材料开发与应用

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徐国敏, 李博洋, 胡成辉, 刘黎明

2023, 38(5): 1-7.

[摘要](115) [PDF 10804KB](41)

摘要:
采用旁路耦合三丝间接电弧焊及熔化极活性气体保护焊(MAG)两种焊接工艺对12 mm厚Q345船用钢进行对接焊试验,对比分析了两种焊接工艺的焊接能耗及效率、力学性能及接头组织。结果表明,在总焊接电流为420 A、焊速为600 mm/min条件下,采用旁路耦合三丝间接电弧焊实现了单道焊缝良好成形,接头平均抗拉强度为505 MPa;而单MAG焊在总焊接电流700 A条件下,采用三层三道焊工艺,实现了良好的焊缝成形,接头的平均抗拉强度为534 MPa。本试验条件下,旁路耦合三丝间接电弧焊的焊接能耗仅为单MAG焊的63%,而焊丝熔敷速率为单MAG焊的2.76倍。

30 mm TA2双激光同步对称焊接接头组织及力学性能研究

雷小伟, 刘甲, 陈利阳, 高瑞, 马照伟, 杜志博, 王伟超

2023, 38(5): 8-14.

[摘要](109) [PDF 8933KB](39)

摘要:
为提高钛合金焊接效率和焊接精度,采用TA2钛合金双激光同步对称焊接技术,对30 mm厚板TA2钛合金试板开展双激光同步对称焊接工艺,并对焊后试板进行接头成形质量、焊接变形、接头金相组织形貌、力学性能和工艺性能研究。结果表明:30 mm厚板TA2试板焊接接头表面成形良好,呈银白色,焊接变形较小;焊缝低倍金相组织呈块状分布,内部无明显缺陷,无贯穿整个焊缝的树枝状柱状晶,焊缝和热影响区微观金相组织均为锯齿状α相,母材为细小的等轴α相,接头心部焊缝晶粒比近表面焊缝粗大;焊接接头整体平均抗拉强度略低于近表面和心部接头抗拉强度,而近表面和心部焊缝屈服强度高于母材的,塑性低于母材的;焊接接头在近表面和心部区域冲击性能差距较大;弯曲试样均合格,焊接接头工艺性能良好。这表明厚板钛合金双激光同步对称焊接技术在高效高精度焊接方面具有良好的工程化应用前景。

Mg-Al-Zn合金激光焊接头的耐蚀性研究

王少刚, 韩弘利, 曹梦艺

2023, 38(5): 15-23.

[摘要](75) [PDF 9923KB](28)

摘要:
分别采用激光焊和激光填丝焊2种方法对4 mm厚的Mg-Al-Zn合金进行焊接,并对镁合金接头的腐蚀机理进行了探讨。采用极化曲线测量、电化学阻抗谱测试、SEM观察和EDS分析等方法,对获得的激光焊接头(LBW)和激光填丝焊接头(LBW-F)在3.5%NaCl溶液中的腐蚀行为进行研究,并与母材(BM)的耐蚀性进行对比,结果表明,腐蚀产物主要由Mg(OH)₂和碳酸盐组成,3种试样的耐蚀性由高至低为:LBW接头＞LBW-F接头＞BM母材。

深水平台焊接结构几何特征对疲劳行为的影响与寿命评估

彭晨涛, 徐连勇, 赵雷, 韩永典

2023, 38(5): 24-30,43.

[摘要](69) [PDF 10647KB](22)

摘要:
疲劳损伤是引起深水平台结构破坏的主要原因,针对海上常用钢EH36进行对接和T型焊接接头的疲劳寿命测试,证明接头形式是影响疲劳寿命的主要原因。同时焊接接头的疲劳寿命具有强烈的疲劳分散性,随着应力范围的降低,疲劳寿命的分散程度逐渐增大,T型焊接接头的疲劳分散程度大于对接焊接接头的。通过DIC对焊接接头疲劳行为进行监测,结果发现,T型焊接接头表现出了更大的应力集中程度和应力梯度效应,焊趾形貌和应力范围是影响焊接接头疲劳寿命分散程度的主要原因。在热点疲劳寿命评估中,0.4t~1.0t外推点表现出更为精准和有效的计算结果,但是热点应力具有一定的网格敏感性,疲劳设计时需要根据推荐的网格大小进行划分。

船体局部密集焊缝结构疲劳性能研究

王任甫, 何亮, 孙磊

2023, 38(5): 31-36.

[摘要](54) [PDF 5193KB](16)

摘要:
针对船体局部结构密集焊缝的疲劳问题,通过模拟实际服役环境,开展两种局部密集焊缝结构的工程型疲劳试验和结构应力仿真计算,并提出改善密集焊缝结构疲劳性能的方法。研究结果表明:海水腐蚀环境下,随着相邻焊缝间距的减少,结构峰值应力增大,密集焊缝结构的疲劳寿命降低;当相邻焊缝距离较近不可避免时,采用堆焊熔修处理可有效提高其疲劳性能。

多孔管板群缝激光焊接路径优化

康旭强, 王炳琪, 操楚川, 黄安国

2023, 38(5): 37-43.

[摘要](78) [PDF 5497KB](8)

摘要:
为了研究大规模管板群缝激光焊接变形规律与调控技术,建立了考虑材料高温性能和力学性能参数的12 mm厚Q235多孔管板群缝模拟件,设计了由内而外对称焊接以及从上而下非对称焊接的5种路径,利用焊接工艺模拟软件InteWeld仿真研究了不同焊接的焊接路径对焊接变形的影响规律。结果表明,从上而下逐一按顺序焊接的管板焊接路径其平均变形量以及轴向变形量最小。

低合金钢焊接热影响区组织比例计算及预测

木热迪尔·夏克尔, 黄安国, 康旭强, 王炳琪, 余席铭

2023, 38(5): 44-50,69.

[摘要](80) [PDF 7803KB](14)

摘要:
为获得性能较好的焊接接头,在MATLAB App Designer开发环境下,基于低合金钢焊接CCT图,开发了一款能够反映焊接工艺参数-焊接冷却时间-焊接热影响区组织及性能的App。App中建立了“焊接工艺参数”“焊接材料及CCT图”“组织比例、金相图、硬度”和“导入温度场数据”四个主要模块。App以焊接CCT图为基础,采用插值法计算和预测焊接热影响区的组织比例、金相图和硬度,并以15MnVR钢为例进行计算分析。

基于优化ICP算法的焊接机器人免编程控制系统

吴艳明, 王金娜, 尹晨豪, 郭文松, 邹怡蓉

2023, 38(5): 51-57.

[摘要](68) [PDF 8491KB](12)

摘要:
随着船舶行业装备技术的迅速提升,焊接机器人逐步成为加工主力。面对日益增长的生产需求,新一代工业机器人逐步暴露出智能化水平不足、易用性不高的缺点,使得企业转型陷入困局,船舶行业发展亟需智能且易用的焊接机器人。本研究设计了一种焊接机器人免编程控制系统,通过优化最近点迭代算法,实现了亚毫米级定位精度。

低代码可视化AI技术加速船舶焊接工艺智能化

孙斌, 吴艳明, 叶军, 易武, 朱红艳, 樊闪闪, 陈嘉良

2023, 38(5): 58-69.

[摘要](78) [PDF 12159KB](16)

摘要:
在焊接质量分析及检测的智能化应用研究创新过程中,需要利用工业机理模型和分析方法进行可视化、低代码化和智能化构建。焊接工艺低代码可视化分析提供了一种基于机理模型的信号分析方法,可以帮助船舶制造行业解决焊接过程中的质量问题。该软件包括U-I相图、特征分析和短路专属分析等分析功能,以船舶发动机焊接为案例进行实证分析,结合U-I相图等由用户自主构建焊缝质量评分体系,将其封装为AI模型实现实时质量评分,验证了该软件对焊接质量分析和评估的有效性,提高了焊接质量评价效率和准确性。

激光深熔焊接等离子体温度光谱测量对比

谢顺, 祝宝琦, 邹江林

2023, 38(5): 70-74,85.

[摘要](40) [PDF 5367KB](9)

摘要:
采用光谱仪探测CO₂激光深熔焊接等离子体及光纤激光焊接羽辉的光谱信号,分别利用波尔兹曼图法和相对强度法计算获取CO₂激光焊接等离子体的温度,并以较优的一种方法计算光纤激光羽辉温度。结果发现,对于同一个等离子体,采用相对强度法时,选择不同谱线获得的等离子体温度差异很大;当采用波尔兹曼图法时,使用不同谱线组合获得的等离子体温度非常接近。通过对两种方法获得结果的分析,认为采用波尔兹曼图法计算得到的等离子体温度精度更高,更具有可比性。而后采用波尔兹曼图法计算羽辉温度,发现光纤激光焊接羽辉辐射的谱线中连续谱强度不可忽略,与等离子体温度的计算略有不同。

船舶工程焊接接头完整性评估与疲劳寿命预测技术综述

刘雪松, 郭少飞

2023, 38(5): 75-85.

[摘要](99) [PDF 10584KB](33)

摘要:
介绍了船体结构中含缺陷的焊接接头完整性评估以及疲劳寿命预测方法,对结构完整性评估的K准则、COD准则、J积分准则、SINTAP/FITNET安全性评定方法以及评定流程、国内外标准进行介绍。并对焊接接头的疲劳强度影响因素,如平均应力、残余应力以及接头几何形状应力集中等进行了分析;介绍了焊接接头疲劳寿命预测的常用方法,如基于名义应力的评估方法、基于断裂力学的评估方法、基于损伤力学的评估方法以及其它疲劳评估方法等。此外,还对基于断裂力学法建立的焊接残余应力与疲劳裂纹扩展寿命之间的函数关系进行了介绍,该方法实现了对含残余应力的焊接结构疲劳寿命的精确预测。

Q345R高压空冷器焊接接头应力腐蚀开裂分析

王宇, 郑文健, 卓旻, 冯道臣, 杨建国

2023, 38(5): 86-93.

[摘要](59) [PDF 17532KB](11)

摘要:
某高压空冷器进气口换热管和管板胀管焊接处发生泄漏事故,通过宏观观察、机械拉断断口及裂纹面分析、金相组织分析、显微硬度测试、扫描电子显微镜(SEM)以及X射线能谱分析(EDS)等分析方法对泄漏失效处及关键位置材料进行检测和分析。研究发现高压空冷器进出口失效位置的裂纹均是由管箱内壁接头处向胀接间隙表面开裂,并且裂纹面能谱分析结果发现大量的S元素存在。结合管道受力情况、断口形貌、元素分析判定本次失效的模式为硫化氢应力腐蚀开裂(SSCC)。管内硫化氢为腐蚀源,在焊接残余应力集中和外载结构应力的协同作用下,焊趾发生SSCC开裂,裂纹沿着熔合线扩展至胀管外壁,发生泄漏失效。

超声冲击处理改善焊接接头力学特性研究进展

周南阳, 何亮, 程彬, 杜义

2023, 38(5): 94-98.

[摘要](79) [PDF 4121KB](18)

摘要:
焊接接头处往往存在较高的残余应力,使得焊接接头成为焊接结构的薄弱区域。而超声冲击处理可以有效改善焊接接头力学特性,在各领域得到了广泛应用。本研究主要介绍超声冲击技术在降低残余应力和提高接头疲劳性能方面的研究情况,以及随焊超声冲击技术的最新相关研究和应用。

TA31钛合金焊接接头疲劳性能评估

从镕, 张爱锋, 刘见德, 孙建刚

2023, 38(5): 99-106.

[摘要](56) [PDF 7933KB](17)

摘要:
钛合金是深海大型载人运载平台的常用材料,其焊接部位的疲劳性能不容忽视。本研究针对国产TA31钛合金对接接头和承载十字接头开展疲劳试验,用热点应力法对其疲劳强度进行评定。采用国际焊接协会推荐的方法进行数据处理,分别做出名义应力和热点应力的S-N曲线并进行对比。在此基础上引入缺口应力法,考虑板厚对焊接接头疲劳性能的影响,并提出板厚修正的公式,可为钛合金结构的疲劳评估和抗疲劳设计提供参考。

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刊载范围

2023年第38卷第5期

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