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基于动网格技术的CMT-WAAM熔池温度场与流场数值模拟
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作者 申俊琦 张帆 +1 位作者 胡绳荪 耿辉 《天津大学学报(自然科学与工程技术版)》 北大核心 2025年第2期147-156,共10页
针对基于冷金属过渡(CMT)技术的镁合金摆动电弧增材制造(WAAM)过程,采用流体体积(VOF)法和动网格(DM)技术建立了分别考虑熔滴和熔池受力情况的三维瞬态数值模型,研究了熔滴过渡和熔池流动过程中的温度场和速度场变化.结果表明,相应试验... 针对基于冷金属过渡(CMT)技术的镁合金摆动电弧增材制造(WAAM)过程,采用流体体积(VOF)法和动网格(DM)技术建立了分别考虑熔滴和熔池受力情况的三维瞬态数值模型,研究了熔滴过渡和熔池流动过程中的温度场和速度场变化.结果表明,相应试验结果验证了所建立数值模型的有效性,熔池和熔滴尺寸参数模拟的误差均在10%之内.在CMT-WAAM开始阶段,基板表面和焊丝在电弧热作用下熔化分别形成熔池和熔滴.在焊丝向熔池送进过程中,熔滴不断长大,并在表面张力作用下长成球形.熔滴金属的热量主要通过热传导的形式向熔池传递,熔池最高温度随着熔滴金属的过渡而升高,熔池最高温度可达2100.0K;随着焊丝的回抽,熔池最高温度降低至1763.6K.随着焊丝向熔池送进,熔滴的最大速度从1.87 m/s逐渐减小到1.07 m/s,而熔池的最大速度仅为0.87 m/s.当熔滴金属前端与熔池发生接触后,液态金属的最大速度可达到4.21 m/s;随着焊丝的机械回抽,液态金属的最大速度在1.69~4.90 m/s范围内波动.当熔滴与熔池接触发生短路时,熔滴金属从熔池表面流向熔池底部和熔池两侧,增强了对熔池底部和熔池两侧的搅拌作用,使得熔池体积增加;当熔滴从焊丝端部脱离后,熔池中液态金属从熔池底部流向熔池表面和熔池两侧,熔池温度和流体速度随之降低,从而减缓了熔池体积的增加.此外,熔池自由表面在摆动电弧作用下呈现波浪式变形. 展开更多
关键词 动网格 电弧增材制造 熔滴过渡 熔池流动 数值模拟
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采用AlSiMgCu钎料液相辅助扩散连接6063铝合金接头组织与力学性能分析
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作者 胡若琪 张俊杰 +3 位作者 王颖 张冬雪 木瑞洁 杨振文 《焊接学报》 北大核心 2025年第6期11-19,共9页
多层微通道铝合金散热结构凭借高效的散热能力被广泛应用于电力电子领域,而实现其高质量连接是工程应用的前提.文中采用AlSiMgCu对6063铝合金进行了液相辅助扩散连接,探究了连接压力、保温时间和温度对接头界面组织和力学性能的影响.结... 多层微通道铝合金散热结构凭借高效的散热能力被广泛应用于电力电子领域,而实现其高质量连接是工程应用的前提.文中采用AlSiMgCu对6063铝合金进行了液相辅助扩散连接,探究了连接压力、保温时间和温度对接头界面组织和力学性能的影响.结果表明,该方法通过施加最小0.5 MPa压力挤出液态钎料的途径,不但消除了钎焊接头的组织不均匀性,而且降低了扩散连接对母材表面质量和工艺参数的严格要求,具有尺寸精度高、工艺参数适应性强的优点.在0.5~2 MPa压力、530℃~550℃温度、1~4 h时间参数范围内接头界面组织相似,其典型界面组织为铝合金基体及少量填充与表面粗糙度同等尺度微观间隙的液态钎料凝固组织,且抗拉强度几乎不变,在550℃/1 h/2 MPa参数下接头与母材等强,抗拉强度为107 MPa,变形率仅为0.10%. 展开更多
关键词 铝合金 钎焊 扩散焊 界面组织 力学性能
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扩散连接技术在核聚变反应堆包层模块制造中的应用 被引量:6
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作者 刘晨曦 刘永长 +4 位作者 周晓胜 马宗青 王颖 李会军 杨建国 《精密成形工程》 2015年第1期1-8,15,共9页
国际受控热核聚变实验堆计划是全球规模最大、影响最深远的国际科研合作项目之一,有望彻底解决能源危机。核聚变反应堆关键部件——包层模块的结构复杂、体积庞大,且服役环境恶劣,焊接接头成为影响反应堆安全运行的薄弱环节。以扩散连... 国际受控热核聚变实验堆计划是全球规模最大、影响最深远的国际科研合作项目之一,有望彻底解决能源危机。核聚变反应堆关键部件——包层模块的结构复杂、体积庞大,且服役环境恶劣,焊接接头成为影响反应堆安全运行的薄弱环节。以扩散连接为代表的固相焊接技术对接头性能及组织影响较小,已逐渐取代熔化焊应用于包层模块复杂构件制造。在简要介绍扩散连接及其原理的基础上,对包层模块构件扩散连接的研究进展进行了阐述,包括低活化铁素体/马氏体钢及氧化物弥散强化钢构件的扩散连接,Be,W,Si C等其他先进高温材料的扩散连接等。 展开更多
关键词 核聚变反应堆 包层模块 扩散连接 低活化铁素体/马氏体钢 氧化物弥散强化钢
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采用Nb中间层扩散连接Zr-4合金接头界面组织与性能 被引量:2
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作者 王瑞萍 肖宗林 +3 位作者 杨旭 王泽明 王颖 杨振文 《焊接学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期33-40,共8页
为提高Zr-4合金扩散焊接头强度,降低有效连接温度,采用不同厚度的Nb中间层在760℃/30 min/7 MPa条件下扩散连接Zr-4合金,分析了Nb中间层的加入及其厚度对接头界面组织和性能的影响.结果表明,在扩散连接过程中,界面处Zr和Nb原子相互扩散... 为提高Zr-4合金扩散焊接头强度,降低有效连接温度,采用不同厚度的Nb中间层在760℃/30 min/7 MPa条件下扩散连接Zr-4合金,分析了Nb中间层的加入及其厚度对接头界面组织和性能的影响.结果表明,在扩散连接过程中,界面处Zr和Nb原子相互扩散形成由(Zr,Nb)固溶体构成的扩散层,且扩散层厚度随着中间层厚度的增加基本不变,靠近Nb侧的扩散层中观察到Zr(Cr,Fe)_(2)和Zr(Fe,Nb)_(2)第二相的生成.在760℃条件下,Zr-4合金直接扩散焊接头抗拉强度仅为75MPa,存在大量未连接区域,添加Nb中间层可显著提高界面结合率,接头抗拉强度达到450 MPa,接头抗拉强度和断后伸长率随着Nb中间层厚度的增加稍有下降,在添加20μm中间层时最大,分别为450 MPa和13.1%,且断裂位置由Zr-4合金基体(20μm)转变为界面扩散层(50μm和80μm).Zr-4合金扩散焊接头在经历400℃,10.3 MPa的过热蒸气腐蚀后,扩散层发生明显腐蚀现象,腐蚀深度最大达到108.39μm,接头抗拉强度和断后伸长率下降至415 MPa和5.1%,断裂位置在连接界面处,断口中发现Zr(Fe,Nb)_(2)相. 展开更多
关键词 扩散焊 ZR-4合金 Nb中间层 腐蚀性能
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热输入对高锰钢模拟焊接热影响区显微组织和低温韧性的影响 被引量:1
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作者 邸新杰 曲永涛 +1 位作者 利成宁 巴凌志 《天津大学学报(自然科学与工程技术版)》 北大核心 2025年第2期131-137,共7页
作为一种新型低温用材料,高锰钢具有低成本及优异的低温力学性能等优势,在液化天然气(LNG)储罐等领域具有广阔的应用前景.然而在实际焊接过程中,高锰钢焊接热影响区中距熔合线3 mm处的特定亚区(FL+3亚区)会出现低温韧性恶化的问题.针对... 作为一种新型低温用材料,高锰钢具有低成本及优异的低温力学性能等优势,在液化天然气(LNG)储罐等领域具有广阔的应用前景.然而在实际焊接过程中,高锰钢焊接热影响区中距熔合线3 mm处的特定亚区(FL+3亚区)会出现低温韧性恶化的问题.针对这一问题,采用焊接热模拟技术再现了不同热输入下的FL+3亚区,通过扫描电子显微镜、电子探针X射线显微分析仪和透射电子显微镜观察晶界比例、偏析及析出相.结果表明,模拟FL+3亚区具有较好的低温韧性,其冲击断口形貌均为大量的韧窝.然而随着热输入增加,其冲击吸收功降低,10 kJ/cm、15 kJ/cm、30 kJ/cm和45 kJ/cm不同热输入下的-196℃冲击吸收功分别为177 J、172 J、138 J和112J.FL+3亚区的显微组织为单相奥氏体组织,随着热输入增加,晶粒尺寸无明显变化,而小角度晶界比例升高.热输入增加会加剧FL+3亚区的C、Cu晶界偏析和Mn带状偏析,提高偏析区域的层错能以及临界剪切孪晶应力,使得孪生机制难以激活,进而减弱了形变孪晶的韧化作用,降低低温韧性.当热输入增大到15 kJ/cm时,FL+3亚区开始析出尺寸约为200 nm的颗粒状和块状Cr_(23)C_(6)碳化物,且析出相的尺寸和数量随着热输入增加而进一步增加.碳化物析出易引起应力集中而产生裂纹萌生,降低了FL+3亚区的低温韧性. 展开更多
关键词 高锰钢 热输入 焊接热模拟 晶界比例 偏析 析出相 低温韧性
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Al_(2)O_(3)陶瓷与多体系金属一体化钎焊结构优化与封接可靠性
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作者 杨振文 张冬雪 +4 位作者 邵跃 赵军 乔屹 王纪来 王颖 《焊接学报》 北大核心 2025年第9期1-10,共10页
通过有限元计算对0Cr18Ni9不锈钢壳体、Al_(2)O_(3)绝缘陶瓷和Kovar中心电极构成的电气连接器一体化钎焊结构进行优化,在此基础上采用Ag-5Cu-1Al-1.25Ti钎料在930℃/30 min的钎焊参数下实现该密封构件的一步封接,并对接头界面组织和服... 通过有限元计算对0Cr18Ni9不锈钢壳体、Al_(2)O_(3)绝缘陶瓷和Kovar中心电极构成的电气连接器一体化钎焊结构进行优化,在此基础上采用Ag-5Cu-1Al-1.25Ti钎料在930℃/30 min的钎焊参数下实现该密封构件的一步封接,并对接头界面组织和服役可靠性进行研究.结果表明,通过改进焊接位置和钎料添加形式,陶瓷基体的残余应力显著降低.钎焊过程中,液态钎料中的活性Ti向陶瓷侧聚集并发生化学反应.Al_(2)O_(3)陶瓷侧形成连续的Ti_(3)(Cu,Al)_(3)O反应层,不锈钢一侧的反应产物主要为TiFe_(2)和Fe-Cr金属间化合物,而Kovar母材向液态钎料溶解并与Ti反应形成Ti2Ni和TiFe2.密封构件经历温冲循环后,泄漏率低于7.0×10^(-12) Pa·m^(3)/s,证明了其在极端条件下的可靠性.本研究结果可为极端温度变化条件服役电气连接器的设计提供仿真数据支撑和理论指导. 展开更多
关键词 真空活性钎焊 多体系金属 有限元模拟 结构设计 封接可靠性
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热处理对锆合金扩散焊接头第二相及性能的影响
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作者 王泽明 陈晨 +4 位作者 王瑞萍 肖宗林 牛士玉 王颖 杨振文 《中国有色金属学报》 北大核心 2025年第10期3418-3429,共12页
本文深入研究了扩散焊后热处理对锆合金扩散焊接头的第二相、耐腐蚀性和力学性能的影响,重点分析了保持温度和冷却速率对接头显微组织中第二相形成和分布的影响。结果表明:焊后热处理显著调控第二相的尺寸及分布,(780℃,1 h)的水冷工艺... 本文深入研究了扩散焊后热处理对锆合金扩散焊接头的第二相、耐腐蚀性和力学性能的影响,重点分析了保持温度和冷却速率对接头显微组织中第二相形成和分布的影响。结果表明:焊后热处理显著调控第二相的尺寸及分布,(780℃,1 h)的水冷工艺促使接头形成连续纳米级第二相;热处理后界面第二相的纳米硬度和杨氏模量均高于基体,淬火处理优化了第二相分布,虽略微降低纳米硬度但提升杨氏模量。此外,热处理后接头在硫酸溶液中耐蚀性增强,这归因于淬火处理减少了粗大第二相颗粒和微裂纹,改善了表面氧化膜致密性。电化学阻抗谱进一步验证了淬火处理对钝化膜的强化作用。 展开更多
关键词 核领域 锆合金 热处理 扩散连接 耐腐蚀性
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高温反应堆焊接堵管蠕变-疲劳寿命评估
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作者 徐连勇 石岩松 +2 位作者 赵雷 韩永典 郝康达 《天津大学学报(自然科学与工程技术版)》 北大核心 2025年第5期496-509,共14页
本文介绍了在650℃下对采用钨极氩弧(TIG)焊和激光焊的两种堵管接头进行蠕变-疲劳寿命评估的情况,以评价其作为高温反应堆焊接堵管技术的可靠性.首先,采用热弹塑性有限元法计算了两种堵管接头的残余应力.然后,将残余应力结果作为输入条... 本文介绍了在650℃下对采用钨极氩弧(TIG)焊和激光焊的两种堵管接头进行蠕变-疲劳寿命评估的情况,以评价其作为高温反应堆焊接堵管技术的可靠性.首先,采用热弹塑性有限元法计算了两种堵管接头的残余应力.然后,将残余应力结果作为输入条件,计算了堵管接头在正常运行期间的应力松弛行为和不同瞬态下的应变范围.根据时间分数规则(TFR),计算了TIG焊和激光焊堵管接头在服役过程中的蠕变损伤和疲劳损伤.最后,依据ASMENH和RCC-MRx标准提供的蠕变-疲劳损伤包络线预测了堵管接头的蠕变-疲劳寿命.结果表明,激光焊堵管焊缝的冷却速率比TIG焊堵管焊缝高60%,这导致了激光焊堵管焊缝有更加细化的晶粒和更高的残余应力水平.堵管焊缝根部存在明显的应力集中现象,且为残余拉应力,是堵管接头中最容易失效的位置.在堵管接头服役过程中,由于蠕变变形,残余应力会发生松弛.同时,残余应力的存在会对蠕变应变的产生有显著影响,但随服役时间的延长,残余应力的影响会逐渐减弱.相同的服役时间下,激光焊堵管接头的蠕变损伤和疲劳损伤均高于TIG焊堵管接头,蠕变损伤占主导地位.此外,TIG堵管接头的蠕变-疲劳预测寿命比激光焊堵管接头长20%左右.即使采用最保守的ASME-NH交互损伤曲线,两种堵管接头的蠕变-疲劳寿命也超过了40 a,验证了两种焊接堵管技术的可靠性. 展开更多
关键词 焊接堵管 残余应力 蠕变-疲劳寿命 有限元分析
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EH36 钢变幅疲劳载荷下裂纹扩展行为和机理研究
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作者 徐连勇 黄金超 赵雷 《天津大学学报(自然科学与工程技术版)》 北大核心 2025年第6期567-575,共9页
针对海洋平台服役过程中时常遭遇到随机海况和复杂载荷作用的情况,设计对海洋平台用钢EH36钢进行变幅疲劳载荷下疲劳裂纹扩展行为试验,研究了变幅疲劳载荷作用下EH36钢疲劳裂纹扩展行为和机理.采用柔度法测量变幅疲劳载荷作用下的裂纹... 针对海洋平台服役过程中时常遭遇到随机海况和复杂载荷作用的情况,设计对海洋平台用钢EH36钢进行变幅疲劳载荷下疲劳裂纹扩展行为试验,研究了变幅疲劳载荷作用下EH36钢疲劳裂纹扩展行为和机理.采用柔度法测量变幅疲劳载荷作用下的裂纹扩展速率,并用数字图像相关(DIC)分析了变幅疲劳载荷施加前后裂纹尖端塑性区尺寸变化.采用SEM分析了不同形式变幅载荷作用区域的断口形貌特征,用裂纹尖端塑性区尺寸变化和对应断口形貌特征解释了变幅疲劳载荷作用下的裂纹扩展行为和内在机理.结果表明:单次拉伸过载能降低疲劳裂纹扩展速率,延长疲劳寿命;单次压缩过载能短暂加速疲劳裂纹扩展速率,对疲劳寿命影响不大;不同顺序拉伸和压缩过载与单次拉伸过载现象保持一致,均能降低疲劳裂纹扩展速率,延长疲劳寿命,但拉压过载的先后施加顺序会显著影响疲劳裂纹扩展的迟滞效应.分析结果表明:拉伸过载过程增大裂纹尖端塑性区,并钝化裂纹尖端,从而使疲劳裂纹扩展速率降低;压缩过载过程减小裂纹尖端塑性区,并使裂纹尖端尖锐,从而使疲劳裂纹扩展速率加速;不同顺序拉伸和压缩过载是两种作用效果的结合.试验结果能很好地描述变幅疲劳载荷下的裂纹扩展行为并给出内在机理解释,为海洋平台在复杂载荷环境下服役所造成的疲劳损伤提供理论依据和实用价值. 展开更多
关键词 疲劳裂纹扩展速率 变幅疲劳载荷 数字图像相关 塑性区 断口分析
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基于DIC的疲劳裂纹张开载荷影响因素研究
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作者 龚宝明 刘昊 +1 位作者 张文强 邓彩艳 《天津大学学报(自然科学与工程技术版)》 北大核心 2025年第6期576-582,共7页
疲劳裂纹闭合效应对结构疲劳寿命预测精确度有重要影响,如何确定疲劳裂纹扩展时张开载荷的变化规律是疲劳研究的重要课题之一.针对DH36钢,使用数字图像相关(DIC)技术获得裂纹尖端位移场,通过全场位移拟合法得到了不同裂纹长度的三点弯曲... 疲劳裂纹闭合效应对结构疲劳寿命预测精确度有重要影响,如何确定疲劳裂纹扩展时张开载荷的变化规律是疲劳研究的重要课题之一.针对DH36钢,使用数字图像相关(DIC)技术获得裂纹尖端位移场,通过全场位移拟合法得到了不同裂纹长度的三点弯曲(SENB)试样的裂纹尖端有效张开载荷,分析了影响拟合效果的因素,并获得张开载荷随裂纹长度和表面减薄的变化关系.最终通过裂纹扩展速率试验验证了全场位移拟合法所确定张开载荷的准确性.结果表明:DH36钢的疲劳裂纹张开载荷随裂纹长度的增加而增大,表面减薄试样的张开载荷显著低于未减薄试样. 展开更多
关键词 裂纹闭合 疲劳裂纹张开载荷 数字图像相关 疲劳裂纹扩展速率
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铝合金焊接接头在过载下疲劳裂纹扩展行为和机制研究
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作者 徐连勇 赵雷 +2 位作者 黄金超 孙全伟 梁文洲 《机械强度》 北大核心 2025年第9期62-71,共10页
高速列车转向架不同部位常采用不同强度铝合金材料进行设计,且采用焊接方式连接不同部件。当高速列车行驶在复杂路况时,转向架将承受拉伸过载作用,该拉伸过载会与焊接接头强度差异产生耦合叠加作用。因此,对转向架焊接结构件进行拉伸过... 高速列车转向架不同部位常采用不同强度铝合金材料进行设计,且采用焊接方式连接不同部件。当高速列车行驶在复杂路况时,转向架将承受拉伸过载作用,该拉伸过载会与焊接接头强度差异产生耦合叠加作用。因此,对转向架焊接结构件进行拉伸过载试验,研究拉伸过载作用下不同强度铝合金焊接接头的疲劳裂纹扩展行为和内在机制。采用柔度法测量拉伸过载作用下的裂纹扩展速率;用数字图像相关(Digital Image Correlation, DIC)技术分析了拉伸过载施加前后裂纹尖端塑性区的尺寸变化规律;采用扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope, SEM)观测了不同铝合金拉伸过载作用区域的断口形貌特征,用裂纹尖端塑性区尺寸变化和对应断口形貌特征解释了拉伸过载作用下的裂纹扩展行为和内在机制。结果表明,单次拉伸过载能降低疲劳裂纹扩展速率,延长疲劳寿命。分析结果表明,拉伸过载过程增大裂纹尖端塑性区,并钝化裂纹尖端,从而使疲劳裂纹扩展速率降低。材料强度越低,相同拉伸过载作用下,裂纹尖端变形越严重,迟滞效应越明显。焊接接头在拉伸过载作用下与母材试验结果保持一致,迟滞效应的强弱只取决于材料本身强度。 展开更多
关键词 拉伸过载 机械强度 疲劳裂纹扩展速率 裂纹尖端 焊接接头
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金属封装管壳随机振动失效分析及抗振优化
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作者 龚宝明 张杰 李海龙 《天津大学学报(自然科学与工程技术版)》 北大核心 2025年第2期167-174,共8页
混合集成电路(HIC)在服役过程中,壳体长边焊缝内侧区域容易出现裂纹导致失效.本文针对这一问题对失效现象进行振动研究,通过仿真软件ABAQUS对大尺寸混合集成电路封装管壳进行模态和随机振动实验与仿真,确定器件的薄弱位置,通过有限元仿... 混合集成电路(HIC)在服役过程中,壳体长边焊缝内侧区域容易出现裂纹导致失效.本文针对这一问题对失效现象进行振动研究,通过仿真软件ABAQUS对大尺寸混合集成电路封装管壳进行模态和随机振动实验与仿真,确定器件的薄弱位置,通过有限元仿真和实验结合的方法确定随机激励作用下盖板的危险位置和危险共振频率.针对薄弱位置设计不同载荷下的正弦振动实验,通过振动实验和仿真相结合的方式拟合得到材料的S-N曲线.分析危险位置的失效原因为由于随机振动的应力集中现象导致的振动疲劳失效,并针对失效原因设计减振方案对原模块进行结构优化设计,对危险位置进行减振加固,提升器件的抗振性能. 展开更多
关键词 混合集成电路 随机振动 结构优化:有限元分析
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掺氢/纯氢环境下燃气轮机的氢致损伤研究进展 被引量:2
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作者 李丛 赵雷 +2 位作者 徐连勇 韩永典 郝康达 《材料导报》 北大核心 2025年第9期122-131,共10页
随着全球能源结构向低碳化转变,氢能作为一种清洁、可再生的能源,正受到越来越多的关注。掺氢/纯氢燃气轮机作为一种高效能源转换技术,为氢能的大规模应用提供了重要支撑。然而,氢气环境下的燃气轮机热端部件面临着氢致损伤的挑战,限制... 随着全球能源结构向低碳化转变,氢能作为一种清洁、可再生的能源,正受到越来越多的关注。掺氢/纯氢燃气轮机作为一种高效能源转换技术,为氢能的大规模应用提供了重要支撑。然而,氢气环境下的燃气轮机热端部件面临着氢致损伤的挑战,限制了其长期稳定运行。本文在国内外大量研究成果的基础上,阐述了目前主要的氢损伤机制以及相关影响因素,归纳了氢与镍基高温合金材料微观缺陷(空位、位错、晶界等)相互作用的机理以及临氢环境下氢气对镍基高温合金力学性能的影响。研究表明,氢会导致镍基高温合金的延性下降,但对屈服强度和抗拉强度的影响相对较小。同时,氢对裂纹扩展行为也具有重要的影响,尤其在动态循环加载的条件下,氢加速了疲劳裂纹的扩展。然而,在高温高压条件下,氢致损伤机理的研究以及材料性能的测试仍存在诸多挑战,亟待进一步深入研究和开发专用设备。因此,未来的工作应致力于探索多种机制的协同作用,建立适应高温高压环境下材料性能测试的新标准,以更准确地评估镍基高温合金在掺氢/纯氢燃气轮机等实际工程中的应用前景和安全性能。 展开更多
关键词 燃气轮机 氢能 镍基高温合金 氢致损伤
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2Cr13马氏体不锈钢扫描激光-电弧复合焊接接头元素分布及组织性能研究 被引量:1
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作者 郝康达 刘友情 +2 位作者 徐连勇 韩永典 赵雷 《天津大学学报(自然科学与工程技术版)》 北大核心 2025年第2期157-166,共10页
2Cr13马氏体不锈钢力学性能优异、耐蚀性适中且价格低廉,具有较好的利润空间,一直以来是钢铁企业尝试发展的焦点.先前研究表明激光-电弧复合工艺有望通过焊丝材料的合理选择,借助合金化的作用实现2Cr13不锈钢的高质高效焊接,但存在合金... 2Cr13马氏体不锈钢力学性能优异、耐蚀性适中且价格低廉,具有较好的利润空间,一直以来是钢铁企业尝试发展的焦点.先前研究表明激光-电弧复合工艺有望通过焊丝材料的合理选择,借助合金化的作用实现2Cr13不锈钢的高质高效焊接,但存在合金元素分布不均的问题.为此,本文在2Cr13马氏体不锈钢激光-电弧复合焊接中引入激光束扫描,依靠其对熔池的强烈搅拌效应调控合金元素分布,改善熔池冶金行为,细化晶粒,从而增强焊缝韧性.本文着重探讨了激光束扫描频率对焊缝中合金元素分布特征、焊缝组织和力学性能的影响规律.结果表明,扫描激光束对熔池的高频搅拌效应加强了熔池对流,驱动Ni元素由电弧作用区域向激光作用区域转移,焊缝中Ni元素分布不均匀程度减弱.在扫描半径0.4 mm情况下优化的扫描频率为20 Hz,此时焊缝中激光作用区域Ni元素含量由不引入激光束扫描时的1.52%提高至2.03%,对应的奥氏体相含量由4.7%增加至10.1%.同时,激光束扫描行为降低了熔池温度梯度,有利于改善焊缝成形,热影响区粗晶区平均晶粒尺寸由4.92μm降为3.95μm,焊缝杯突测试中断裂位置由熔合线转向母材,且杯突值由4.82 mm提升至5.89 mm,提升幅度达22%.相关研究将对以后马氏体不锈钢焊接研究提供一定的理论指导,对扩大马氏体不锈钢的应用领域具有重要的推动作用. 展开更多
关键词 激光-电弧复合焊接 扫描激光 元素分布 马氏体不锈钢 微观组织 力学性能
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焊接振幅对铜端子—铝线束超声波焊接接头界面组织和性能的影响
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作者 李东隽 王颖 +3 位作者 雍臻 杨旭 杜辉 杨振文 《焊接学报》 北大核心 2025年第9期37-45,共9页
为了追求汽车轻量化和成本效益,铜端子/铝线束焊接结构被广泛应用于电缆装置中.文中采用超声波焊接工艺实现了标称截面积50 mm^(2)铝线束与厚度2 mm铜端子的连接,系统地研究了不同焊接振幅对接头界面组织和力学性能的影响,揭示了接头的... 为了追求汽车轻量化和成本效益,铜端子/铝线束焊接结构被广泛应用于电缆装置中.文中采用超声波焊接工艺实现了标称截面积50 mm^(2)铝线束与厚度2 mm铜端子的连接,系统地研究了不同焊接振幅对接头界面组织和力学性能的影响,揭示了接头的形成机制.结果表明,随着焊接振幅由39.0增加至54.6μm,铜铝界面的连接区域逐渐增加,界面处氧化铝层的厚度逐渐降低,铝侧塑性变形程度得到提升,促进了动态回复和动态再结晶,剪切织构总含量由7.0%增加到17.4%,平均晶粒尺寸由22.56降低至9.58μm,纤维状伸长晶粒、锯齿状晶粒和细小等轴晶取代了母材的粗大无规则晶粒,再结晶程度由10.7%增加至48.8%.接头的拉剪失效载荷随焊接振幅的增加而增大,当焊接振幅由46.8增加至54.6μm时,拉剪失效载荷由2 235增加至最大值2 962 N,同时接头的断裂位置由铜端子/铝线束之间转移至铝线束基体. 展开更多
关键词 超声波焊接 铜端子 铝线束 微观组织 织构
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振荡扫描激光-电弧复合增材AZ31镁合金组织及性能
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作者 高世祺 郝康达 +3 位作者 徐连勇 高永康 韩永典 赵雷 《焊接学报》 北大核心 2025年第10期1-8,共8页
针对AZ31镁合金开展振荡扫描激光-电弧复合增材制造,探究了扫描振幅对沉积件气孔率、晶粒尺寸、晶界特征和拉伸性能的影响规律.结果表明,激光束扫描行为通过搅拌熔池,改变熔池液态金属流动状态以促进气孔逸出,可以有效消除气孔.当扫描... 针对AZ31镁合金开展振荡扫描激光-电弧复合增材制造,探究了扫描振幅对沉积件气孔率、晶粒尺寸、晶界特征和拉伸性能的影响规律.结果表明,激光束扫描行为通过搅拌熔池,改变熔池液态金属流动状态以促进气孔逸出,可以有效消除气孔.当扫描振幅达到0.8 mm以上时,气孔被完全抑制.另外,激光束扫描通过破碎枝晶并提供更多的形核点可以有效细化晶粒并促使孪晶界的形成.随着扫描振幅的增加,沉积件晶粒尺寸先降低后增加,孪晶界占比先增加后降低,晶粒尺寸和孪晶界占比分别在扫描振幅为0.8 mm时达到最小值23.2μm和最大值35.2%,相比未引入扫描时分别细化和提高了59.44%和37.5%.沉积件拉伸性能在扫描振幅为0.8 mm时最佳,沉积件水平方向抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为239 MPa、102 MPa和25.8%,比未引入扫描时分别提高了27.8%、27.5%和1.632倍. 展开更多
关键词 激光-电弧复合增材制造 振荡扫描激光束 气孔率 拉伸性能 孪晶界
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纳米银焊膏双面连接IGBT封装形式的强度 被引量:6
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作者 梅云辉 连娇愿 +3 位作者 徐乾烨 李欣 陈旭 程维姝 《机械强度》 CAS CSCD 北大核心 2014年第3期352-356,共5页
采用无铅化电子封装用芯片连接材料—纳米银焊膏,成功制备了IGBT双面连接试样。芯片剪切实验表明双面连接试样中纳米银烧结焊点的平均剪切强度可达约22 MPa。通过加入银缓冲层后,试样平均剪切强度达到27.5MPa。-40℃^+150℃的热循环老... 采用无铅化电子封装用芯片连接材料—纳米银焊膏,成功制备了IGBT双面连接试样。芯片剪切实验表明双面连接试样中纳米银烧结焊点的平均剪切强度可达约22 MPa。通过加入银缓冲层后,试样平均剪切强度达到27.5MPa。-40℃^+150℃的热循环老化实验表明,添加银缓冲层的双面连接IGBT试样热循环可靠性更高。 展开更多
关键词 双面连接 IGBT 纳米银焊膏 剪切强度 可靠性 温度循环
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6061-T4铝合金搅拌摩擦焊T型接头拉伸断裂实验研究 被引量:4
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作者 王忠保 宋海鹏 +3 位作者 富东慧 吉建民 崔雷 杨新岐 《天津大学学报(自然科学与工程技术版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第8期728-733,共6页
针对6061-T4铝合金搅拌摩擦焊T型接头力学性能开展了实验研究,首先通过显微观测分析了T型接头的缺陷特征,随后进行了沿蒙皮板方向和沿支撑板方向的宏观拉伸实验,利用数字图像相关(DIC)方法研究了接头的拉伸断裂行为.实验结果表明,焊接... 针对6061-T4铝合金搅拌摩擦焊T型接头力学性能开展了实验研究,首先通过显微观测分析了T型接头的缺陷特征,随后进行了沿蒙皮板方向和沿支撑板方向的宏观拉伸实验,利用数字图像相关(DIC)方法研究了接头的拉伸断裂行为.实验结果表明,焊接接头中均存在弱连接缺陷,且弱连接缺陷是导致接头沿筋板断裂的主要原因.沿蒙皮板方向拉伸时,接头的强度受焊接参数的影响不大,且其断裂主要是由热影响区(HAZ)材料软化且两侧材料强度差异较大所引起;沿支撑板方向拉伸时,试件首先在弱连接缺陷处萌生裂纹,裂纹在载荷作用下沿弱连接所在的方向扩展,并在试件另一侧靠近筋板处产生明显的应力集中区域,最终试件发生剪切断裂失效.此外,接头沿筋板方向抗拉强度随焊接转速的增加有增大趋势. 展开更多
关键词 搅拌摩擦焊 6061-T4铝合金 T型接头 力学性能 数字图像相关 断裂行为
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Si3N4/Cu AMB接头组织与性能分析
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作者 方苗苗 杨振文 +1 位作者 牛士玉 王颖 《焊接学报》 北大核心 2025年第10期24-32,共9页
采用Ag-Cu-In-Ti钎料在钎焊温度为780℃的条件下实现了Si3N4和Cu的活性钎焊连接,研究了接头界面组织及其形成机制,分析了保温时间对接头界面组织和力学性能的影响.结果表明,钎焊过程中,Ti元素与Si3N4反应形成了厚度约为170 nm的纳米多晶... 采用Ag-Cu-In-Ti钎料在钎焊温度为780℃的条件下实现了Si3N4和Cu的活性钎焊连接,研究了接头界面组织及其形成机制,分析了保温时间对接头界面组织和力学性能的影响.结果表明,钎焊过程中,Ti元素与Si3N4反应形成了厚度约为170 nm的纳米多晶TiN反应层与波浪状轮廓的Ti5Si3反应层.钎缝中,反应后剩余的Ti原子与钎料中的Cu,In原子生成Cu2InTi,Cu4Ti两种脆性化合物,此外,还出现了极少量Cu3Ti2相和CuTi相.保温时间通过控制陶瓷侧界面反应进程来调控Ti5Si3反应产物形貌,以及钎缝中脆性Cu2InTi和Cu4Ti化合物的含量,两者共同决定钎焊接头的抗剪强度.随着保温时间的延长,界面反应更为充分,钎缝中的脆性金属间化合物含量减少.当保温时间为20 min时,接头平均抗剪强度最大为309 MPa,其断裂发生在靠近Si3N4陶瓷的界面双反应层处,其中Ti5Si3更为薄弱. 展开更多
关键词 SI3N4陶瓷 活性金属钎焊 界面组织 力学性能 Ag-Cu-In-Ti钎料
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硼钢与铝合金的新型电阻单元焊技术 被引量:5
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作者 凌展翔 罗震 +1 位作者 冯悦峤 李洋 《焊接学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第7期109-113,共5页
文中使用了一种新型电阻单元焊技术,用来连接6061铝合金以及22Mn Mo B硼钢."电阻单元焊"即在上板待焊区域预制工艺孔,将辅助单元塞入孔中,底部与上板持平,要求辅助单元与下板具有好的焊接性,最后使用电阻点焊机在辅助单元处... 文中使用了一种新型电阻单元焊技术,用来连接6061铝合金以及22Mn Mo B硼钢."电阻单元焊"即在上板待焊区域预制工艺孔,将辅助单元塞入孔中,底部与上板持平,要求辅助单元与下板具有好的焊接性,最后使用电阻点焊机在辅助单元处进行焊接,试验中使用的辅助单元为Q235钢钉.研究了该工艺的接头力学性能、断口形貌、微观组织及硬度分布,并进行了电阻点焊试验作为对比.结果表明,传统的电阻点焊几乎无法连接硼钢及铝合金,而电阻单元焊新型工艺能够完成硼钢及铝合金的可靠连接,接头最大拉剪力达到7 142 N,且塑性也十分优良. 展开更多
关键词 硼钢 铝合金 电阻单元焊 力学性能 微观组织
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