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新能源汽车用铝合金激光-电弧复合焊接研究进展（特邀）

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中国激光 2024年第4期 31-48页

作者：王晓南陈夏明环鹏程李响董其鹏骆顺存长海博文苏州大学沙钢钢铁学院江苏省新能源汽车用金属结构材料绿色制备与资源再生工程研究中心东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室无锡锐科光纤激光技术有限责任公司

发展新能源汽车是我国从汽车大国迈向汽车强国的必由之路，是应对气候变化、推动绿色发展的战略举措。近年来，作为新能源汽车制造的重要结构材料，车用铝合金性能的不断提升给后续的焊接加工带来了全新的挑战。与传统弧焊热源相比，激... 详细信息

发展新能源汽车是我国从汽车大国迈向汽车强国的必由之路，是应对气候变化、推动绿色发展的战略举措。近年来，作为新能源汽车制造的重要结构材料，车用铝合金性能的不断提升给后续的焊接加工带来了全新的挑战。与传统弧焊热源相比，激光-电弧复合热源具有诸多优势，为抑制铝合金焊接缺陷并提升焊接接头系数提供了新途径。较为全面地总结了近年来国内外学者在铝合金焊接缺陷（如软化、气孔）等形成及调控方面的研究进展，分析了现有研究工作中存在的问题并给出了激光-电弧复合焊接铝合金未来的研究方向，旨在为后续研究及应用提供参考。

关键词：激光技术激光-电弧复合焊接铝合金软化气孔力学性能

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铝合金保险杠的焊接工艺及其性能优化

铝合金保险杠的焊接工艺及其性能优化

作者：环鹏程西南林业大学

学位级别：硕士

铝合金具有优异的物理化学特性、力学性能和良好的加工性能,是目前在生产生活中应用范围仅次于钢铁的材料,被广泛用于汽车白车身和各种汽车安全零部件中。目前在车身制造中广泛运用的铝合金可以使车辆减小20-30%的重量,约可以减少10%的... 详细信息

铝合金具有优异的物理化学特性、力学性能和良好的加工性能,是目前在生产生活中应用范围仅次于钢铁的材料,被广泛用于汽车白车身和各种汽车安全零部件中。目前在车身制造中广泛运用的铝合金可以使车辆减小20-30%的重量,约可以减少10%的燃油消耗。而汽车各部件间的连接离不开焊接,焊接的质量基本决定了汽车车身的整体刚度。因此如何进一步提高铝合金的焊接质量来实现铝合金的高效优质焊接是当下研究的难点和热点问题。本研究以铝合金保险杠为研究对象,利用新型的CMT TPS 500i焊机对6063和6082两种铝合金进行了不同CMT焊接工艺的焊接试验。研究了不同CMT焊接工艺对6063铝合金焊接接头组织及性能的影响;研究了外加交变磁场对6063铝合金焊接接头焊缝成形、组织、力学性能以及气孔的分布、长大逸出机理的影响,探索有效抑制氢气孔的方法。通过研究保险杠中最主要的焊接接头(T焊)的强度损失,并进行传统的保险杠碰撞模拟,研究并评价不考虑强度损失对保险杠碰撞的结果的影响。主要研究内容及结果如下:利用三种不同CMT焊接工艺(CMT、CMT MIX和CMT MIX+Synchropulse)对6063铝合金进行了拼板焊接试验并研究了不同CMT焊接工艺对焊接接头组织及性能的影响。研究表明,三种工艺下均能获得全熔透无明显飞溅的焊缝,而采用CMT MIX+Synchropulse工艺能够获得几乎完美的鱼鳞纹焊缝。CMT MIX+Synchropulse工艺下电弧穿透作用和搅拌作用更为明显,焊缝横截面的形貌由“V”型→“X”型。利用CMT MIX+Synchropulse工艺特性,解决了使用5系Al-Mg焊丝带来的热裂纹、熔池流动性不高的问题。ER5183焊丝的焊接接头焊缝主要为α-Al+Mg的共晶组织,而ER4047焊丝的焊接接头焊缝则为α-Al+Si的共晶组织。两种焊接接头焊缝中心组织均为大量的等轴晶,其中ER4047接头焊缝的平均晶粒尺寸为78.5μm小于ER5183焊缝的晶粒尺寸(103.2μm),晶粒得到明显细化。焊缝大量析出的平衡结晶相β-MgSi以及热影响区晶粒发生粗化和过时效软化导致焊缝和热影响区均出现明显软化现象。由于焊缝晶粒细化作用提高了焊缝强度,接头最终在更为薄弱的热影响区发生发生断裂,两种焊接接头的抗拉强度分别能达母材的68.2%和70.2%。为了有效降低焊缝气孔率,引入交变磁场对熔池进行搅拌作用。磁场的加入改变了电弧的形态和轨迹,随着励磁电流增加,熔滴绕焊丝中心做无规则的螺旋运动,导致焊缝横截面的形貌由“川”型→“X”型→“V”型。熔池在凝固过程中形成的枝晶在磁场的作用下发生破碎,破碎的枝晶分散在熔池中成为异质形核点增大形核率,焊缝中心组织为大量细小的等轴晶,晶粒得到明显细化。磁场增强了熔池的流动性对焊缝气孔率有着明显的降低作用,随着励磁电流增加焊缝气孔率先减小后增加,气孔率最小仅为0.32%。在T型焊中,熔池在Si含量高的6082铝合金的一侧熔覆量高,随着热输入的升高,T型焊缝由“月牙状”向凸起的“碗状”过渡。不考虑强度损失的保险杠碰撞模拟,最大应力(344.5MPa)出现在防撞梁与摆锤接触的部位。铝合金保险杠在碰撞过程结束时并未被完全压溃,保险杠整体的吸能防撞效果较佳。与焊接接头强度试验结果不同,碰撞结束后防撞梁中上部和吸能盒中部最终发生破损而不是两者结合处。考虑强度损失进行碰撞模拟,则防撞梁两端与吸能盒接触的部位优先发生破碎。

关键词： CMT焊接铝合金保险杠组织性能气孔碰撞模拟

表面织构参数对渗氮304钢在纳米微粒添加剂润滑油作用下摩擦特性的影响

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材料导报 2018年第18期32卷 3217-3222,3229页

作者：邱兆岭陈文刚环鹏程李创业西南林业大学机械与交通学院昆明650224

采用激光打标机在304钢基体表面刻蚀出孔径与间距数值相等的均布微坑;将激光织构的试样放入渗氮炉中进行表面渗氮处理;采用表面修饰剂对质量比为1∶1的SiO_2和TiO_2混合纳米微粒进行表面修饰后,将其(3%,质量分数)加入到基础油中,使用摩... 详细信息

采用激光打标机在304钢基体表面刻蚀出孔径与间距数值相等的均布微坑;将激光织构的试样放入渗氮炉中进行表面渗氮处理;采用表面修饰剂对质量比为1∶1的SiO_2和TiO_2混合纳米微粒进行表面修饰后,将其(3%,质量分数)加入到基础油中,使用摩擦磨损试验机对其进行摩擦磨损实验。系统地对试样复合改性表面硬度、表面化学成分、表面形貌及摩擦磨损形貌进行研究。实验结果表明:表面织构参数影响304钢的摩擦学性能,其摩擦因数随孔径及间距的增大而减小,在摩擦过程中,织构微坑能够起到收集磨屑、存储润滑剂、降低磨损的作用;表面经盐浴渗氮处理后,其显微硬度由222.53HV0.1提高到573.63HV0.1,硬度显著提升;纳米微粒作为润滑油添加剂不仅能够产生微轴承作用将部分滑动摩擦转变为滚动摩擦,同时还能生成一层润滑保护膜。复合润滑结构与含有纳米添加剂的润滑油配合能够显著地降低磨损,使材料具有优异的摩擦学性能。

关键词：摩擦因数 304钢纳米微粒盐浴渗氮激光织构

800 MPa级热轧高强钢激光焊接接头的组织和力学性能

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中国激光 2019年第1期46卷 91-99页

作者：环鹏程王晓南朱天才陈文刚胡增荣张敏陈长军西南林业大学汽车与交通学院云南昆明650224 苏州大学沙钢钢铁学院江苏苏州215021 苏州大学轨道交通学院江苏苏州215021 苏州大学机电与工程学院江苏苏州215021

采用光纤激光器对2.8mm厚800MPa级热轧高强钢板进行了激光焊接,通过调整激光功率获得了全熔透焊接接头,观察了不同热输入下焊接接头的显微组织,并测试了焊接接头的显微硬度、拉伸性能和冲击韧性,研究了焊接接头显微组织与力学性能之间... 详细信息

采用光纤激光器对2.8mm厚800MPa级热轧高强钢板进行了激光焊接,通过调整激光功率获得了全熔透焊接接头,观察了不同热输入下焊接接头的显微组织,并测试了焊接接头的显微硬度、拉伸性能和冲击韧性,研究了焊接接头显微组织与力学性能之间的关系。结果表明:焊接接头内不存在软化区,焊接接头的抗拉强度可达到母材水平,冲击功可达到母材的85.6%。

关键词：激光技术激光焊接显微组织力学性能高强钢

马氏体含量对双相钢激光焊接接头组织和性能的影响

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激光与光电子学进展 2018年第11期55卷 307-314页

作者：环鹏程陈文刚王晓南郑知朱天才张敏陈长军西南林业大学汽车与交通学院云南昆明650224 苏州大学沙钢钢铁学院江苏苏州215021 苏州大学机电工程学院江苏苏州215021

利用连续光纤激光器进行了800MPa级和1000MPa级双相钢的激光拼焊试验,研究了马氏体含量对双相钢焊接接头组织和性能的影响。结果表明,不同马氏体含量双相钢的焊接接头均由全马氏体区和不完全相变区组成。两种焊接接头不完全相变区的宽... 详细信息

利用连续光纤激光器进行了800MPa级和1000MPa级双相钢的激光拼焊试验,研究了马氏体含量对双相钢焊接接头组织和性能的影响。结果表明,不同马氏体含量双相钢的焊接接头均由全马氏体区和不完全相变区组成。两种焊接接头不完全相变区的宽度和显微硬度的降幅较小,其拉伸断裂位置均位于母材。1000 MPa级双相钢焊接接头在杯突试验中沿不完全相变区直接开裂并扩展,杯突值达到母材的85.0%;800 MPa级双相钢焊接接头则垂直于全马氏体区方向开裂,杯突值达到母材的91.7%,成形性能好。

关键词：激光技术双相钢马氏体含量显微组织结构模型力学性能

热输入对CP800复相钢激光焊接接头组织性能的影响

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应用激光 2018年第4期38卷 562-569页

作者：杨蕾王晓南环鹏程刘珍光张敏陈长军胡增荣苏州大学沙钢钢铁学院江苏苏州215021 江苏科技大学材料科学与工程学院江苏镇江212003 苏州大学机电工程学院江苏苏州215021 苏州大学轨道交通学院江苏苏州215021

采用IPG YLS-6000光纤激光器对2.8mm厚的CP800复相钢进行激光拼焊,通过改变焊接速度获得不同热输入(30.0、42.0和52.5J/mm)的焊接接头,研究了不同热输入对复相钢激光焊接接头组织转变及性能的规律。结果表明,随着热输入的增加,焊缝的熔... 详细信息

采用IPG YLS-6000光纤激光器对2.8mm厚的CP800复相钢进行激光拼焊,通过改变焊接速度获得不同热输入(30.0、42.0和52.5J/mm)的焊接接头,研究了不同热输入对复相钢激光焊接接头组织转变及性能的规律。结果表明,随着热输入的增加,焊缝的熔深和熔宽逐渐增加,当热输入达到42.0J/mm及以上时可获得全熔透焊缝;不同热输入下的焊接接头各个微区的显微组织类型具有一致性,其中熔合区为具有明显方向性的板条马氏体,粗晶区为无明显取向的板条马氏体,细晶区为晶粒较为细小的马氏体,混晶区为贝氏体、细晶铁素体和铁素体;不同热输入下焊接接头整体硬度高于母材,且由于激光焊接冷速极快、高温停留时间极短,导致贝氏体内细小析出相无时间析出,位错密度无明显改变,因而不存在软化区;不同热输入下的焊接试样拉伸断口均为韧性断裂;由于焊接接头硬化区中的马氏体较母材中的贝氏体和铁素体具有更高的屈服强度,导致焊接接头的延伸率低于母材,相较而言,在研究的热输入范围内,热输入为52.5J/mm焊接接头的延伸率较好,达到母材的76.8%。

关键词：激光焊接微观组织力学性能复相钢硬化区

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镍基合金扩散焊研究进展

焊接技术 2023年第9期52卷 5-11页

作者：周相李培跃王晓南王志华环鹏程苏州大学沙钢钢铁学院江苏苏州215021 中国船舶集团公司第七二五研究所江苏苏州215299 东北大学轧制及连轧自动化国家重点实验室辽宁沈阳110819

随着对镍基合金研究的不断加深,镍基合金材料的超塑性被相继发现,超塑成形与扩散连接的组合工艺得到了极大的发展和推广应用,所以镍基合金扩散焊的重要性及应用范围得到了极大提升。文中简要阐述了镍基高温合金扩散焊方式,并重点阐述了... 详细信息

随着对镍基合金研究的不断加深,镍基合金材料的超塑性被相继发现,超塑成形与扩散连接的组合工艺得到了极大的发展和推广应用,所以镍基合金扩散焊的重要性及应用范围得到了极大提升。文中简要阐述了镍基高温合金扩散焊方式,并重点阐述了镍基高温合金扩散焊研究现状。目前镍基合金扩散焊的主要研究包括:扩散焊的工艺流程与参数研究、镍基合金扩散焊的焊材研究及镍基合金扩散焊中间层研究三个方面,扩散焊焊接接头易发生过早的脆性断裂,这主要与焊接过程中接头处成分不均匀有关;预处理、焊接温度、保温时间及焊接压力等工艺参数对接头性能有重要影响;有关镍基合金扩散焊中间层的研究处于不断深入的阶段。关于如何提高镍基合金扩散焊接头的各项性能,仍需进一步深入研究。

关键词：镍基合金扩散焊工艺参数中间层

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基于混合策略改进的樽海鞘群算法

控制与决策 2024年第8期39卷 2541-2550页

作者：梁成龙陈志环武汉科技大学冶金自动化与检测技术教育部工程研究中心武汉430081 武汉科技大学机器人与智能系统研究院武汉430081

针对樽海鞘群算法(SSA)在求解复杂优化问题时存在的易陷入局部最优、收敛精度低等缺点,提出一种基于混合策略改进的樽海鞘群算法(ISSA).首先,采用Sobol序列实现樽海鞘种群的初始化,使初始种群在解空间中分布更加均匀,进而提高算法的全... 详细信息

针对樽海鞘群算法(SSA)在求解复杂优化问题时存在的易陷入局部最优、收敛精度低等缺点,提出一种基于混合策略改进的樽海鞘群算法(ISSA).首先,采用Sobol序列实现樽海鞘种群的初始化,使初始种群在解空间中分布更加均匀,进而提高算法的全局寻优能力;其次,在领导者位置更新阶段引入步长控制因子,根据不同寻优时期自动调节领导者的搜索范围,有效平衡算法的全局搜索与局部搜索;然后,采用改进的透镜成像策略对领导者进行映射,避免算法陷入局部最优;此外,在追随者位置更新阶段,引入一种自主选择追随机制,改善追随者的盲从性,以提高算法的收敛精度;最后,与其他几种代表性优化算法在12个基准测试函数上进行仿真实验对比,并进行Wilcoxon秩和检验,实验结果表明所提出ISSA在收敛速度和精度上有明显提升,相较于其他优化算法具有更好的寻优效果和稳定性.另外,通过两个工程设计案例实验进行测试,进一步验证了所提出ISSA的可行性和适用性.

关键词：樽海鞘群算法 Sobol序列步长控制因子透镜成像自主追随 Wilcoxon秩和检验

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色味锁夸克物质与夸克星

物理学报 2024年第5期73卷 75-84页

作者：初鹏程刘鹤杜先斌青岛理工大学理学院青岛266033

讨论了零温、强磁场下基于准粒子模型的奇异夸克物质、色味锁夸克物质的热力学性质.结果表明色味锁夸克物质比奇异夸克物质更稳定,压强会随着色味锁态能隙常数的增大而增加.并且发现强磁场下磁星的最大质量会随着色味锁夸克物质的能隙... 详细信息

讨论了零温、强磁场下基于准粒子模型的奇异夸克物质、色味锁夸克物质的热力学性质.结果表明色味锁夸克物质比奇异夸克物质更稳定,压强会随着色味锁态能隙常数的增大而增加.并且发现强磁场下磁星的最大质量会随着色味锁夸克物质的能隙常数的增加而增加,磁星的潮汐形变率会随着能隙常数的增加而增加,磁星最大质量的中心密度会随着能隙常数的增加而降低.结果还说明考虑色味锁态得到的磁星质量半径关系可以满足最近实验观测PSR J0740+6620,PSR J0030+0451,和HESS J1731-347所给出的质量半径约束.

关键词：夸克物质夸克星磁星

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