe2O3两种化合物为主，结构表现为团状和柱状。CHAZ和CGHAZ的腐蚀产物相对较多，且分布不均匀，其中CHAZ的局部位置出现加重腐蚀现象。焊接接头设计时应充分考虑HAZ的腐蚀敏感性，并采取相应的防护措施，以保证海洋平台的安全性和可靠性。  
        关键词：E690低合金高强钢;MAG焊;显微组织;耐蚀性能;腐蚀产物   
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      • 宋昕怡,朱宏涛,秦建,路全彬,常云峰,方乃文,廖志谦
        2024, 54(10): 86-92. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2024.10.10
        摘要：为设计合理的感应线圈结构，并探究不同输入电流、加热时间对焊缝温度最大值的影响，选取适合的工艺参数，从而实现蜂窝板感应钎焊的高效率制备。本文建立了感应钎焊蜂窝板的有限元模型，设计了3种形状的线圈：螺旋形线圈、双回形线圈、M形线圈，并计算得到3种线圈感应钎焊蜂窝板的温度场分布，同时探究了不同工艺参数对温度最大值的影响规律。在模拟的基础上，对Ti2AlNb合金和高温合金组成的蜂窝夹层结构进行钎焊试验，验证了感应钎焊Ti2AlNb/GH4099蜂窝夹层结构具有良好的可行性。结果表明，螺旋形线圈在焊缝处的磁场更加集中，产生的电磁热更多，钎焊效率更高。螺旋形线圈更利于感应钎涂过程中产生大量电磁热，并且当电流为1 000 A，加热时间为15 s时钎焊效率最高，且实验得到的Ti2AlNb/GH4099蜂窝夹层结构力学性能优异。  
        关键词：Ti2AlNb;GH4099;感应钎焊;有限元分析;温度场   
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      • 王思鸿,李晨,黄世盛,陈飘飘,费松华,刘家军
        2024, 54(10): 93-98. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2024.10.11
        摘要：为探究粉末压片技术在制备复合焊锡片中的应用，并研究不同压制工艺参数对复合焊锡片力学特性、微观形貌和钎焊性能的影响。采用SAC305合金粉末与自研助焊剂预混合，通过粉末压片技术制备复合焊锡片，并设计了三水平三因素的正交试验，分析了压力、压制温度和压制时间对复合焊锡片性能的影响。结果表明，压力是压制参数中对复合锡片性能影响最大的，当压力不足时，复合锡片的显微结构可以看到锡合金粉之间明显的界面区分，且粉末形变量较小，孔隙率较高；随着压力提高，粉末发生明显形变，界面逐渐模糊，孔隙率也减小；不同工艺参数对钎焊扩展率及空洞率的影响较小。在压力5 000 MPa，压制时间30 s，温度60 ℃条件下制备的复合焊锡片具有良好的钎焊性能，孔隙率最小为7.2%且具备一定的自身强度，在镍片上的钎焊润湿性良好，焊后空洞率低于0.1%。与传统表面涂敷助焊剂的预成型焊锡片相比，粉末压片制备的复合焊锡片在钎焊性能上相当，且具有更高的成品率，对批量应用具备一定的技术可行性。  
        关键词：复合焊锡片;粉末压片;钎焊性能;压制工艺   
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      • 刘季杭,何开平,刘亚,潘兴兴,闫德俊
        2024, 54(10): 99-107. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2024.10.12
        摘要：针对船舶中组立尺寸大、结构复杂、障碍物多，机器人自动化焊接难以应用，本文提出基于数据驱动的船舶中组立智能焊接技术，通过中组立三维模型和龙门式机器人构建仿真场景，采用广度搜索与深度搜索相结合的办法高效识别船体结构节点元素特征，并利用空间三维结构交线拟合提取焊缝曲线，建立安全焊接生产空间的防撞检测机制和避障规则，进而精准引导多机器人避障与自动焊接作业。结果表明，采用该智能焊接技术提高了中组立焊接效率和焊接质量，促进了船舶建造自动化、数字化生产，提升船舶行业智能化、先进工艺技术水平。  
        关键词：船体;焊接;机器人应用;智能制造   
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      • 王向东,文志,剡苏荣,刘雄,陈宇强,丁浩
        2024, 54(10): 108-115. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2024.10.13
        摘要：为了提高再制造修复铝合金的服役性能特别是疲劳性能和抗腐蚀性能，以轨道交通用具有代表性的Al-Zn-Mg合金板材为研究对象，在研究合金疲劳行为的基础上模拟实际服役条件对合金造成的损伤。通过不同的电弧熔覆工艺和激光冲击强化技术对产生裂纹的样品合金进行修复，综合比较了修复前后合金的服役性能差异。研究发现，与传统电弧熔覆相比，结合激光冲击强化的电弧熔覆能显著提高合金的疲劳抗力和耐蚀性，电弧熔覆结合激光冲击强化的样品在低应力因子强度范围内展现出更低的疲劳裂纹扩展速率，并在高应力因子强度范围仍维持较低的扩展速率，显著提升了疲劳寿命，同时也降低了晶间腐蚀深度，增强了合金的抗腐蚀性能。该研究结果可为轨道交通用铝合金结构件的服役寿命延长和腐蚀控制提供理论依据和科学指导。  
        关键词：再制造修复Al-Zn-Mg合金;电弧熔覆;激光冲击强化;疲劳性能;抗腐蚀性能   
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      • 王千瑞,居晓锋,李振华,陈春鑫,周枫,毕建国
        2024, 54(10): 116-123. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2024.10.14
        摘要：高强铝合金板在焊接过程中，热影响区的存在会导致板材性能下降，影响其使用寿命。为了探究温度试验对高强铝合金板的影响，并优化焊接工艺参数与板材选型，对热影响区的温度变化梯度与层间温度进行了系统研究。采用局部加热、匀质化受热模拟和热影响区层间温度模拟三种方法，分别对高强铝合金板进行受热模拟试验，并对比分析不同温度下板材的显微硬度、强度、延伸率、显微组织和晶粒尺寸等性能指标。研究发现，高强铝合金板的硬度随温度升高而先升高后降低，500 ℃是固溶强化的拐点温度。固溶处理可以增强板材的力学性能，但过长的固溶时间会导致晶粒粗大，降低强化效果。焊接过程中，热影响区对板材性能的影响范围约为6 mm，超过9 mm范围外，板材性能呈梯度分布。通过局部受热模拟工艺的调整，可以使焊接过程中呈现梯度分布的热场能量得到均质化处理，从而获得焊后性能分布优良的铝合金板材。  
        关键词：高强铝合金;受热模拟;热影响区;温度试验;焊接工艺   
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