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排列角度对高氮钢双丝GMAW熔滴过渡行为及成形特性的影响

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机械工程学报 2024年

作者：杨东青谢高齐郭顺彭勇王克鸿黄俊南京理工大学受控电弧智能增材技术工业和信息化部重点实验室

为了实现高效稳定的高氮钢熔化极气体保护焊接(Gasmetal arc welding,GMAW)，着重研究了双丝排列角度对高氮钢熔滴过渡行为、电信号特征及焊缝成形特性的影响。结果表明：随着双丝排列角的减小，熔池的铺展性变差，熔池重叠部分的高度... 详细信息

为了实现高效稳定的高氮钢熔化极气体保护焊接(Gasmetal arc welding,GMAW)，着重研究了双丝排列角度对高氮钢熔滴过渡行为、电信号特征及焊缝成形特性的影响。结果表明：随着双丝排列角的减小，熔池的铺展性变差，熔池重叠部分的高度增加，熔滴过渡的不稳定性增加；当排列角度不小于45°，熔池铺展性好，双丝的熔滴过渡相互作用影响减小。双丝焊接电流和电弧电压的峰值随排列角度的增加由相互重叠变为错峰出现，双丝熔滴过渡平稳；单丝焊接相比，双丝焊接在送丝总量相同条件下双丝飞溅小、成形更好。在双丝共熔池条件下，随着排列角度的增大，焊缝成形变好。

关键词：高氮钢 GMAW 双丝排列角度熔滴过渡成形特性

AZ31Mg/2A12Al爆炸复合板界面组织与性能

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焊接学报 2021年第5期42卷 14-17,I0002页

作者：王小伟杨东青李晓鹏王磊王克鸿南京理工大学受控电弧智能增材技术工信部重点实验室南京210094

镁合金板上复合铝合金板对拓宽镁合金的使用范围具有重要意义.采用爆炸焊接进行了镁合金板和铝合金板工艺试验,并制成镁合金和铝合金复合板.使用光学显微镜、扫描电子显微镜观察焊后复合板结合界面处的微观形貌,分析了界面形成过程.使... 详细信息

镁合金板上复合铝合金板对拓宽镁合金的使用范围具有重要意义.采用爆炸焊接进行了镁合金板和铝合金板工艺试验,并制成镁合金和铝合金复合板.使用光学显微镜、扫描电子显微镜观察焊后复合板结合界面处的微观形貌,分析了界面形成过程.使用显微硬度计和剪切试验机测量了复合板结合界面处的硬度和抗剪强度.结果表明,经爆炸焊接后,复合板界面熔化区发生了冶金结合,对应的组织为A_(l3)Mg_(2)和Al_(12)Mg_(17)金属间化合物的混合物.熔化区域硬度为126 HV,较基板硬度有明显升高(铝合金110 HV,镁合金70 HV).结合界面处同一取样方向上,试件抗剪强度存在差异:x轴方向取样的剪切件强度呈现出先增加后减小的变化趋势,其平均值分别为112.3 MPa(垂直爆炸方向),87.0 MPa(平行爆炸方向);y轴方向取样的各剪切件强度基本相当,平均值分别为56.5 MPa(垂直爆炸方向),62.0 MPa(平行爆炸方向).

关键词：爆炸焊接 AZ31镁合金 2A12铝合金组织力学性能

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高氮奥氏体焊丝焊接超高强钢接头组织和性能

焊接学报 2020年第12期41卷 44-48,I0003,I0004页

作者：杨东青熊涵英黄勇彭勇王克鸿南京理工大学受控电弧智能增材技术工信部重点实验室南京210094

为解决超高强钢焊接冷裂纹问题,采用强度低于母材的高氮奥氏体丝材进行GMAW工艺试验,研究在不同坡口角度下超高强钢焊接接头组织性能.结果表明,采用该焊丝获得的接头焊缝成形良好,焊缝截面未见裂纹缺陷.熔合线附近组织主要为针状和板条... 详细信息

为解决超高强钢焊接冷裂纹问题,采用强度低于母材的高氮奥氏体丝材进行GMAW工艺试验,研究在不同坡口角度下超高强钢焊接接头组织性能.结果表明,采用该焊丝获得的接头焊缝成形良好,焊缝截面未见裂纹缺陷.熔合线附近组织主要为针状和板条状马氏体,焊缝组织主要为奥氏体及被奥氏体基体所包围的铁素体树枝晶.熔合线附近马氏体区硬度平均值为530 HV;焊缝区硬度平均值为275 HV.相对于60°坡口接头,90°坡口接头熔合线附近马氏体组织硬度更高.90°坡口接头的抗拉强度平均达到850 MPa,最高达887 MPa,而60°坡口接头抗拉强度平均仅为690 MPa.

关键词：超高强钢高氮奥氏体焊丝组织性能

熔化极电弧增材制造18Ni马氏体钢组织和性能

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焊接学报 2020年第8期41卷 6-9,21,I0001页

作者：杨东青王小伟黄勇李晓鹏王克鸿南京理工大学受控电弧智能增材技术工信部重点实验室南京210094

采用熔化极电弧增材工艺制备了成形良好的18Ni马氏体钢单墙体,研究了增材构件热处理前、后的组织力学性能.结果表明,增材构件的微观组织主要是柱状树枝晶,沉积态增材构件组织和力学性能存在局部差异:构件组织顶部为马氏体,硬度平均值为3... 详细信息

采用熔化极电弧增材工艺制备了成形良好的18Ni马氏体钢单墙体,研究了增材构件热处理前、后的组织力学性能.结果表明,增材构件的微观组织主要是柱状树枝晶,沉积态增材构件组织和力学性能存在局部差异:构件组织顶部为马氏体,硬度平均值为360 HV;中部和底部区域则为马氏体和奥氏体且中部硬度平均值为468 HV,略高于底部硬度平均值437 HV;构件纵向抗拉强度(1375 MPa)高出横向抗拉强度(1072 MPa)约28.3%,对应的断后伸长率分别为1.1%和0.8%.对增材构件进行825℃保温1 h的固溶热处理后,析出相重新溶入奥氏体,构件组织转变为马氏体,硬度值下降(平均值为328 HV),变化波动小;纵向和横向抗拉强度相当,分别为1025 MPa和1034 MPa,断后伸长率分别为6%和14%.

关键词：熔化极电弧增材制造 18Ni马氏体钢固溶处理组织性能

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异质层状钛合金增材构件微观组织与力学性能

复合材料学报 2022年第12期39卷 6017-6027页

作者：郭顺徐俊强杨东青顾介仁周琦南京理工大学材料科学与工程学院南京210094 南京理工大学受控电弧智能增材技术工信部重点实验室南京210094

采用双丝等离子实现了TC4与TA2交替沉积的异质层状钛合金构件的增材制造,构件具有良好的沉积形貌及力学性能。采用了OM、SEM、背散射电子衍射技术(EBSD)、XRD等方法对构件进行了微观组织表征,并结合显微硬度和压缩性能测试了其力学性能... 详细信息

采用双丝等离子实现了TC4与TA2交替沉积的异质层状钛合金构件的增材制造,构件具有良好的沉积形貌及力学性能。采用了OM、SEM、背散射电子衍射技术(EBSD)、XRD等方法对构件进行了微观组织表征,并结合显微硬度和压缩性能测试了其力学性能。研究结果表明:TA2和TC4区域主要组织分别是由片层α相和α+β的网篮组织/集束组织组成。各区域晶粒沿着热流反方向凝固生长,TC4区域与TA2区域的晶界特征和晶体取向具有相似规律,但由于异质材料相生长差异,层与层之间β相晶粒生长方向发生改变,TC4区域的原始β相会沿着已沉积TA2区域晶粒某一择优取向生长,进而限制了β相连续生长为粗大柱状晶。层状结构中TC4区域的硬度明显高于TA2区域,并沿着沉积方向硬度呈现增加的趋势。增材构件沿着不同方向具有接近的抗压强度,近2.0 GPa,但是TC4和TA2交替形成的层状特殊结构,其沿着沉积方向具有高的断裂应变(0.33),沿着扫描方向具有高的屈服强度(1133 MPa)。

关键词：异质钛合金层状材料增材制造微观组织力学性能

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等离子弧增材低碳贝氏体钢组织与性能分析

焊接学报 2023年第5期44卷 117-121,I0009,I0010页

作者：周凡顾介仁王克鸿柴权赢南京理工大学受控电弧智能增材技术工信部重点实验室南京210094 北京北方车辆集团有限公司北京100072

采用等离子弧增材工艺制备了成形良好的贝氏体钢构件,研究了其力学性能和微观组织.结果表明,增材构件的微观组织主要由板条状贝氏体、粒状贝氏体和少量奥氏体组成.增材构件组织和力学性能存在局部差异:顶部组织晶粒比较粗大,主要由板条... 详细信息

采用等离子弧增材工艺制备了成形良好的贝氏体钢构件,研究了其力学性能和微观组织.结果表明,增材构件的微观组织主要由板条状贝氏体、粒状贝氏体和少量奥氏体组成.增材构件组织和力学性能存在局部差异:顶部组织晶粒比较粗大,主要由板条状贝氏体和奥氏体组成,显微硬度平均值约为365 HV;底部区域组织晶粒比较细小,多为粒状贝氏体,显微硬度平均值约为384 HV;构件整体平均冲击韧性为145 J/cm^(2),平均拉伸强度和断后伸长率分别可以达到955 MPa和11.7%,其中x方向的拉伸强度为945 MPa,略小于y方向的抗拉强度(963 MPa)和z方向的抗拉强度(958 MPa),说明构件抗拉强度不存在明显的各向异性,断口为韧性断裂.创新点:(1)利用贝氏体钢药芯焊丝等离子弧增材复杂结构件.(2)分析十字交叉路径下的构件微观组织和力学性能.(3)阐明等离子弧增材贝氏体钢相较于其它电弧增材优缺点.

关键词：低碳贝氏体钢等离子弧增材板条状贝氏体组织性能

高氮钢CMT电弧增材制造多道搭接表面质量评价

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焊接学报 2020年第4期41卷 73-76,83,I0009页

作者：杨东青王小伟王奕楷范霁康王克鸿南京理工大学受控电弧智能增材技术工业和信息化部重点实验室南京210094

针对电弧增材制造成形问题,提出基于三维表面粗糙度参数的零件表面质量评价方法.以高氮钢为例,采用CMT工艺进行多道搭接试验,通过三维扫描设备提取零件表面信息,计算表面轮廓均方根偏差Sq和轮廓偏斜度Ssk,对比计算所得数据与实际表面成... 详细信息

针对电弧增材制造成形问题,提出基于三维表面粗糙度参数的零件表面质量评价方法.以高氮钢为例,采用CMT工艺进行多道搭接试验,通过三维扫描设备提取零件表面信息,计算表面轮廓均方根偏差Sq和轮廓偏斜度Ssk,对比计算所得数据与实际表面成形情况,并利用所提出的方法研究了增材制造过程中电弧摆宽对多道搭接表面质量的影响.结果表明,此评价方法所得数据规律与实际成形情况基本吻合,具有较好的适应性和科学性.根据数值Sq和Ssk大小可将成形表面质量由优到差分为A,B,C,D 4个等级.电弧增材制造的热输入和电弧摆宽对成形表面质量影响较大.在热输入较大时,电弧摆宽为15和10 mm时,熔敷焊道余高小、宽高比大,搭接成形更好.

关键词： CMT电弧增材制造多道搭接表面质量评价高氮钢

基于层宽控制的AZ91镁合金TIG电弧增材工艺优化

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焊接 2022年第1期 1-7页

作者：倪程朱科宇范霁康杨东青彭勇王克鸿南京理工大学受控电弧智能增材技术工业和信息化部重点实验室南京210094

针对镁合金电弧增材制造表面成形质量控制的难题,通过Design-Expert软件对AZ91镁合金TIG电弧增材的电流、送丝速度、增材速度等工艺参数和熔覆层层宽之间进行建模,探索了各工艺参数对增材层宽的影响规律,并利用增材主要工艺参数和尺寸... 详细信息

针对镁合金电弧增材制造表面成形质量控制的难题,通过Design-Expert软件对AZ91镁合金TIG电弧增材的电流、送丝速度、增材速度等工艺参数和熔覆层层宽之间进行建模,探索了各工艺参数对增材层宽的影响规律,并利用增材主要工艺参数和尺寸的数学模型优化了增材电流,根据电流优化值来控制直壁构件层宽。结果表明,对层宽影响最大的是增材电流,其次是增材速度,影响最小的是送丝速度;采用优化后的工艺增材制备的单道多层构件自上至下的层宽波动起伏小,层宽偏差值由4.54 mm减小到0.94 mm,提高了AZ91镁合金增材成形质量。

关键词： AZ91镁合金电弧增材制造工艺优化成形控制

CMT Cycle Step工艺参数对焊缝表面特征纹路及成形尺寸的影响

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焊接学报 2023年第5期44卷 95-101,I0008,I0009页

作者：周春东章晓勇彭勇王克鸿王剑春周明常州大学怀德学院靖江214500 南京理工大学受控电弧智能增材技术工信部重点实验室南京210094 江苏靖宁智能制造有限公司靖江214500

采用CMT Cycle Step焊接工艺进行平板堆焊正交试验,研究了送丝速度、焊接速度、熔滴数量和间隔时间四个参数对焊缝表面特征纹路及成形尺寸的影响,建立了各参数与焊缝表面鱼鳞纹步长S、焊缝熔宽B、堆焊层厚度h之间的回归模型.结果表明,... 详细信息

采用CMT Cycle Step焊接工艺进行平板堆焊正交试验,研究了送丝速度、焊接速度、熔滴数量和间隔时间四个参数对焊缝表面特征纹路及成形尺寸的影响,建立了各参数与焊缝表面鱼鳞纹步长S、焊缝熔宽B、堆焊层厚度h之间的回归模型.结果表明,随着焊接速度、熔滴数量和间隔时间的增大,焊缝表面鱼鳞纹步长S呈逐渐增大的趋势.适当减小焊接速度和间隔时间,可有效减小焊缝表面高度差Δh,提高焊缝表面成形质量.随着送丝速度和熔滴数量的增大,焊缝熔宽B和堆焊层厚度h均逐渐增大;随着焊接速度的增大,焊缝熔宽B和堆焊层厚度h逐渐减小.根据理论分析和回归分析得到准确性较高的回归方程,为预测焊接焊缝成形以及优化焊接工艺参数提供理论依据.创新点:(1)系统研究了CMT Cycle Step焊接工艺参数对焊缝成形的影响规律,有助于采用该方法解决点焊、热敏感材料焊接、电弧增材制造等领域的相关技术难题.(2)建立了CMT Cycle Step焊接工艺的送丝速度、焊接速度、熔滴数量和间隔时间四个参数对焊缝表面特征纹路及成形尺寸回归模型,为预测焊缝成形以及优化焊接工艺参数提供理论依据.(3)对CMT Cycle Step焊缝表面特征纹路—鱼鳞纹进行量化评价,探究工艺参数对焊缝表面鱼鳞纹步长S和表面高度差Δh的影响规律,有利于获得高表面平整度的焊缝.

关键词： CMT Cycle Step 焊缝表面特征纹路正交试验焊缝成形