热加工工艺杂志

热加工工艺杂志2025年第1期

• 激光-MIG复合焊先进技术研究现状

  张国滨, 彭锐茜,

  激光-MIG复合焊接有效地改善了单激光焊接与传统MIG焊接工艺，在一定程度上减少了焊接缺陷、提高了焊接效率、增大了焊接熔深，有效地改善了焊缝的综合力学性能，目前已经被用于航空航天、船舶制造等工业领域。本文对国内外激光-MIG复合焊接先进技术如窄间隙激光-MIG复合焊接、摆动激光-MIG复合焊接、激光-MIG双丝复合焊接以及能场辅助式激光-MIG复合焊接的研究现状进行综述，可为国内外学者进一步研究高质量、高效率的激光-MIG复合焊接工艺提供借鉴。

• 高氮钢焊接技术的研究进展

  施进发, 武胜金, 王星星, 李帅,

  高氮钢具有高强度、耐腐蚀、良好的低温塑韧性以及无磁性等优异性能。本文首先综述了高氮钢焊接方法的研究进展，其次介绍了高氮钢在医疗器械、石油钻探、特种车辆和装甲装备等领域的实际应用，最后指出了高氮钢焊接技术研究存在的不足，并展望了高氮钢焊接技术未来发展的方向。

• 电磁搅拌下连铸凝固与宏观偏析的研究进展

  安号, 任兵芝, 张益齐, 韩志伟,

  阐述了电磁搅拌作用下连铸凝固与宏观偏析行为的数值模拟研究进展，总结了电磁搅拌器的布置对连铸坯凝固过程钢液的流动行为、传热传质行为等的影响。结合国内外冶金学者对连铸的研究方法和方向，浅谈了电磁搅拌作用下连铸的凝固行为和宏观偏析行为，以期为工艺参数的设计提供理论指导。

• 增材制造钛合金的组织及性能研究进展

  郭克星, 闫光龙, 张生武, 牛爱军,

  钛合金作为轻质结构材料，具有比强度高、耐高温、耐腐蚀、抗氧化、生物相容性好等特点，被广泛应用于航空航天、武器装备及生物医用材料等领域。从力学性能、疲劳性能、高温氧化性能、摩擦磨损性能和生物相容性角度综述了增材制造钛合金组织及性能的研究进展。分析了合金化、热处理以及激光冲击强化对增材制造钛合金组织及性能的影响，并展望了下一步钛合金增材制造的研究方向，以期为今后的研究提供参考。

• 高矫顽力烧结钕铁硼永磁材料的进展及展望

  闫一诺, 严红燕, 井振威, 李慧, 梁精龙,

  作为第三代稀土永磁材料，烧结钕铁硼（Nd-Fe-B）具有超高的磁性能，但由于居里温度低和较差的热稳定性，严重限制其在高温行业的应用。随着新能源汽车与风力发电等领域的飞快发展，对高矫顽力烧结钕铁硼永磁材料的需求显著增加。为克服热退磁效应，进一步扩大烧结钕铁硼磁体在高温下的应用，开发新技术来提高磁体矫顽力成为当前的研究热点。本文综述了晶粒细化、晶界掺杂和晶界扩散技术的研究进展，并对高矫顽力烧结钕铁硼永磁材料的发展趋势进行了展望。

• CO2气体保护焊研究现状

  马汉勇, 邹文凤, 靖微,

  CO2气体保护焊是发展较早的一种电弧焊接技术，因低成本、高效率、易操作等特点而被广泛应用，但在焊接过程中也存在着缺点，如飞溅大、成形差等，限制了其进一步推广和应用。随着CO2焊技术的发展，国内外学者针对CO2焊接存在的问题提供了一系列的解决方案。文中从焊接电源控制技术、改变保护气配比、焊丝成分优化及磁场辅助焊接四个方面对国内外的研究进展进行了综述。

• 基于机器人焊接的阀门环焊缝工艺参数优化及力学性能研究

  林海涛, 余圣甫, 王洪运, 王雄文,

  针对大型阀门环形焊缝机器人焊接，研究了工艺参数对单道焊缝成形质量的影响规律，建立了焊缝平直度与焊接电流、焊枪角度、焊接速度的工艺模型，基于该模型进行最优工艺预测。将最优参数组合用于大型阀门环形焊缝的多层多道焊接。结果表明：各工艺参数对焊缝平直度的影响程度大小为：焊枪角度>焊接电流≈焊接速度。优化出焊缝成形质量最佳的工艺参数为：焊接电流144 A、焊接速度1.6 mm/s、焊枪角度88°。采用该工艺参数实现了大型蝶阀环形焊缝的焊接，焊接接头表面平整，无裂纹、未熔合缺陷。焊缝组织为珠光体和铁素体，晶粒细小均匀，其抗拉强度为536 MPa、屈服强度为468 MPa、伸长率为14%、0℃冲击吸收功为36 J，能满足使用需求。

• 叠层不锈钢/铜箔超声波焊接接头的组织和性能

  王艳, 张婷婷, 许振波, 马征征,

  不锈钢（SS）箔/铜箔复合材料具有良好的力学性能、耐腐蚀性和导电性，然而由于两者硬度差异较大，难以直接进行复合连接。以铝箔为中间层对叠层不锈钢箔/铜箔进行了超声波焊接，研究了焊接能耗对焊接接头界面微观形貌和力学性能的影响。结果表明，叠层复合箔材接头无裂纹，SS/Al和Al/Cu界面生成了一定厚度的原子扩散层，表明实现了一定的扩散冶金结合。铝箔的软化和塑性流动促进了不同金属之间的协调塑性形变，界面实现机械啮合。剥离强度试验结果表明：叠层复合箔材不同界面层粘接强度不同，界面的最高剥离力达到145 N，此时焊接能耗为1000 J。接头界面纳米压痕试验结果显示，界面靠近焊头一侧相较于远离焊头一侧硬度值更高，表明界面不同层箔材发生塑性变形的程度不同。

• 焊接电流对H1000/GMW2异种钢电阻点焊接头组织与力学性能的影响

  王杰, 冯巧波, 王春亮, 聂宇, 雷海洋,

  对厚度均为1.2 mm的H1000不锈钢和GMW2低碳钢进行电阻点焊试验研究，分析了焊接电流对接头组织、力学性能以及拉剪断裂模式的影响规律。结果表明：随着焊接电流增大，接头拉剪力先增大再逐渐减小，当焊接电流为8.5 kA时，接头拉剪力达到最大，约为6800 N。当电流达到9.0 kA及以上时，接头内部产生缩孔和裂纹等缺陷，严重影响接头质量。接头存在明显的熔核偏移现象，熔核大部分位于H1000钢侧，组织为奥氏体和少量的马氏体，熔核区硬度介于两种母材之间，约为300 HV。接头的断裂方式随着熔核直径增大而改变，当焊接电流在6.5 kA及以下时，接头拉剪断裂模式为界面断裂，而当电流在7.0 kA及以上时，接头发生纽扣断裂。

• 1Cr18Ni9Ti不锈钢摆动激光焊接接头成形性能研究

  李双吉, 毛冬远, 何增水, 卢冰, 刘军, 王毅龙, 刘宏,

  采用不同摆动频率和摆动幅度开展1Cr18Ni9Ti不锈钢的摆动激光焊接试验，研究了不同摆动激光工艺参数对焊缝气孔率和宏观形貌，接头微观组织和力学性能的影响规律。结果表明：与摆动频率相比，增加摆动幅度可有效降低焊缝气孔率，在100 Hz频率、1.5 mm幅度时，气孔率降至0.19%。随着摆动频率的增加，钉头宽度先下降后变化不大，随着摆动幅度的增加，钉杆宽度逐渐增加而熔深减小。不同摆动频率和幅度下焊缝微观组织差别不大，主要由骨架状和板条状铁素体以及奥氏体组成。上部焊缝边缘比焊缝中心有更多的板条状铁素体，而下部焊缝过渡区比上部焊缝边缘有更为细小的组织形态。焊缝与母材的整体硬度差异不大，且不同摆动参数下焊缝平均硬度也未发现明显变化。接头拉伸主要断裂在母材位置，其断口的宏观颈缩现象和微观韧窝特征均表明拉伸过程中主要发生了塑性断裂。

• H型钢感应加热过程的数值模拟分析

  刘春东, 张治海, 肖瑶, 赵玉倩, 陈凡海,

  利用感应焊接技术焊接H型钢时，产生的感生电流聚集到由H型钢翼板和腹板形成的焊接V形角区域并加热翼板和腹板边缘，在挤压辊的配合下完成焊接。其中，V形角受热的均匀性将直接影响焊接质量。因此，获得精准的H型钢感应加热三维焊接热源形貌和演变规律是提升H钢焊接质量的前提。本文采用动态指针赋值的方法完成了H型钢动态感应加热模拟，分析了H型钢动态感应加热时焊接区域电磁场和温度场的规律。结果表明，动态感应加热时，H型钢焊接V点处腹板的焊接温度（1150～1450℃）长度大于翼板的焊接温度长度；H型钢翼板处的磁感应强度、涡流大小均大于腹板处，且腹板各节点受到的尖角效应较小；加热焊接速度越快，V形角处的温度会越低，但温度均匀性增加。最后进行实验验证，通过选取关键点的实验数据与模拟数据进行对比，验证了H型钢感应焊接技术的可行性。

• 旁路耦合电弧TIG焊原理及工艺研究

  高东, 李永利, 邓颖, 周好斌,

  对单电源双电极旁路耦合电弧焊接方法进行了研究，主路电极是钨极，旁路电极是焊丝。首先剖析了旁路电弧产生及分流机理，利用搭建的焊接试验装置对双电极组合几何参数进行研究，再采用H08Mn2Si焊丝在Q235钢板表面进行平板堆焊试验，对旁路送丝速度与旁路电流、焊接过程稳定性、基体金属热输入的影响关系进行了研究，得到了不同总电流下稳定焊接过程的旁路送丝速度区间；最后对焊缝宏观形貌、微观形貌特征进行了分析。结果表明：当总电流一定时，随着旁路电流逐渐增大，基体金属热输入逐渐降低，焊缝宽度明显减小，焊缝高度增大，焊缝截面宽高比减小；旁路电流的增大使得焊缝过热区宽度、熔深及晶粒直径显著减小。

• 大尺寸、薄壁TA15钛合金卷筒焊接工艺及精度控制方法研究

  田永武, 郑申清, 李渤渤, 王非, 李伟东, 马明亮,

  针对尺寸大、精度要求极高的钛合金薄板焊接变形难以控制的问题，通过对厚度为1.8 mm的TA15钛合金薄板焊接工艺的研究，获得了TA15钛合金焊接工艺参数及焊缝收缩量。采用得到的焊接工艺参数进行了直径ϕ320 mm、1.8 mm厚的TA15钛合金卷筒的焊接，采用设计的新型控变形工装和退火工艺进行了变形量控制。结果表明，采用合适的脉冲TIG焊工艺参数进行焊接，然后在防变形工装控制下进行合适的退火处理，能够使得ϕ320 mm的TA15钛合金卷筒直径公差控制在±0.3 mm内。

• 激光功率对铝硅镀层热成形钢激光填丝焊接接头组织和性能的影响

  邢德远, 曹洋, 彭云, 马成勇, 赵琳, 夏明生, 田志凌,

  采用光纤激光填丝焊接工艺对铝硅镀层热成形钢进行了焊接，研究了激光功率对焊接接头宏观形貌和组织性能的影响。结果表明：在铝硅镀层热成形钢激光填丝焊接过程中，焊丝以液桥过渡的形式稳定熔入熔池，焊缝成形良好。热处理后，焊缝组织主要为马氏体和δ-铁素体。随着激光功率增大，焊缝Al含量先增大后减小，致使焊缝中δ-铁素体比例先增大后减小，焊接接头抗拉强度先减小后增大。当激光功率为3.5 kW时，焊接接头抗拉强度达到1490 MPa，接头强度系数约为97.6%。

• 盐雾对Q235钢在大气环境下早期腐蚀的加速效应

  王欣, 秦术杰, 李思凡,

  开展Q235钢在大气环境下为期180 d的自然暴露试验和喷洒5%浓度盐雾的加速暴露试验，通过对比分析腐蚀后的宏/微形貌变化、质量损失和各力学性能指标随锈蚀率的退化规律，研究盐雾对Q235钢在大气环境下早期腐蚀行为的影响。结果表明，盐雾作用加速了钢材的锈层脱落、裂缝扩展的腐蚀进程；十数倍地提高了腐蚀深度和腐蚀速率，但加速效应随暴露时间不断减小；加剧了力学性能退化的时变效应，但降低了锈蚀率对各力学性能指标的削弱效应，其中对弹性模量的影响差异最大。

• 定向凝固制备工艺对CoCrFeNiMnx高熵合金组织结构和压缩性能的影响

  刘旭亮, 余竹焕, 王晓慧, 杜伟, 杨雄,

  采用真空电弧熔炼法和定向凝固法制备CoCrFeNiMnx（x=0.25，0.75）高熵合金，研究了定向凝固法对其微观组织演化和压缩性能的影响。利用金相显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）观察合金的微观组织，采用X射线衍射仪（XRD）、能谱仪（EDS）对合金的相组织和成分进行分析，采用万能试验机测试合金的压缩性能。结果表明，相比于电弧熔炼法制备的合金，该系合金经定向凝固后，其微观结构由单一的FCC1结构转变为FCC1+FCC2混合结构；且合金晶粒择优生长，晶粒尺寸增大，微观组织形貌由树枝晶转变为等轴枝晶。定向凝固后，CoCrFeNiMn0.25合金的抗压强度由1905 MPa减小至1810 MPa，表现出较好的压缩延展性。

• 保护气成分对CMT熔覆9Cr-1Mo涂层成形及稀释率的影响

  朱龙龙, 胡磊, 刘辉,

  保护气在焊接中担任重要角色，其成分对熔滴过渡与熔池金属的流动有重要影响。采用冷金属过渡技术在Q235A钢表面制备了一层9Cr-1Mo涂层，研究了纯Ar、95% Ar+5% O2和80% Ar+20% CO2三种保护气氛对涂层成形、稀释率及组织性能的影响。结果表明，95% Ar+5% O2条件下涂层成形性最好，纯Ar条件下在焊趾处有明显的咬边，而在80% Ar+20% CO2保护气氛下出现了明显的飞溅。95% Ar+5% O2保护气氛下得到的涂层平均稀释率为25.08%，涂层与基体冶金结合良好，同时避免了因稀释过高而导致的涂层性能下降问题。这三种保护气条件下涂层的组织均为板条马氏体，热影响区组织由淬火马氏体、珠光体与铁素体组成，但95% Ar+5% O2保护气氛下马氏体含量明显低于另外两种保护气氛，并且晶粒更为细小。

• 铜-钢层合板球冠面激光弯曲机理及成形试验

  马国锐, 王续跃,

  铜-钢层合板性能优异，激光扫描弯曲可对其进行多种形状的柔性成形，研究不同激光加工机理对其曲面成形的影响规律具有重要意义。针对激光功率与离焦量两个对增厚机理影响较大的因素做了单因素试验，分析其对板件弯曲角度与增厚量的影响，得到最适合增厚机理加工的激光参数组合，并以此为基础进行了层合板球冠面成形的单机理与双机理试验。球冠面成形试验证明采用温度梯度机理与增厚机理结合的扫描方式比采用单一温度梯度机理加工的扫描方式所成形球冠面成形幅度更大，且成形样貌更规整。研究结果为深入研究层合板三维曲面成形方案以及三维变形规律提供了试验依据。

• 二次热循环对深海管线钢粗晶区组织与韧性的影响

  刘治文, 韩鹏彪, 张亮, 杨浩, 贾书君, 李拔, 李子健, 王蕾,

  采用热模拟机模拟深海管线钢的粗晶区，并通过光学显微镜、扫描电镜、电子背散射衍射和夏比冲击试验表征了其组织和韧性，研究了二次热循环中不同峰值温度对深海管线钢粗晶区组织和韧性的影响。结果表明：当二次热循环峰值温度为800℃时，管线钢粗晶区的组织主要为粒状贝氏体，块状M-A组元在原奥氏体晶界呈现断续的链状结构，大角度晶界比例较低，冲击吸收功为37.8 J，表现出明显的脆化现象。当峰值温度为900℃时，组织主要为多边形铁素体和准多边形铁素体，大角度晶界比例较高，韧性最优。

• 激光-等离子弧复合沉积316L不锈钢的组织及性能

  赵宇辉, 贺晨, 赵吉宾, 张宏伟,

  为了验证激光-等离子弧/复合沉积成形工艺的可行性，首先采用等离子弧增材制造后，在其基础上采用激光沉积工艺复合成形了316L块体试样。采用光学显微镜、扫描电镜、显微硬度仪、拉伸试验机等设备，研究了不同沉积层位置的宏观形貌、微观组织特征、力学性能、断口形貌等。结果表明：等离子弧沉积成形试验的沉积层厚度是激光沉积层的3倍以上。等离子弧沉积层内组织显著粗化，二次枝晶发达，而激光沉积层的硬度高于等离子弧沉积层；两种工艺沉积层形成了良好的冶金结合，界面热影响区厚度小于100 μm。虽然，激光-等离子弧复合工艺可以实现316L复合沉积成形，与等离子弧沉积工艺相比，沉积效率有一定优势，但是，复合工艺成形试样的强度和伸长率等性能参数低于等离子弧沉积成形试样。

• SnBi36Ag0.5Sbx无铅焊料界面结构研究

  朱文嘉, 赵玲彦, 把明芳, 段泽平, 张欣, 吕金梅, 张振华,

  Bi元素偏析带来的可靠性问题限制了Sn-Bi-Ag合金焊料在电子封装中的运用。微合金化是改善可靠性的有效方法，研究微量元素的添加对Sn-Bi-Ag合金焊料界面层结构和形貌的影响具有重要意义。采用加速老化的方法，研究SnBi36Ag0.5Sbx（x=0.3，0.7，1.0，1.5，2.0）焊料合金在等温时效、高低温冲击、高低温循环下的界面层结构和形貌。研究表明：随着等温时效时间的延长界面层厚度逐渐增加，在2000 h达到峰值。界面层分为与富Bi相交区域和未相交区域。相交区域的界面层更厚，存在“富Bi层”。由于相交区域相组成复杂，裂纹大多在该区域生成。Sb元素能够抑制界面层裂纹的产生。高低温循环的结果显示，界面层厚度随着Sb元素的升高而升高。

• 激光熔化沉积AlNb0.5CoCrNi2高熵合金的微观组织及高温力学性能研究

  张皓宇, 张耀莉, 李金国, 邱克强, 梁静静, 李庆丰,

  利用激光熔化沉积技术制备了一种新型AlNb0.5CoCrNi2高熵合金，并研究了合金的微观组织结构与高温力学性能。通过X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）对合金进行微观组织观察，并对样品进行了760-1000℃下的高温拉伸性能测试。结果表明：该合金显微组织由FCC相、B2相和Laves相组成，其中FCC相中存在纳米L12相，B2相中存在纳米A2相和纳米Laves相。在高温拉伸过程中，随着温度升高合金强度降低，塑性提升，其中合金在760～800℃之间发生了脆-韧转变。合金在800℃时表现出最佳的强韧性匹配，在该温度下合金的变形机制主要由FCC基体中的位错主导。

• GH4730合金热变形后不同位置的显微组织演化

  王成宇, 曲敬龙, 安腾, 谷雨, 杜金辉,

  经过对GH4730合金多向热变形后不同位置的组织进行OM、SEM和EBSD分析，研究不同位置的微观组织演变。结果表明，其再结晶分数的变化主要取决于γ'析出相的沉淀状态和所受的实际变形量与实际温度。GH4730合金在30%变形量下热变形后，心部和R/2处实际变形量小，不足以发生完全再结晶；外缘处获得均匀的完全再结晶细晶组织，由均匀的等轴细晶、孪晶、钉扎晶界的不共格γ'析出相组成，基本没有畸变。

• 基于Deform与nCode联合仿真的新淬火成形工艺参数对L型材疲劳寿命的影响研究

  尚晓峰, 吕文政, 王志坚,

  以铝合金L型材的新淬火成形工艺为研究对象，应用Deform软件还原新淬火成形工艺过程，并得到了不同工艺参数下L型材的残余应力分布；将残余应力分布赋予到nCode软件中，并基于名义应力法对不同工艺参数下L型材的疲劳寿命进行预测，确定了最高抗疲劳性能下L型材的新淬火成形工艺参数：470℃固溶处理并保温40 min，20℃水温淬火，冲压速度为60 mm/s，一级时效为170℃/10 min，二级时效为120℃/20 min，并通过疲劳试验验证预测的准确性，为实际生产提供重要指导。

• 基体偏压对镁合金表面镀TiAlCrN涂层组织和性能的影响

  覃群, 王天国,

  为了提高镁合金表面性能，采用多弧离子镀技术在AZ31镁合金表面制备TiAlCrN涂层，研究基体偏压对TiAlCrN涂层结构和性能的影响。结果表明：在偏压为100 V时，制备的TiAlCrN涂层表面大颗粒数量较少且均匀细小，涂层表面质量较高。随着偏压增大，TiAlCrN涂层的硬度和结合力先增加后降低，当偏压为100 V时TiAlCrN涂层的显微硬度和膜基结合力达到最高，分别为2634.5 HV和26.4 N。随着偏压增加，TiAlCrN涂层试样氧化增重率先减少再增加，在偏压为100 V时，氧化增重率最低，TiAlCrN涂层高温抗氧化性能最佳。在偏压为100V时，TiAlCrN涂层有最小的腐蚀电流密度4.286×10-7 A·cm-2，涂层的耐腐蚀性能最佳。在适当的偏压下可以获得致密均匀的涂层，涂层的耐腐蚀性能得到了提高。

• 搅拌时间和放置时间对消失模空壳铸造涂料性能影响的研究

  孙国进, 张守军,

  以消失模空壳涂料为研究对象，分析了搅拌时间和放置时间对涂料粘度和流变性能的影响。结果显示，涂料粘度随着搅拌时间的增加而减小并最终趋于稳定数值，随着放置时间的增加呈现先增加后减小的趋势。为保证涂料的使用性能，确定了本涂料的搅拌时间不低于50 min，放置时间不超过40 h。

• 5A06铝合金变直径薄壁壳体组件焊接

  李胜鑫,

  采用手工脉冲TIG焊接进行4 mm厚的5A06铝合金变直径薄壁壳体组件的焊接生产。确定了焊接材料、坡口准备、焊前清理及焊接工装等。先进行了5A06铝合金平板试件的手工脉冲TIG焊接试验，确定了壳体组件的焊接工艺参数。壳体组件焊接生产证明，所使用的焊接工艺措施切实可行，壳体组件的质量满足焊接要求。