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基于高强高韧焊丝的脉冲GMAW焊缝金属强韧化机理研究

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机械工程学报 2024年第4期60卷 326-334页

作者：崔桂涵杨春利哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室哈尔滨150001

采用新型高强高韧钢焊丝对10Ni5Cr Mo V钢进行脉冲气体保护焊接,对焊缝金属的微观组织、力学性能和强韧化机理进行分析。结果表明,焊缝金属微观组织主要由板条贝氏体、粒状贝氏体、针状铁素体和细晶铁素体组成。贝氏体组织内部的高密度... 详细信息

采用新型高强高韧钢焊丝对10Ni5Cr Mo V钢进行脉冲气体保护焊接,对焊缝金属的微观组织、力学性能和强韧化机理进行分析。结果表明,焊缝金属微观组织主要由板条贝氏体、粒状贝氏体、针状铁素体和细晶铁素体组成。贝氏体组织内部的高密度位错相互作用,对于提高焊缝金属强度具有很大的作用。焊缝金属中存在的少量的M-A组元,在铁素体基体上弥散分布并阻碍裂纹扩展,一定程度上提高了焊缝金属的强度和韧性,但其强化作用十分有限。焊缝金属中存在的少量非金属夹杂物,一方面细化晶粒,另一方面促进针状铁素体形核,提高了焊缝金属强度和韧性,少量的非金属夹杂物并不会大幅损害焊缝金属的韧性。焊缝金属的平均屈服强度为793 MPa,伸长率17.2%,-50℃KV2冲击功131 J,焊缝金属的强韧性匹配良好。

关键词：焊缝金属强韧性微观组织

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增材制造TiAl合金的研究进展

金属学报 2024年第1期60卷 1-15页

作者：陈玉勇时国浩杜之明张宇常帅哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室哈尔滨150001 哈尔滨工业大学金属精密热加工国家级重点实验室哈尔滨150001

轻质耐热的TiAl合金是航空航天和民用工业等领域最具潜力的高温结构材料之一。然而,由于其低的延展性和断裂韧性,制造TiAl零部件具有挑战性。目前,增材制造工艺被认为是制造TiAl零件具有前途的技术之一。本文在介绍增材制造技术原理和... 详细信息

轻质耐热的TiAl合金是航空航天和民用工业等领域最具潜力的高温结构材料之一。然而,由于其低的延展性和断裂韧性,制造TiAl零部件具有挑战性。目前,增材制造工艺被认为是制造TiAl零件具有前途的技术之一。本文在介绍增材制造技术原理和特点的基础上,综述了激光金属沉积(LMD)、选区激光熔化(SLM)和电子束熔化(EBM)制备TiAl合金的工艺-组织-性能关系,并对该技术未来的发展趋势进行了展望。

关键词： TiAl合金激光金属沉积选区激光熔化电子束熔化

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核电厂定位销局部干法水下TIG焊接工艺

焊接学报 2024年第2期45卷 7-12,I0003页

作者：孙清洁张清华赵永庆郭佳威李天佑班华康侯少军哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室哈尔滨150001 哈尔滨工业大学(威海) 特种焊接技术省重点实验室威海264209

以核电厂定位销水下焊接为研究对象,研制双层气体保护的局部干法水下TIG旋转焊枪,运动轨迹通过直流电机带动钨极绕固定直径转动实现.对核级材料Z2CN19-10控氮奥氏体不锈钢进行焊接,研究局部干法水下TIG焊接焊缝成形,优化工艺参数,结合... 详细信息

以核电厂定位销水下焊接为研究对象,研制双层气体保护的局部干法水下TIG旋转焊枪,运动轨迹通过直流电机带动钨极绕固定直径转动实现.对核级材料Z2CN19-10控氮奥氏体不锈钢进行焊接,研究局部干法水下TIG焊接焊缝成形,优化工艺参数,结合热循环曲线及电弧形态,分析焊接接头显微组织及力学性能.结果表明,当焊枪的内层和外层保护气均通氩气时,焊缝成形良好,电弧形态稳定;增大焊接电流或减小焊接速度均使焊缝熔深增大,熔宽增大;对比水下焊接接头和陆上焊接接头发现,水的快速冷却作用会促使熔合线附近的铁素体的形态由树枝状转变为板条状,奥氏体含量减少,焊缝中心晶粒细化;水下焊接接头的显微硬度和力学性能略高于陆上焊接接头.

关键词：水下局部干法焊接 TIG焊接控氮奥氏体不锈钢焊缝成形组织性能

双轮廓参数对LPBF制备镍基高温合金表面成形的影响

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焊接学报 2024年第7期45卷 10-18页

作者：丁宏伟马瑞常帅李明川李俐群哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室哈尔滨150001 北京动力机械研究所北京100074

激光粉末床熔融(laser powder bed fusion,LPBF)增材制造技术广泛用于航空航天领域复杂结构的镍基高温合金零件的一体化制造,但是其粗糙度问题限制了该项技术的应用.基于此,通过采用双轮廓扫描策略优化表面成形质量,并研究轮廓参数的热... 详细信息

激光粉末床熔融(laser powder bed fusion,LPBF)增材制造技术广泛用于航空航天领域复杂结构的镍基高温合金零件的一体化制造,但是其粗糙度问题限制了该项技术的应用.基于此,通过采用双轮廓扫描策略优化表面成形质量,并研究轮廓参数的热输入对表面成形质量及微观组织、显微硬度的影响.结果表明,上表面粗糙度Sa随上轮廓参数的热输入增加逐渐降低,并在功率为220 W,扫描速度为0.1 m/s时粗糙度Sa达到3.1μm最优值,但在高热输入时近表面会形成匙孔诱发的孔洞缺陷,因此表面粗糙度优化需折衷考虑近表面孔洞缺陷;此外,双轮廓参数的热输入与下表面粗糙度之间没有明显的相关性.不同轮廓参数下制备的样品下表面粗糙度Sa在13.5~16.5μm之间;轮廓参数的单向扫描策略导致了粗大柱状晶粒的形成,并且随着热输入的增加,上层轮廓层的显微硬度显著增加。

关键词：激光粉末床熔融镍基高温合金轮廓参数成形质量

负膨胀材料在复合材料制备和钎焊中的研究进展

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机械工程学报 2024年

作者：顾磊王鹏程闫耀天陈海燕李文亚西北工业大学凝固技术国家重点实验室哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室

负热膨胀(Negativethermalexpansion,NTE)材料因其具有热缩冷胀的性质，故在调控材料热膨胀系数(Coefficientof thermalexpansion,CTE)方面表现出独特的优势，在复合材料和钎焊领域展现出巨大的潜力。目前NTE材料已在航天、生物医学以... 详细信息

负热膨胀(Negativethermalexpansion,NTE)材料因其具有热缩冷胀的性质，故在调控材料热膨胀系数(Coefficientof thermalexpansion,CTE)方面表现出独特的优势，在复合材料和钎焊领域展现出巨大的潜力。目前NTE材料已在航天、生物医学以及电子信息等领域得到了广泛的应用。在制备复合材料时，将NTE材料作为增强相与正热膨胀材料结合，可以有效调节复合材料的热膨胀系数，将其控制在极低或接近零的水平。在金属基复合材料的制备过程中通过添加NTE增强相，以降低金属基复合材料的热膨胀系数，有效地减少了因热膨胀引起的内部应力，从而延长材料的使用寿命。在钎焊领域中，由于异种母材进行钎焊时热膨胀系数差异较大，接头中会产生较大的残余应力，从而严重影响钎焊接头的性能。在复合钎料中引入NTE材料降低其热膨胀系数，进而减小母材与钎缝之间的热失配，从而有效地降低了接头处的残余应力，以达到提高接头力学性能的目的。

关键词：负膨胀材料钎焊金属基复合材料残余应力热膨胀系数

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钛/钢异种金属焊接研究进展综述

机械工程学报 2024年

作者：孙清洁陶玉洁刘一搏冯吉才哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室哈尔滨工业大学(威海)特种焊接技术省重点实验室

钛/钢异种金属结构件不仅可以发挥钛合金比强度高、耐蚀性好等优点，还可以兼顾钢材优异的焊接性和性价比，在石油化工、海洋工程及航空航天等领域具有广泛的应用前景。然而，由于Ti、Fe之间的物理及化学性能差异较大，实现钛/钢结构件... 详细信息

钛/钢异种金属结构件不仅可以发挥钛合金比强度高、耐蚀性好等优点，还可以兼顾钢材优异的焊接性和性价比，在石油化工、海洋工程及航空航天等领域具有广泛的应用前景。然而，由于Ti、Fe之间的物理及化学性能差异较大，实现钛/钢结构件的可靠焊接极具挑战。界面脆性化合物的生成以及接头内部较大的残余应力是制约接头性能提高的主要因素。从界面能量调控、中间层冶金调控以及能场辅助热源调控三个角度出发，综述了焊接工艺、中间层种类以及辅助能场在钛/钢异种金属焊接领域的国内外研究进展，总结对比了合金元素、工艺参数等因素对接头宏观成形及界面微观组织形貌的影响，分析了工艺-成形-组织-性能之间的内在关联。在此基础上，对钛/钢异种金属连接进行了总结与展望，拟为未来钛/钢连接的研究方向与技术突破提供参考。

关键词：钛/钢异种金属焊接能量调控中间层调控能场辅助组织性能

基于变速GTAW焊接温度场解析模型的熔深预测研究

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天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2024年第1期57卷 64-72页

作者：武少杰曲皇屹程方杰天津大学材料科学与工程学院天津300350 哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室哈尔滨150001 天津市现代连接技术重点实验室天津300350

焊接热过程解析模型是一种能够直观反映焊接过程中工件内部的热行为、明确焊接工艺参数与熔池形貌间的物理关系、快速计算得到熔深的方法.目前常用的焊接温度场解析模型通常将电弧近似为一个功率恒定的匀速运动热源进行计算,而非参考实... 详细信息

焊接热过程解析模型是一种能够直观反映焊接过程中工件内部的热行为、明确焊接工艺参数与熔池形貌间的物理关系、快速计算得到熔深的方法.目前常用的焊接温度场解析模型通常将电弧近似为一个功率恒定的匀速运动热源进行计算,而非参考实际焊接过程,即通过实时调整焊接热输入(焊接电流或焊接速度)来保证熔透.因此,目前的焊接温度场解析模型并不适用于焊接熔透控制.为了使解析模型能够计算时变速度下的熔深,本文针对钨极氩弧焊(GTAW)工艺建立了适用于计算时变焊接速度的焊接温度场解析模型.首先以匀速移动点热源的温度场解析模型为基础,推导出了时变焊接速度移动点热源在热源作用时间内引起的温度变化公式,通过连续性证明验证了公式的连续可积性并进一步推导出了适用于时变焊接速度运动单椭球热源的焊接温度场解析模型.为了提高计算速度,减少计算量,采用坐标变化方法实现了热源及其附近温度场的快速求解.基于数值积分法得到了解析模型求解方法,实现了熔池温度场的准确计算,并通过提取等温线实现了熔深和熔宽的预测.最后,通过工艺试验验证了解析模型的精度.结果表明:在0~4 s阶段,计算熔深基本与实际测得的熔深相同,误差控制在6%以内;在速度发生改变的4~16 s阶段,由于热源系数不再适用,计算误差增大,但熔深计算误差仍控制在17%以内,熔宽计算误差在12%以内.因此,建立的焊接温度场解析模型基本可以满足时变速度下的熔深预测.

关键词：钨极氩弧焊解析计算焊接温度场熔深预测

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一种轻量级高效X射线焊缝图像缺陷检测方法

焊接学报 2024年第7期45卷 41-49页

作者：王睿高少泽刘卫朋王刚河北工业大学人工智能与数据科学学院天津300131 哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室哈尔滨150001

针对当前深度学习模型在焊缝缺陷检测工作中成本高、速度慢、不易在终端部署应用等问题,提出一种效果良好的轻量级高效模型(lightweight and high-precision optimized detection model,LHODM).首先,搭建新型主干网络并设计超轻量卷积UL... 详细信息

针对当前深度学习模型在焊缝缺陷检测工作中成本高、速度慢、不易在终端部署应用等问题,提出一种效果良好的轻量级高效模型(lightweight and high-precision optimized detection model,LHODM).首先,搭建新型主干网络并设计超轻量卷积ULConv作为网络基础卷积,降低模型深度,用Depthwise操作生成更多有效冗余特征映射,减少参数与运算量.其次,设计高效轻量级专注模块ELCC,在响应模型轻量化前提下,考虑焊缝缺陷分布特性与成像规律,从水平和垂直两个方向捕获孤立区域关系,结合轻量级上采样算子CARAFE,使模型特征重组时具有更大的感受野,更有效地利用环境周围信息,弥补轻量化造成的精度损失.最后,为提高收敛速度和损失函数效率,设计OS-Io U损失函数,考虑期望回归向量之间的夹角,重新定义惩罚项及相关性,强化距离损失和形状损失关注程度.结果表明,LHODM模型检测准确率和检测速度达到91.62%和63.47帧/s,参数量仅为3.99 M,有效解决了焊缝缺陷检测工作中成本高和速度慢的问题.

关键词：缺陷检测焊缝深度学习目标检测轻量化

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外加能场辅助搅拌摩擦焊研究现状

焊接学报 2024年第4期45卷 109-119,I0009,I0010页

作者：孙广达闫中宪周利高福洋吕逸帆哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室哈尔滨150001 哈尔滨工业大学(威海) 山东省特种焊接技术重点实验室威海264209 中国船舶重工集团公司第七二五研究所洛阳471000

搅拌摩擦焊作为先进固相连接技术,广泛应用于航空航天等领域,轻质高强材料及异种材料连接对常规搅拌摩擦焊的发展提出了新的挑战.近年来,外加能场辅助搅拌摩擦焊技术的兴起有效地解决了异种材料连接中塑化程度不匹配和界面金属间化合物... 详细信息

搅拌摩擦焊作为先进固相连接技术,广泛应用于航空航天等领域,轻质高强材料及异种材料连接对常规搅拌摩擦焊的发展提出了新的挑战.近年来,外加能场辅助搅拌摩擦焊技术的兴起有效地解决了异种材料连接中塑化程度不匹配和界面金属间化合物导致接头脆化的问题.同时,这一技术也为解决高熔点材料流变应力大、塑性变形能力差以及焊具磨损严重、焊接效率低等问题提供了新的思路.文中综述了外加能场辅助搅拌摩擦焊的研究现状,包括感应加热、激光加热、电流加热、电弧加热和超声辅助等,从过程产热、材料流动、组织性能调控和耦合作用机制等方面分析了热能和机械能对接头微观组织和性能的影响规律,同时对未来的研究方向进行展望.

关键词：高熔点材料异种材料能场辅助搅拌摩擦焊塑性材料流动