热加工工艺杂志

热加工工艺杂志2023年第5期

• 脉冲磁场制备镁合金的研究进展

  毛训聪, 陈乐平, 彭聪, 周全,

  综述了近年来脉冲磁场应用于镁合金制备的研究现状，总结和分析了脉冲磁场对镁合金凝固过程的作用机制，介绍了脉冲磁场对镁合金凝固组织、力学性能和腐蚀行为的影响，阐述了当前研究存在的问题及解决问题的关键。展望了脉冲磁场制备镁合金的进一步研究和发展方向。

• 基于TIG焊的电弧增材制造工艺研究现状及展望

  郭立祥, 李小平, 陈阳, 黄佳蕾, 陈菊芳, 雷卫宁,

  电弧增材制造(wire arc additive manufacturing,WAAM)是近年来发展较快的一种净成型的金属构件制造工艺,其中基于TIG焊的电弧增材制造由于沉积过程稳定无飞溅,沉积速率快,材料利用率高尧柔性化程度高等特点被应用于航空航天、军工等领域。总结了不同工艺参数对材料组织和力学性能的影响,包括电流、焊速、保护气种类以及送丝角度；介绍了热积累和焊道的偏移量对成形质量的影响,提出相应的解决措施；最后介绍了不同沉积前处理和辅助制造工艺来优化构件性能,并对TIG焊WAAM的发展趋势及研究方向进行了展望。

• 两种热锻模盖面堆焊修复用药芯焊丝的性能对比研究

  杨世明, 秦训鹏, 黄康文,

  对RMD756和HX2048G热锻模修复焊丝的焊接工艺性、堆焊金属成分、组织和力学性能进行了对比研究。结果表明：焊接参数取电压23.2 V、电流260 A、送丝速度5.6m/min时，焊缝成形性较好。两种焊材堆焊金属的合金元素种类复杂，与常用模具钢成分区别大，均呈低C高Cr特点。两种焊丝堆焊金属在室温下的抗拉强度均在1000 MPa以上，550℃时抗拉强度在800 MPa左右。RMD756堆焊金属的冲击韧性为7 J/cm2，呈解理断裂；HX2048G堆焊金属的冲击韧性为19 J/cm2，呈准解理断裂。两种焊材堆焊金属在550℃干摩擦下均以粘着磨损和氧化磨损为主，RMD756堆焊金属摩擦表面Cr、Al的氧化物更多，氧化剥蚀坑更少，磨损量更低。

• 热轧Mg-5Sn-Si-0.9Sb镁合金的组织与性能

  肖思宇, 郭学锋, TahirAziz, 徐志超,

  对Mg-5Sn-Si-0.9Sb镁合金进行了轧制温度370℃、压下量10%的多道次单向轧制，轧制后对合金进行了固溶+时效处理。研究了热轧和热处理后的Mg-5Sn-Si-0.9Sb镁合金的组织与性能。结果表明，轧制合金随道次增加析出第二相增多，尺寸减小，初生Mg2Si相多边形尖角逐渐钝化、破碎为类似于球状的多边形。合金显微组织中发现Mg3Sb2相与Mg2Si相存在依附生长的现象，成分中Sb抑制Mg2Si相生长。经过轧制后形成新的含Sb-Mg2(SixSn1-x)相。经4道次轧制后，发生了完全动态再结晶，晶粒细化为15～20 μm。铸态合金抗拉强度为106.1 MPa，断后伸长率为7.8%。经轧制和T6热处理后，材料性能显著提高，合金抗拉强度提高到213.8 MPa，断后伸长率提高到11.6%。

• 纵向磁场对K-TIG焊接电弧形态及焊缝成形的影响

  陈金荣, 石永华, 占爱文,

  为了提高K-TIG焊接电弧能量密度、改善焊缝质量，研究了纵向磁场对K-TIG焊接电弧形态和焊缝成形的影响。结果表明：在直流纵向磁场作用下，磁场强度越大，焊接电弧被压缩的现象越明显；由于熔池受到定向洛伦兹力的影响，熔融金属会往焊缝一侧偏移，磁场强度越大，该现象越明显。在交流纵向磁场作用下，当磁场频率不变时，磁场强度越大，电弧压缩效果越明显；当磁场强度不变时，磁场频率越大，电弧越稳定，由于熔池变向受到洛伦兹力的影响，熔池被振荡搅拌，从而影响了焊缝成形。无论在直流纵向磁场还是交流纵向磁场作用下，电弧形态呈现更为"瘦小"的钟罩形。随着磁场强度或磁场频率的增大，母材完全熔透所需的焊接电流减小，焊缝宽度也越小。

• 不同焊接方法的BR1500HS高强钢接头淬火前后的组织和力学性能研究

  马荣飞, 朱春东, 周联谱, 石磊, 夏曦,

  分别采用光纤激光填丝焊和混合气体保护焊，使用ER70-G焊丝对3.5 mm厚的BR1500HS高强钢板进行对接焊试验。将试样加热到900℃保温5 min后水淬，对淬火前后的焊接接头进行拉伸测试、硬度测试和焊缝的宏观形貌、微观组织研究。使用场发射扫描电子显微镜对接头的断口形貌进行分析。结果表明：淬火前两种焊接方法的接头强度都超过了母材的，淬火后激光焊接头的强度显著高于气体保护焊的，最高达到1805 MPa。淬火前激光焊焊缝区和热影响区已经生成了大量的马氏体和少量的贝氏体，显微硬度达到了430 HV，气体保护焊的焊缝区和热影响区组织主要由贝氏体和珠光体及部分铁素体组成，显微硬度只有380 HV。淬火后两种焊接方式的焊缝区和热影响区组织都是马氏体和残余奥氏体，但是激光焊接头的马氏体含量更高，其焊缝区显微硬度更高。淬火后气体保护焊接头断口为塑性韧窝断口，激光焊接头断口为准解理断口，气体保护焊接头强度低但塑性更好。

• Al-Nb-B中间合金对Al-12Si-4Cu-2Ni-1Mg合金组织及性能的影响

  毋启龙, 郭永春, 李建平,

  采用原位生成法制备了Al-Nb-B中间合金，主要研究了Al-Nb-B中间合金的组织，以及Al-Nb-B中间合金对Al-12Si-4Cu-2Ni-1Mg合金的组织和室温拉伸性能的影响。结果表明，Al-Nb-B中间合金主要含有NbB2、Al3Nb两种颗粒。Al-Nb-B中间合金可以细化Al-12Si-4Cu-2Ni-1Mg合金中的α-Al晶粒，并减小二次枝晶间距，进而提高合金的室温拉伸性能。当Al-Nb-B中间合金添加量为2.5wt%时，α-Al晶粒平均尺寸为128.4 μm，二次枝晶间距为11.67 μm，相较于基体合金分别减小21.5%和32.3%。随着Al-Nb-B中间合金添加量的增加，Al-Si合金的抗拉强度呈逐渐上升的趋势，当Al-Nb-B中间合金添加量为2.5wt%时，Al-12Si-4Cu-2Ni-1Mg合金的抗拉强度为237 MPa，相较于基体合金增加10.7%。通过断口形貌分析可知，Al-Si合金断裂方式为脆性断裂，断裂机理为解理断裂。

• CoCrNiSix中熵合金电子束焊接接头的组织与性能研究

  李宇鑫, 杜春燕, 张丽, 赵晖,

  采用电子束焊接对CoCrNiSix（x=0，0.1，0.2）中熵合金实施对接焊，对焊接接头进行微观组织观察、X射线衍射分析（XRD）、能谱分析（EDS）、显微硬度测试和拉伸试验等性能测试，对比分析Si含量对CoCrNiSix中熵合金焊接接头组织与性能的影响。研究发现：CoCrNiSix中熵合金焊接接头无明显热影响区，熔合区两侧组织呈现两种不同的组织形貌，与母材相比，焊缝发生明显的晶粒细化。从母材到焊缝各组分元素分布均匀，Si元素主要分布在晶内。焊缝的硬度明显高于母材的，焊接接头拉伸试样断裂位置在母材处，断裂形式为韧性断裂，断口形貌主要为韧窝，且随着Si含量的升高，屈服强度与抗拉强度也增大。

• 等离子增材制造WC-316L梯度复合材料的组织与性能

  侯若松, 王炜康, 王宇航, 赵晨曦, 李敏,

  采用等离子体增材制造技术，以不同比例的WC-316L不锈钢粉末为熔覆材料，在Q235钢基体上逐层制造出WC-316L块体梯度复合材料。块体材料从下到上，WC粉末的比例逐渐从0增加到40%。采用扫描电子显微镜（SEM）、能谱分析仪（EDS）、X射线衍射仪、显微硬度计、摩擦磨损试验机等设备对材料的组织结构和性能进行了研究。结果表明，块体材料由下至上组织结构与性能各不相同，底层组织为γ-Fe基体和网状的α-Fe。随着WC的加入，材料出现Fe3W3C、W2C、WC等物相。WC颗粒部分溶解，游离态的W、C原子可与基体元素反应形成碳化物并消除了网状的α-Fe组织。块体材料的硬度值呈不均匀分布，整体上从下向上呈递增趋势。块体顶部平均硬度可达600 HV，耐磨性良好。

• 变形工艺参数对GH4169合金再结晶的影响

  张鑫, 白亚冠, 聂义宏,

  通过热压缩物理模拟试验，研究了GH4169合金锻造开坯过程中两道次变形量和变形温度等工艺参数及初始晶粒度对再结晶晶粒度的影响规律。结果表明：GH4169合金的临界变形量为21%；采用先大变形量后小变形量的方式，再结晶晶粒更加细小；两道次压缩的第二道次变形温度较低时，容易产生混晶，且无法消除；初始晶粒尺寸越小，得到的完全再结晶晶粒也越小，但随后晶粒长大的驱动力反而更大。

• 缆式焊丝MAG焊接头的组织与性能分析

  杨泽坤, 肖秀程, 杨战利, 张善保,

  在相同热输入、相近焊丝化学成分条件下，对直径2.4 mm的缆式焊丝与直径1.2 mm的实心焊丝进行MAG焊试验，对比分析了缆式焊丝焊接接头的组织形态和晶粒尺寸，并对焊接接头的力学性能进行了分析。结果表明：由于缆式焊丝MAG焊的电弧力和等离子流力较小，焊缝深宽比小于实心焊丝焊缝的。缆式焊丝由于电弧旋转、搅拌熔池的特性，其接头的晶粒细化、组织更均匀，焊缝区、熔合区、热影响区的晶粒尺寸均小于实心焊丝的。缆式焊丝MAG焊接头的拉伸性能、冲击性能、侧面弯曲性能均优于实心焊丝MAG焊接头的。

• Ti和Zr元素对离心铸造25Cr35NiNb钢炉管组织和性能的影响

  孙嘉繁, 刘春娇, 连晓明, 陈涛,

  采用直读光谱仪、场发射扫描电镜、高温持久试验机对离心铸造25Cr35NiNb钢炉管中Ti和Zr含量对其微观组织及力学性能的影响进行了研究。结果表明：Ti和Zr的微量添加改善了钢炉管晶界碳化物析出，显著影响高温持久性能。在Zr含量为0.136wt%的炉管原始铸态奥氏体组织中发现（Nb，Zr）C和ZrC析出物，经过高温持久试验后组织中含铌相主要为NbC，未发生G相转变；Ti和Zr含量分别为0.111wt%和0.10wt%的炉管原始铸态奥氏体组织中含TiC、（Nb，Ti）C和ZrO析出物，经过高温持久试验后，组织中含铌相主要为（Nb，Ti）C，未发生G相转变。25Cr35NiNb炉管材料在高温时，钛和锆碳化物的形成延缓了NbC向G相组织的转变。在试验温度1100℃、应力17 MPa下，Ti+Zr含量为0.06wt%～0.18wt%时，离心铸造25Cr35NiNb炉管具有较长的高温持久断裂时间。

• 终轧温度对建筑用Q460GJC结构钢组织与力学性能的影响

  雷军, 黄春水,

  通过Gleeble-3500试验机模拟了Q460GJC钢的不同温度的终轧轧制，采用OM、SEM、拉伸试验等研究了不同终轧温度对Q460GJC钢组织和性能的影响。结果表明：随着终轧温度的升高，Q460GJC钢的屈服强度逐渐下降，抗拉强度总体变化不大，屈强比不断下降，终轧温度860℃轧制的Q460GJC钢的屈强比最低，为0.72，其屈服强度和抗拉强度分别为477.5 MPa和663.1 MPa。随着终轧温度的升高，Q460GJC钢中M/A岛尺寸和数量逐渐减少，形貌从块状逐渐转变为细小条状，分布也更为均匀。

• 挤压速度对挤压铸造铝合金制动钳工艺的影响及数值模拟

  乔岗平, 游志勇, 段状正, 赵薛生, 刘涛, 郭凌冰, 牛晓峰, 张金山,

  使用有限元分析软件对铸件的挤压铸造充型过程进行数值模拟，分析挤压速度对液体流动状态及充型缺陷的影响。根据铸件结构确定出最优的挤压速度。结果表明，挤压速度对液体流动的影响较明显。挤压速度应采用分段调速，第1阶段，挤压速度为100 mm/s；第2阶段，挤压速度为15 mm/s；第3阶段，挤压速度为45 mm/s。

• Si含量对挤压铸造Al-xSi-4.5Cu-0.5Mg合金组织及性能的影响

  石帅, 闫俊, 范卫忠, 高伟全,

  采用挤压铸造制备出Al-xSi-4.5Cu-0.5Mg (x=6%，9%，12%)合金，研究了硅含量对其显微组织与力学性能的影响。结果表明：随着硅含量的增加，合金伸长率下降较为明显，抗拉强度先升高后降低。当硅含量增加至9wt%时，相对于硅含量为6wt%时合金的屈服强度增加16.7%，进一步增加硅含量，屈服强度基本无变化。随着硅含量的增加，α-Al由柱状晶转变为等轴晶再转变为柱状晶，二次枝晶间距减小，沿晶界分布的亮白色第二相（Al2Cu/AlSiCuMg）先增加后减少。断口形貌中韧窝的数量及深度减小，断裂方式由韧性断裂转变为脆性断裂。

• 基于BP神经网络的连铸结晶器液位模糊PID优化控制研究

  蒋帆, 张宪,

  针对塞棒和拉坯速度等因素对连铸结晶器液位在线控制的影响，提出了一种融合BP神经网络和模糊PID的优化算法。根据连铸结晶器液位控制模型，利用BP神经网络将金属液流入量影响因素量化为塞棒位置，再利用模糊PID关联结晶器内液位与塞棒位置修正量、拉坯速度，在线整定PID参数以实现结晶器内液位的优化控制。仿真结果表明，BP神经网络和模糊PID能避免连铸结晶器液位控制产生的超调，在较短时间内使液位趋于稳态，减小液位的控制偏差，降低塞棒和拉坯速度等不确定扰动对铸坯质量的影响。

• 基于ProCAST的铝合金罩盖重力铸造成型的模拟优化

  张帆, 张进,

  铝合金罩盖外形复杂，综合性能和质量要求高。基于ProCAST软件对铝合金罩盖重力铸造成型进行仿真分析，对铝合金罩盖结构和重力铸造成型参数进行优化，并对优化前后铸件进行对比。结果表明：铝合金罩盖铸件体收缩率较大，需要设计冒口补缩且铸件需要进行热处理；铝合金罩盖重力铸造成型的加强筋连接汇合处的缩孔和缩松较多、凝固特性较差；优化的铝合金罩盖结构和重力铸造成型参数可以改善铸件的壁厚及缩孔缩松。

• 连铸工艺参数对中碳高锰钢带状组织的影响研究

  李辉成, 徐必靖, 任振海, 陈占领, 朱富强, 邹晋,

  通过设计不同过热度和不同拉速的中碳高锰钢连铸工艺参数，对比分析了不同连铸工艺参数下生产的连铸坯轧材的带状组织，研究连铸工艺参数（过热度和拉速）对轧材带状组织的影响规律。结果表明：降低过热度或者降低连铸拉速可以改善连铸坯宏观偏析，减小连铸坯凝固组织中二次枝晶臂间距，轧制后可减小带状组织中铁素体条带宽度。

• 汽车壳体铸件的铸造缺陷及成因分析

  师亚洲, 逯广平, 雷超, 尹管彬, 杨刚,

  汽车壳体铸件在铸造过程中出现缺陷，导致废品率较高。对铸件缺陷取样并采用扫描电镜进行了形貌观察及能谱分析。结果发现，铸件中的缺陷主要是砂眼、氧化夹渣以及砂眼+氧化夹渣的复合缺陷，其缺陷的产生与浇注系统的设置、型腔内游离砂清除不干净、砂型强度较低、钢液中的炉渣去除不彻底有关。在采取优化浇注系统、彻底清除型腔内的游离砂粒、提高砂型强度、浇注系统中设置陶瓷过滤片等相关措施后，此类铸造缺陷发生率被控制在3%以下。

• 球头销辊式楔横轧球头成形规律研究

  闫华军, 张超, 张双杰, 张军改, 戎江, 张招, 石小猛,

  为了研究球头销辊式楔横轧球头的成形规律，利用Deform-3D有限元模拟和点追踪分析得到了球头金属流动和分配规律以及应力、应变曲线。结果表明，通过金属体积分配确定了球头在原始坯料的成形位置，得到了球头金属流动轨迹，其呈周期螺旋线式运动。球头轴向等效应力值先增大后减小最后趋于稳定。当金属在靠近球头成形时，应力值仍然会增加，而到最大值的时间也会延长。球头轴向等效应变值逐渐增大，直到轧制完成，等效应变值达到最大；靠近料头的金属应变速率激增，应变值增大。

• 6061铝合金热旋压变形不均匀性的数值模拟和实验研究

  刘光军, 丁桦, 姜壹夫, 李光宇,

  采用ABAQUS软件对6061铝合金无芯模的热旋压过程进行数值模拟分析，系统分析了管坯厚度方向的不均匀变形；采用电子背散射衍射(EBSD)技术分析了旋压之后合金的位错密度、微观组织和晶粒尺寸，并与数值模拟的结果进行对比。结果表明：6061铝合金无芯模的热旋压加工过程中管坯外层比中间和内层有更大的变形和更高的温度，压应力从管坯外表面沿着厚度方向逐渐降低，导致管坯外层材料比中间和内层具有更高的位错密度和更强的动态再结晶驱动力，进而提高管坯外层晶粒的再结晶分数，细化外层晶粒。实验结果与模拟结果吻合度较好，验证了有限元模型的可靠性。

• TC4钛合金管振动辅助成形规律的仿真分析

  杨李杰, 陈兴, 孙宝寿,

  采用冷镦研究了Ti-6Al-4V（TC4）钛合金管成形，采用Simufact有限元软件进行振动辅助预成形、正挤压、镦头、反挤压等成形工艺的仿真，研究钛合金材料在振动冷镦过程中的成形特性。通过正交试验法分析了振幅、振动频率和凸模进给速度对坯料成形规律的影响。结果表明：当凸模进给速度大于临界速度时，模具与材料保持接触不分离，成形力波动不明显；当凸模进给速度小于临界速度并施加振动时，模具和材料会随振动发生暂时分离现象，导致总的平均成形力减少，流动应力降低，且在每个道次的影响程度大小均为：振幅>凸模进给速度>频率。

• 冷轧变形量对00Cr17Ni13Mo2N不锈钢组织和硬度的影响

  刘波, 赵会娟, 靳峰峰,

  对固溶态00Cr17Ni13Mo2N不锈钢进行了不同变形量的冷轧试验，采用OM、XRD、硬度测试等研究了不同冷轧变形量对不锈钢组织与硬度的影响。结果表明：固溶态00Cr17Ni13Mo2N钢组织为单一奥氏体组织。经不同变形量冷轧后钢发生了形变诱导马氏体相变，随着冷轧变形量的增加，钢中α'-马氏体体积分数逐渐增加，钢的硬度逐渐提高。轧制变形量80%的钢中α'-马氏体体积分数达到了70.6%，硬度达到421 HV，比固溶态试验钢硬度提高了152.1%。

• 基于Deform的铝合金汽车转向节锻造成形分析

  陆建明, 刘杰, 潘晓涛,

  分析了某型铝合金汽车转向节辊锻+终模锻成形工艺。基于专业成形软件Deform对汽车转向节辊锻+终模锻成形进行数值仿真。结果表明：铝合金汽车转向节外形复杂需要多次辊锻制坯成形；铝合金汽车转向节辊锻+终模锻成形件最大等效应力主要出现在成形件上下模具分模面接触部位；随着摩擦系数增加，最大等效应力呈现逐渐减小的趋势，而辊锻最大成形载荷呈现逐渐增加的趋势。

• 基于响应面法的等离子气刨切管工艺优化及试验

  韩梦泽, 郭京波, 刘文栋, 徐辉, 刘宇豪,

  基于等离子切割质量评价标准的切口宽度，引入切割深度，提出了切口深宽比作为等离子气刨的质量评价参数。以喷嘴孔径、割炬夹角、电流强度以及气刨速度为设计变量，深宽比为目标响应值，利用响应面法进行了Q345B钢板的切割试验，建立了切割工艺参数对切口深宽比的数学优化模型，分析了气刨参数对切口深宽比的影响，得到了优化的切割参数，并进行了管材的等离子气刨试验验证。结果表明：切割20 mm厚Q345B钢板时，将等离子气刨的工艺参数调整为喷嘴孔径4.0 mm，割炬夹角44.0°，电流强度190 A，气刨速度735 mm/min，切口深宽比为84.80%，切割效率和切割质量最佳。等离子气刨切管相比碳弧气刨切管表面无需二次加工，切割效率提高了64.24%，为地下通道新管幕法的快速高效切管作业提供了一种新的技术途径。

• 组分液化对2A12铝合金回填式搅拌摩擦点焊接头力学性能的影响

  赵宇佳, 赵运强, 董春林, 邓军,

  采用回填式搅拌摩擦点焊焊接方法对2 mm厚2A12铝合金进行焊接，并基于三维热流耦合有限元方法对焊接温度场和热循环进行数值模拟。结果表明，随着焊接转速增大，焊接峰值温度与高温停留时间增加，当焊接转速高于2000 r/min时，接头搅拌区发生组分液化现象，形成Cu、Mg元素富集的共晶组织，在接头横截面表现为"U"形线特征。当焊接转速为2000、2500 r/min时，在拉伸载荷作用下，裂纹优先在组分液化区域发生萌生并扩展，焊接接头的拉剪载荷分别为7.6、7.8 kN。当焊接转速为1500 r/min时，组分液化现象得到抑制，接头拉剪载荷提高至8.0 kN。

• 316L不锈钢超薄板激光焊接头微观组织及力学性能研究

  范霁康, 张建, 徐鸿林, 杨东青, 宋友民, 王克鸿,

  为了探索316L不锈钢超薄板在换热器、金属极板等领域的应用，采用脉冲激光器对0.15 mm厚316L不锈钢板进行激光焊接工艺实验，并对焊接接头的微观组织和力学性能进行了分析。结果表明：当激光功率为90W、焊接速度为25 mm/s、脉冲频率为90 Hz、激光焦距为-1.5 mm时，能够得到单面焊双面成型、表面光滑无缺陷的焊接接头。焊缝区由细小的等轴晶组成，硬度高于母材区的，焊接接头的抗拉强度约为539.5 MPa，达到母材的86.8%，断后伸长率约为30.5%，达到母材的75.7%。

• 1561铝合金MIG焊接头的低周疲劳性能研究

  闫文青, 刘东, 鄢文泽, 王强, 巫正俞,

  采用金属极惰性气体保护焊（MIG）制备了1561铝合金对接接头。在室温下，应变比为0.1和循环频率为3 Hz时进行了焊接接头的低周疲劳试验。讨论了应变幅对疲劳寿命的影响，分析了疲劳断口的特征。结果表明，该焊接接头的低周疲劳寿命随着应变幅的增加而降低。疲劳断口分为3个区域，即裂纹源区、裂纹稳定扩展区和瞬断区。疲劳寿命主要取决于裂纹稳定扩展区的大小，近表面气孔和脆性金属间化合物相是主要的裂纹形核源，因此控制焊接接头中气孔和脆性金属间化合物的形成是提高疲劳寿命的关键。

• 集箱-管座马鞍形焊缝的多层多道焊数值模拟研究

  买春亮, 胡雪, 郑雄飞, 张立新,

  利用有限元分析软件Simufact.welding，采用双椭球分布热源，对骑座式连接的集箱-管座的马鞍形焊缝的三层三道焊过程进行数值模拟，分析焊接过程中的温度场、应力场及焊后变形规律。结果表明，第二层（填充层）和第三层（盖面层）的峰值温度高于第一层（打底层）的，应力最大的位置出现在管座集箱的马鞍形焊缝处。焊后集箱靠近焊缝处的变形量最大，管座整体在焊接冷却后出现下凹现象。

• TIG电弧辅助激光焊TA2直缝薄壁焊管的组织性能研究

  王博士, 孔谅, 李芳, 王敏, 张跃龙,

  为解决纯钛TA2直缝管在钨极氩弧焊(TIG)高速焊接时出现的咬边、驼峰成形缺陷等问题，提出了TIG在前的电弧辅助激光焊工艺。针对φ19 mm伊0.7 mm的TA2直缝焊管，对单TIG自熔焊和TIG电弧辅助激光焊采用不同的热源模式，采用Abaqus软件建立焊接有限元模型，对比分析了这两种焊接过程中的温度循环曲线和焊后残余应力，并对得试验到的TA2薄壁焊管进行了显微组织分析及性能测试。结果表明院模拟所得的两种接头的焊缝轮廓尺寸与实际接头轮廓相近，TIG电弧辅助激光焊接时焊缝中心温度、焊后Von Mises应力低于TIG焊接的。与TIG焊相比，TIG电弧辅助激光焊的焊缝中心及热影响区的显微组织更小，抗拉强度、伸长率基本持平，屈服强度更高。在获得良好焊缝成形的条件下，采用TIG电弧在前的电弧辅助激光焊方法可以获得较高的焊缝质量。

• QT400球墨铸铁摩擦塞焊接头的微观组织和力学性能研究

  李晓华, 齐影, 郑瑞娟, 武媛, 祝弘滨, 崔雷,

  对轨道交通QT400球墨铸铁电机机座损伤螺纹孔的摩擦塞焊修复工艺及接头性能进行了研究。设计了塞孔、塞棒尺寸，采用摩擦塞焊工艺制备了焊接接头，分析了修复接头的微观组织、硬度分布，并在接头上加工出新螺纹孔，对螺纹孔的静载拉伸性能进行了测试。结果显示，修复区与铸铁基体部分形成了有效的冶金连接，塞孔顶部、侧壁以及底部的界面结合良好，没有缺陷。接头中心区域的球形石墨数量和尺寸与母材的相比有很大程度的降低，碳元素的扩散促进了珠光体的形成，从而导致其硬度、强度升高。塞补焊接头螺纹孔的静载拉伸载荷比母材螺纹孔的提高了71%。

• 304不锈钢薄板激光焊接工艺研究

  卢兵兵,

  采用光纤激光器对1 mm厚的304不锈钢薄板进行焊接，分析了不同的激光焊接工艺参数对焊缝成形的影响规律，并利用光学显微镜、电子背散射衍射仪及万能材料试验机等设备对焊缝的显微组织、生长取向、力学性能进行分析和评定。结果表明，焊接速度、激光功率、光束离焦量均对1 mm厚304不锈钢薄板的焊缝成形产生明显影响，采用高的焊接速度、较大的光束离焦量和适中的激光功率有利于得到较好的焊缝成形，最终优化的激光功率为100 W，焊接速度为6 m/min，光束离焦量为±10 mm。焊缝沿着<100>方向呈现柱状生长，主要由奥氏体γ和未完全转化的δ铁素体组成。离焦量为10、-10 mm时，接头具有较高的抗拉强度和伸长率，断裂位置在母材。

• T型焊接接头的浅表层缺陷研究

  邱培现, 刘英宗, 陈北平, 段卫军, 汪倩, 李远星,

  通过对某T型焊接接头的浅表层缺陷调研，分析了该接头在各工艺阶段（焊接态、退火态、打磨态和喷丸态）的表面状态。结果表明：该缺陷为打磨和喷丸过程中形成的毛刺和闭合的氧化膜夹杂，工艺不合理是缺陷形成的主要原因。手动打磨平直表面时，氧化膜和夹杂可以被完全去除，然而在打磨T型接头焊缝表面时，因为空间位置狭小，局部位置氧化皮无法被清理干净，部分在喷丸时被打入到基体中形成闭合的氧化膜夹杂，部分以毛刺的形式残留在表面。根据分析结果，提出了采用交叉打磨的方式，并在打磨后采用长时间喷丸来改善浅表层缺陷。

• 某牵引电机吊挂焊缝失效分析

  齐影, 谢贵生, 武媛, 李晓华,

  在某牵引电机检修过程中发现吊挂焊缝存在裂纹。采用外观与宏观形貌检测、扫描电镜观察，结构强度仿真分析、应力测试等技术手段对失效焊缝进行全面分析与表征，结合焊接工艺及使用环境，阐明裂纹产生的原因。结果表明：该裂纹有一定的疲劳扩展特征，属于疲劳失效。裂纹起源于电机结构应力最大位置处，手工焊接焊缝过渡不圆滑，加剧该部位的应力集中。裂纹是应力集中和运行载荷共同作用的结果。采用机器人焊接时，焊缝接头圆滑过渡，改善了应力分布和水平，有利于提高焊缝的疲劳性能。

• 某超临界锅炉螺旋管圈水冷壁开裂原因分析

  蒋涛,

  某超临界锅炉在检查中发现螺旋管圈水冷壁发生开裂泄漏，通过现场检查、宏观分析、微观分析、化学成分分析、金相组织以及硬度分析等方法，综合判断水冷壁开裂的原因。结果表明：开裂位置焊缝组织中粒状贝氏体具有粗大原奥氏体晶界，针状铁素体细小，焊缝主裂纹沿原奥氏体晶界扩展，呈沿晶开裂特征；不合理的构件布置及较差的焊接质量是焊缝开裂的根本原因，气孔和夹渣等焊接缺陷为裂纹源，在拘束应力、自身重力、焊接应力、锅炉膨胀应力和张力板传递载荷的多重作用下，致使裂纹扩展。为防止发生类似事故，提出了相应的预防措施。