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316LN不锈钢/Inconel 718高温合金异种材料激光焊接工艺研究

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热加工工艺 2023年第9期52卷 26-30,41页

作者：黄菁孙宇峰信纪军牛二武卫靖戴文华安徽工程大学材料科学与工程学院安徽芜湖241000 中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所安徽合肥230031 松山湖材料实验室广东东莞523808 中国国际核聚变能源计划执行中心北京100862

对5 mm厚的316LN不锈钢和Inconel718高温合金异种材料板材进行正弦扫描路径和无扫描路径的激光焊接试验,研究了焊接工艺参数对焊缝质量的影响,并对激光焊接头的显微组织、显微硬度及拉伸性能进行了研究。结果表明,无扫描激光焊比正弦路... 详细信息

对5 mm厚的316LN不锈钢和Inconel718高温合金异种材料板材进行正弦扫描路径和无扫描路径的激光焊接试验,研究了焊接工艺参数对焊缝质量的影响,并对激光焊接头的显微组织、显微硬度及拉伸性能进行了研究。结果表明,无扫描激光焊比正弦路径的扫描焊更易实现稳定焊接,获得成形质量良好的焊缝。正弦扫描激光焊接头的焊缝下部有大量气孔,无扫描激光焊接接头无气孔缺陷。随焊接速度的增大,无扫描激光焊接头的表面成形越来越好。焊接速度为1.8 m/min时,焊缝上下表面熔宽变窄,不存在咬边、飞溅等缺陷;焊缝区为垂直于熔合线并向焊缝中心生长的柱状树枝晶等组织且焊缝中有M23C6型碳化物析出,提高了焊缝强度。焊接接头的显微硬度由Inconel718母材到焊缝再到316LN母材呈现逐步降低趋势。焊接接头的断裂位置均位于远离焊缝的316LN母材,室温下抗拉强度可达到650 MPa且接头断裂方式为韧性断裂。

关键词：异种材料激光焊接扫描路径焊接速度力学性能

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CNTs/Al复合材料的焊接工艺研究

CNTs/Al复合材料的焊接工艺研究

作者：信纪军南昌航空大学

学位级别：硕士

铝基复合材料具有密度小、比强度高，耐腐蚀和加工性能好等优点，已在航空航天、汽车、电子、光学等工业领域得到了广泛的应用。碳纳米管增强铝基复合材料是一种新型的金属基复合材料，目前主要集中于对其制备方法的研究，对CNTs/Al复... 详细信息

铝基复合材料具有密度小、比强度高，耐腐蚀和加工性能好等优点，已在航空航天、汽车、电子、光学等工业领域得到了广泛的应用。碳纳米管增强铝基复合材料是一种新型的金属基复合材料，目前主要集中于对其制备方法的研究，对CNTs/Al复合材料焊接工艺的研究还处于初步探索阶段。鉴于此，本文采用TIG焊、电子束焊以及搅拌摩擦焊，以采用搅拌摩擦加工方法制备的碳纳米管增强铝基复合材料为主要研究对象，系统的研究了CNTs/Al复合材料的焊接工艺，分析了CNTs/Al复合材料焊接接头的力学性能，利用金相显微镜、扫描电镜、能谱分析以及X射线衍射分析等手段研究了CNTs/Al复合材料焊接接头微观组织及相组成，利用开尔文探针试验研究了焊缝中CNTs的分布均匀性。主要研究结论如下：对CNTs/Al复合材料进行TIG焊试验结果表明，焊缝的表面成形较差，当在充氩的箱体内进行焊接时，焊缝表面成形明显得到改善。TIG焊焊缝中存在大量的气孔以及裂纹等缺陷，同时在焊缝中生成了较多的板条状Al4C3相。接头焊缝金属区的显微硬度值降低，结合开尔文探针试验结果，CNTs在接头中发生了严重的烧损现象，在焊缝中的分布很不均匀，从而降低了接头的力学性能。对CNTs/Al复合材料电子束焊接试验结果表明，由于电子束焊接过程中能量密度高于TIG焊，焊缝中生成了大量针状相Al4C3，Al4C3的数量和尺寸与熔池的温度梯度密切相关。随着电子束流的增加和焊接速度的降低，Al4C3脆性相的尺寸变大，数量增多。CNTs在焊缝中也会发生烧损，分布不均匀，且比TIG焊缝中CNTs烧损严重。CNTs/Al复合材料电子束焊焊缝金属区的显微硬度值显著降低，随着焊接热输入量的增加，焊缝软化程度加剧。针对CNTs/Al复合材料熔化焊的焊接特性，采用搅拌摩擦焊焊接不同CNTs含量的CNTs/Al复合材料，得到了表面成形良好，性能优异的焊接接头。焊缝中CNTs分布较均匀。复合材料中CNTs与基体间发生界面反应，生成了Al4C3。复合材料FSW焊接接头会发生软化现象，显微硬度降低。随着CNTs含量的增加，接头的强度增强，当CNTs含量为5%，接头强度达到母材强度的95%。拉伸试样断口分析表明，复合材料断裂为塑性断裂，断裂位置均为焊缝，断裂过程为CNTs与基体界面脱粘和CNTs拔出，CNTs起到桥连作用。研究表明，采用搅拌摩擦焊技术是提高碳纳米管增强铝基复合材料接头性能的有效途径。

关键词： CNTs/Al复合材料 TIG焊电子束焊搅拌摩擦焊

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基于PPMS测试系统的低温温度计标定研究

低温工程 2022年第6期 13-17,25页

作者：吴萌方志春王春栋张涛信纪军王维李来风广州大学广州511400 松山湖材料实验室东莞523429 中国科学院理化技术研究所低温工程学重点实验室北京100190 中国科学院大学未来技术学院北京100049

基于无液氦综合物性测量系统(PPMS)搭建了一套3—300 K温区的低温温度计标定系统。利用PPMS提供的低温环境,用Cernox-1030温度计作为标准温度计,对碳电阻温度计进行了标定。结果表明,该标定系统可以实现在3—300 K全范围内的低温温度计... 详细信息

基于无液氦综合物性测量系统(PPMS)搭建了一套3—300 K温区的低温温度计标定系统。利用PPMS提供的低温环境,用Cernox-1030温度计作为标准温度计,对碳电阻温度计进行了标定。结果表明,该标定系统可以实现在3—300 K全范围内的低温温度计标定功能,且能通过编程自动对特定温区进行指定温度间隔标定。基于低温系统和数据采集系统的高度集成,实现了对标定不确定性的量化研究,得到该标定系统在3—7 K温区的标定误差为±8.38 mK,相比基于G-M制冷机的低温标定系统(标定误差约为20 mK)提高了标定精度。

关键词：低温温度计标定 PPMS系统温度测量标定精度

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低温脉动热管冷却超导磁体实验研究

低温工程 2023年第2期 1-7页

作者：吕秉坤郭仁栋徐冬王维信纪军方志春李来风松山湖材料实验室东莞523808 中国科学院低温工程学重点实验室(理化技术研究所) 北京100190

为了研究低温脉动热管(PHP)冷却超导磁体的可行性,搭建了以液氦脉动热管为传热部件的GM制冷机传导型冷却超导磁体模型的实验装置,采用该装置实验研究了48通道液氦PHP的冷却性能和传热性能。该液氦PHP由内径为0.5 mm的不锈钢毛细管制成,... 详细信息

为了研究低温脉动热管(PHP)冷却超导磁体的可行性,搭建了以液氦脉动热管为传热部件的GM制冷机传导型冷却超导磁体模型的实验装置,采用该装置实验研究了48通道液氦PHP的冷却性能和传热性能。该液氦PHP由内径为0.5 mm的不锈钢毛细管制成,其蒸发段、绝热段、冷凝段的长度分别为50 mm、100 mm、50 mm。实验结果表明,液氦PHP可将超导磁体模型从常温冷却至6 K,用时约95个小时,冷却过程中观察到液氦PHP超临界脉动和近临界强化换热现象。在充液率为38%时,液氦PHP最大可传递1.5 W热量,有效导热系数在2000—9200 W/(m·K)之间。而该液氦PHP在充液率为70%时未能正常启动。

关键词：低温脉动热管超导磁体冷却性能传热性能

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单回路液氦脉动热管气液两相流数值模拟

低温工程 2023年第1期 26-30,49页

作者：吕秉坤徐冬王维施雅然信纪军方志春李来风松山湖材料实验室东莞523808 中国科学院低温工程学重点实验室(理化技术研究所) 北京100190

为了探究液氦脉动热管的传热机理,建立了单回路液氦脉动热管的二维数值模型。基于多相流VOF(Volume of Fluid)方法对该模型进行了数值求解,模拟了该液氦脉动热管的初始状态以及运行状态。其中初始状态为气液交替分布的饱和静止状态。运... 详细信息

为了探究液氦脉动热管的传热机理,建立了单回路液氦脉动热管的二维数值模型。基于多相流VOF(Volume of Fluid)方法对该模型进行了数值求解,模拟了该液氦脉动热管的初始状态以及运行状态。其中初始状态为气液交替分布的饱和静止状态。运行状态为方向变化的脉动流动状态,流型为塞状流。分析了液氦脉动热管的流动与传热特性。

关键词：液氦脉动热管数值模拟两相流

AlN和BN纳米颗粒含量对IR3环氧树脂黏度及复合材料力学性能的影响

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机械工程材料 2023年第10期47卷 91-96页

作者：吴垄峰梁忠伟方志春邹涛张宇鹏信纪军王维李来风广州大学机械与电气工程学院广东省强化研磨高性能微纳加工工程技术研究中心广州510000 松山湖材料实验室东莞523000 广东省科学院中乌焊接研究所广州510000

利用溶液共混法制备不同质量分数(0,3.2%,11.2%)BN、AlN纳米颗粒改性IR3环氧树脂(EN/EP,AlN/EP)复合材料,研究了纳米颗粒含量对树脂黏度和复合材料力学性能的影响。结果表明:添加BN和AlN纳米颗粒使树脂黏度增加了5%~10%;BN/EP和AlN/EP... 详细信息

利用溶液共混法制备不同质量分数(0,3.2%,11.2%)BN、AlN纳米颗粒改性IR3环氧树脂(EN/EP,AlN/EP)复合材料,研究了纳米颗粒含量对树脂黏度和复合材料力学性能的影响。结果表明:添加BN和AlN纳米颗粒使树脂黏度增加了5%~10%;BN/EP和AlN/EP复合材料的拉伸强度较纯环氧树脂提高了10%~25%,随BN、AlN含量的增加而增大;AlN/EP复合材料的剪切强度提高了40%~60%,随AlN含量的增加而增大,但BN/EP复合材料的剪切强度随BN含量增加几乎不变;当纳米颗粒质量分数为11.2%时,环氧树脂黏度适中,复合材料的力学性能最好。

关键词：超导磁体环氧树脂纳米颗粒力学性能黏度

20 mm厚316LN不锈钢板的超高功率光纤激光自熔焊

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中国激光 2018年第5期45卷 88-95页

作者：信纪军方超宋云涛卫靖吴杰峰戴文华中国科学院等离子体物理研究所装置总体研究室安徽合肥230031 中国科学技术大学研究生院科学岛分院安徽合肥230026 中国科学院等离子体物理研究所特种焊接技术安徽省重点实验室安徽淮南232000

采用20kW超高功率光纤激光器单道焊接了20mm厚316LN奥氏体不锈钢,研究了焊接工艺参数对焊缝成形及宏观形貌的影响,并对焊接接头的显微组织和力学性能进行了分析。结果表明,采用负离焦可以得到成形良好的焊缝;焊缝组织为单一的奥氏体组织... 详细信息

采用20kW超高功率光纤激光器单道焊接了20mm厚316LN奥氏体不锈钢,研究了焊接工艺参数对焊缝成形及宏观形貌的影响,并对焊接接头的显微组织和力学性能进行了分析。结果表明,采用负离焦可以得到成形良好的焊缝;焊缝组织为单一的奥氏体组织,焊缝上部和底部中心区存在等轴晶粒,焊缝中部中心区为粗大的柱状晶。在优化的工艺参数下,焊接得到的接头抗拉强度为645 MPa,与母材相当。焊接接头断裂于熔合线边界处,为典型的韧性断裂。焊接接头热影响区的显微硬度略高于焊缝和母材。

关键词：激光技术激光自熔焊厚板显微组织力学性能

CNTs／Al复合材料TIG焊焊缝成形及组织研究

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热加工工艺 2013年第19期42卷 29-32页

作者：信纪军柯黎明卜文德邢丽南昌航空大学轻合金加工科学与技术国防重点学科实验室江西南昌330063

采用TIG对碳纳米管增强铝基复合材料进行焊接,利用光学显微镜、扫描电镜、能谱分析以及X射线衍射分析手段研究了CNTs/Al复合材料焊缝微观组织及相组成的变化,利用电子功函数分析了焊缝中CNTs的分布均匀性。结果表明,采用氩气箱对焊缝进... 详细信息

采用TIG对碳纳米管增强铝基复合材料进行焊接,利用光学显微镜、扫描电镜、能谱分析以及X射线衍射分析手段研究了CNTs/Al复合材料焊缝微观组织及相组成的变化,利用电子功函数分析了焊缝中CNTs的分布均匀性。结果表明,采用氩气箱对焊缝进行保护,可以获得良好的焊缝表面成形。由于CNTs增强相的存在,熔池的流动性很差,焊缝中容易产生气孔及裂纹等问题。焊缝中CNTs与铝基体发生了界面反应,有Al4C3相生成。焊缝中CNTs会发生烧损,而且在焊缝中的分布很不均匀,从而导致复合材料TIG焊焊接性较差。

关键词： CNTs/Al复合材料 TIG焊焊缝成形界面反应

材料状态对GH4169高温合金激光焊接头组织与性能的影响

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中国激光 2020年第10期47卷 75-84页

作者：孙文君王善林谭观华陈玉华信纪军洪敏柯黎明南昌航空大学航空构件成形与连接江西省重点实验室江西南昌330036 中国科学院等离子体物理研究所安徽合肥230031

对传统轧制态(R)GH4169板材和SLM增材制造(3D)GH4169板材分别进行激光焊接,采用光学显微镜、扫描电镜、能谱仪对接头显微组织特征进行表征,并对接头进行显微硬度和拉伸测试。试验结果表明熔合区显微组织主要由胞晶向枝晶或柱状晶转变,... 详细信息

对传统轧制态(R)GH4169板材和SLM增材制造(3D)GH4169板材分别进行激光焊接,采用光学显微镜、扫描电镜、能谱仪对接头显微组织特征进行表征,并对接头进行显微硬度和拉伸测试。试验结果表明熔合区显微组织主要由胞晶向枝晶或柱状晶转变,晶内和晶间区域存在大量δ相和laves相。R/3D GH4169接头、R/R GH4169接头和3D/3D GH4169接头的晶粒尺寸和析出相尺寸依次减小,熔合区平均显微硬度依次增加(250 HV,261 HV,274 HV),接头拉伸强度依次增加(768 MPa,799 MPa,985 MPa)。R/3D GH4169接头和R/R GH4169接头断裂以韧性断裂为主,而3D/3D GH4169接头主要为脆性断裂。

关键词：激光技术激光制造 GH4169高温合金激光焊显微组织力学性能