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在高强管线钢的工程应用过程中,较高的焊接残余应力会导致焊缝产生应力腐蚀和疲劳裂纹以至失效。简要介绍了高强度管线钢的焊接方法,对比了传统电弧焊与先进焊接方法的工艺特点,以及不同焊接方法的残余应力分布,概述了通过无损检测手段进行残余应力分析的相关研究结果,并通过数值模拟进行了焊接残余应力的对比和分析。指出,通过不同的数值模型及有限元分析等手段,可快速获得不同焊接方法的接头残余应力分布,以便于对焊接工艺进行调整。     

增材制造技术制备梯度材料研究现状

梯度材料是一种新型复合材料,其组成成分、微观组织和性能在空间上呈梯度变化.增材制造所具有的离散-堆积工艺为梯度材料的制备提供了新的路径,与传统的梯度材料制备工艺相比,增材制造方法可以实现一个或多个方向上梯度材料的制备,同时具有制备复杂结构件的能力.梯度材料增材制造工艺主要包括激光增材制造、电子束增材制造和电弧增材制造,其中激光增材制造是目前研究最多且应用最广的工艺.路径规划对梯度材料成分梯度、质量和成形精度有重要的影响,已成为梯度材料增材制造研究的一个重要方向.综述了梯度材料增材制造方法、梯度微观组织,以及制造过程中路径规划的国内外研究现状,可以为梯度材料增材制造研究提供参考.     

铝/铜异种金属熔钎焊工艺及界面调控方式的研究现状

铝/铜复合结构件具有质量轻、综合性能优异等优势使其在电气电工、航空航天、新能源汽车等行业具有广泛的应用前景。但由于铝/铜在物理化学性能上的差异,使其在焊接过程中存在界面调控等诸多问题。为解决这些问题,国内外研究者通过工艺调控和冶金调控来抑制金属间化合物的生长,促进Al/Cu之间的冶金结合。文中从铝/铜熔钎焊方法进行了综述介绍,重点总结了焊接接头界面调控的方法,提出了该领域的研究热点及难点,并且探究了未来铝/铜焊接的发展趋势及应用前景。结果表明,从焊接效率、焊接强度来看当属熔钎焊最佳,但是其接头处的金属间化合物影响了其机械性能,通过添加微量元素的冶金调控,可以使其力学性能大幅提升。     

铝/钢电弧辅助激光熔钎焊焊接过程热特性分析

采用有限元建模分析方法,建立了铝/钢电弧辅助激光熔钎焊焊接过程的三维非线性温度场计算模型,研究了热源间距、焊接电流和激光热输入等参数对接头表面温度分布和界面热循环的影响。结果表明,工件表面高温区呈现为前大后小的“葫芦”状分布,界面热循环曲线呈现出双峰特征,激光热输入决定了竖直界面的最高峰值温度,焊接电流和热源间距主要影响热循环曲线冷却阶段。界面热循环峰值温度的提高,会导致金属间化合物层厚度的增加,影响接头组织演变。 创新点： (1)添加小功率电弧可以改善单一激光热源分布过于集中的问题,提高高温区域的停留时间,从而促进接头的浸润铺展成形。 (2)辅助电弧的添加改变了单一激光热源的高温区形状,出现了电弧辅助激光焊独有的“葫芦”状高温区。     

锆基非晶合金脉冲激光焊及接头组织特性

采用脉冲激光焊接的方法对锆基非晶合金(Zr₄₄Ti₁₁Ni₁₀Cu₁₀Be₂₅)进行对接熔焊工艺试验,在合适的工艺参数下获得成形良好的锆基非晶合金熔焊对接接头。采用金相显微镜、场发射扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度仪、同步热分析仪等多种测试手段对成形接头的形貌、晶体相、结晶组织特性及热稳定性进行分析。结果显示,在接头热影响区的二次电子图像中发现了纳米结晶,焊缝区则为小块体状结晶相;热影响区及焊缝区的布拉格衍射峰对应的是Zr₂Cu和Zr₂Ni;接头三个区域中,焊缝区表现出最高的维氏硬度;结合DSC曲线中放热峰的晶化热焓,计算出接头热影响区与焊缝区的结晶分数分别为4.2%和32.0%。     

随焊氩气激冷控制铝/钢薄板残余应力与变形研究

针对铝/钢异种金属薄板焊接时容易产生残余应力与变形问题,提出采用随焊冷却氩气激冷对其进行控制。建立随焊氩气冷却激冷铝/钢异种金属熔钎焊的数值分析模型,研究不同冷却距离对残余应力和变形的控制效果,探究随焊激冷技术控制焊接变形与残余应力机理;同时,进行随焊激冷铝/钢异种金属熔钎焊试验,对焊接温度场、残余应力与变形进行测量,验证模型的准确性。结果表明,采用最优冷却距离(d=10mm),进行随焊冷却氩气激冷焊接试验时,纵向残余拉应力峰值和残余压应力峰值分别减小42.1%和74.4%,横向残余拉应力峰值和残余压应力峰值分别降低11.3%和14.4%,铝板和钢板外边缘焊接变形量分别减小67.9%和69.5%。随焊冷却氩气激冷技术可有效控制铝/钢薄板焊接时产生的残余应力与变形。     

铝/铜电弧熔钎焊接头界面组织及演变研究

采用旁路耦合电弧焊方法实现了铝合金与紫铜的熔钎焊,并研究焊后退火下铝/铜界面组织的演变。采用扫描电镜观察焊后及不同退火工艺下界面微观组织的形貌,同时,通过能谱仪及X射线衍射对界面的物相进行确定,并通过蒙特卡洛结合原胞自动机方法建立界面金属间化合物的热力学-动力学模型,分析了界面组织的演变行为。结果表明,通过旁路耦合电弧方法可实现铝/铜的熔钎焊,铝/铜焊接接头经250～400℃退火3h后,界面处最终形成Cu Al、Cu₉Al4_和Cu Al₂三种金属间化合物,随着退火温度的增加,界面金属间化合物厚度呈线性增加,最大厚度为38.39μm,铜-铝界面金属间化合物的形成由原子间互扩散和界面化学反应共同决定。     

铝/钢微束等离子熔钎焊接头组织及力学性能

采用微束等离子焊接方法进行6010铝合金/镀锌钢对接熔钎焊工艺试验,在合适的工艺参数下获得成形良好的铝/钢熔钎焊对接接头,采用金相显微镜、扫描电子显微镜、能谱仪、拉伸试验机等多种测试手段对所得接头形貌、微观组织及力学性能进行分析. 结果表明,所得接头焊缝正、背面铺展良好,无气孔、裂纹、夹渣等明显缺陷,为典型的铝/钢熔钎焊对接接头;接头界面处形成锯齿状的Fe₂Al₅金属间化合物,且金属间化合物层厚度和焊缝铺展宽度共同决定了接头强度,当焊接电流为38.5 A时,熔钎焊接头抗拉强度为193 MPa,为铝母材的79.8%,接头断裂形式为韧脆混合断裂.     

旁路耦合电弧增材制造热过程与组织关系

利用旁路耦合微束等离子弧焊,进行了ER304L不锈钢电弧增材制造的研究.通过进行组织观察和显微硬度测试,并结合增材过程中所测得的热循环曲线,分析了不同旁路电流、堆垛顺序对304不锈钢堆垛样组织和性能的影响.结果表明,旁路耦合微束等离子弧焊增材制造过程中,当旁路电流增大时,堆垛样组织的枝晶间距先减小后增大;堆垛顺序对组织的影响表现为,散热方向的不同导致了枝晶生长方向发生改变.试样的显微硬度沿着堆积高度方向缓慢降低,且随着旁路电流增大,硬度先增大后降低;同时堆垛顺序对硬度的影响并不明显.