机械论文：喜报《焊接学报》等14篇论文入选中国机械工程学会2022年优秀论文
为促进中国机械工程学会科技期刊发展，鼓励科技工作者多出科研精品、原创性研究成果，引导更多优秀成果在我国科技期刊首发，助推中国科技期刊建设，中国机械工程学会面向学会科技期刊开展了“中国机械工程学会优秀论文”遴选工作。此次遴选采取专家实名推荐制，专家通过网络平台完成推荐，在评审专家网上评议和评审专家委员会会议评审后，最终遴选出100篇优秀论文。其中综述型7篇、基础研究论文34篇、应用研究论文59篇。《焊接学报》《CHINA WELDING》《焊接》三刊共14篇论文入选，获奖论文如下：
《焊接学报》
高碳马氏体不锈钢M390与奥氏体不锈钢304闪光对焊的微观组织及力学性能
曹睿1乔丽学1车洪艳2, 3李晌4王铁军2, 3董浩2, 3
（1.兰州理工大学 有色金属先进加工与再利用省部共建国家重点实验室2.中国钢研科技集团有限公司 安泰科技股份有限公司3.河北省热等静压工程技术研究中心4.八环科技集团股份有限公司）
摘要: 通过闪光对焊方法连接M390高碳马氏体不锈钢与304奥氏体不锈钢. 通过室温拉伸试验、显微硬度测试表征了焊接接头的力学性能. 采用扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)和X射线衍射(XRD)分析了焊接接头的微观组织形貌、元素扩散及各区域相组成. 结果表明，利用合适的焊接工艺参数，M390与304之间可以形成焊缝形貌美观、抗拉强度最大值为480.62 MPa、断后伸长率为6.2%的闪光对焊焊接接头. 焊缝组织由马氏体、奥氏体、M23C6和M7C3组成. M390侧及焊缝中碳化物类型为(Cr，V)碳化物. M390热影响区不同位置受到的热影响不同，导致在不同位置碳化物的聚集长大程度不同. M390粗晶区中碳化物聚集长大的同时有新的碳化物不断析出，碳化物以长条状和颗粒状两类形貌存在，而细晶区中碳化物尺寸小，以颗粒状存在. 焊接接头为脆性断裂，断裂位置在焊缝，这与焊缝组织及焊接接头元素扩散相关.
引用本文
曹睿,乔丽学,车洪艳,李晌,王铁军,董浩.高碳马氏体不锈钢M390与奥氏体不锈钢304闪光对焊的微观组织及力学性能[J].焊接学报,2022,43(02):27-33.
doi: 10.12073/j.hjxb.20210616005
感应钎涂粉末熔融及传热机制
龙伟民1, 2刘大双3张冠星2吴爱萍1
（1.清华大学2.郑州机械研究所有限公司3.合肥工业大学）
摘要: 感应钎涂技术是材料表面修型提性的重要技术手段，分别选用碳钢和陶瓷作为基板进行感应钎涂试验，系统研究了粉状和膏状钎涂层温度变化规律，分析了钎涂过程热量传递方式和路径. 结果表明，感应钎涂时涂层材料不能被直接感应加热，钎涂层升温的热源几乎全部来自于钢基体的热传导，液固界面剧烈传热并梯次推进，促进了金属钎料的熔融铺展；当基材由导电且能够被感应加热的碳钢替换为陶瓷时，涂层材料升温只能依靠自身生热. 粉状钎涂料呈游离态，粉末颗粒之间及粉末颗粒与金刚石之间充满气体，基体的热量难以传导至上部，粉末难以充分熔融，而添加粘结剂的膏状钎涂料在感应过程中能快速熔化，粘结剂兼有导热、助熔和保护等多重作用.
引用本文
龙伟民,刘大双,张冠星,吴爱萍.感应钎涂粉末熔融及传热机制[J].焊接学报,2021,42(11):29-34.
doi: 10.12073/j.hjxb.20210916001
X80埋弧焊热影响区的微观组织与局部软化行为分析
朱敏,张延松
(上海交通大学 上海市复杂薄板结构数字化制造重点实验室)
摘要: 以X80高等级管线钢埋弧焊接头作为研究对象，利用小尺寸拉伸样配合数字图像相关技术(DIC)对其热影响区的局部软化现象和失效行为做了表征，研究接头热影响区的强度退化和组织演变之间的关系. 应用数字图像相关技术的拉伸应变云图表明，单道焊热影响区内的一次细晶区(FGHAZ)及两道焊交叠热影响区内的二次细晶亚区(UAFZHAZ和ICFGHAZ)均发生了明显的软化现象. 微观组织表征结果表明，微区内部位错缠结、位错墙等亚结构消失导致的位错强化效果的下降和M/A组元形态及数量变化导致的析出强化效果的减弱是软化发生的主要原因；在两道焊交叠热影响区，二次细晶亚区的局部软化可以被周围的其它区域有效缓和，对接头的安全服役威胁较小，相比之下，一次细晶区的强度退化更值得关注.
引用本文
朱敏,张延松.X80埋弧焊热影响区的微观组织与局部软化行为分析[J].焊接学报,2021,42(04):69-73.
doi: 10.12073/j.hjxb.20200929002
搅拌摩擦焊温度场的数字孪生建模方法
杨诚乐1史清宇1武传松2陈高强1
（1.清华大学2.山东大学）
摘要:作为制造技术数字化与智能化的关键技术，数字孪生技术的发展对现有建模方法提出了新的要求. 其中，信息与物理的实时融合是数字孪生建模方法中的关键. 以搅拌摩擦焊(FSW)为例，建立了一种可在“移动热源法”数值模拟中实时融入实测温度数据的迭代式信息-物理融合算法，并论证了基于此对焊接温度场进行实时复刻的可行性. 算例试算表明，此迭代式信息-物理融合算法具有较高的可靠性，基于迭代式信息-物理融合算法的计算得到的温度相对实测温度的平均误差在5℃以内. 此外，采用时间步长1.5 s或2.0 s时，计算所消耗的时间将少于焊接的物理过程时间. 这使得“移动热源法”数值模拟与FSW物理过程能够以秒级的时间精度进行同步. 因此，将传感器数据实时融入与物理过程同步的数值模拟模型，是实现焊接过程数字孪生的一种可行方法.
引用本文
杨诚乐,史清宇,武传松,陈高强.搅拌摩擦焊温度场的数字孪生建模方法[J].焊接学报,2021,42(03):1-6.
doi: 10.12073/j.hjxb.20201228001
不同路径下316不锈钢电弧增材组织和性能
刘黎明,贺雅净,李宗玉,张兆栋
(大连理工大学 辽宁省先进连接技术重点实验室)
摘要: 以316不锈钢为材料，探讨了平行往复、“十”字正交、插补堆积三种不同路径下TIG电弧增材试件微观组织及力学性能的差异. 结果表明，三组试件中部组织存在明显差异，平行往复试件树枝晶粗大发达，生长方向高度一致. “十”字正交试件树枝晶生长方向多，枝晶紊乱，层间过渡区域大. 插补堆积试件二次枝晶不发达，组织细密. 在显微硬度方面，三组试件的维氏硬度自底板至顶部呈现先减小后增大的趋势，平行往复试件显微硬度最大. 在拉伸性能方面，平行往复试件纵向抗拉强度最高，纵向受力时可采用该方式增材. 插补堆积试件横向抗拉强度最高，横向受力时可采用该方式增材. “十”字正交试件力学性能表现出各向同性，多向受力且对塑性要求较高时可采用该方式增材.
引用本文
刘黎明,贺雅净,李宗玉,张兆栋.不同路径下316不锈钢电弧增材组织和性能[J].焊接学报,2020,41(12):13-19.
doi: 10.12073/j.hjxb.20200806001
基于改进卷积神经网络的管焊缝X射线图像缺陷识别方法
樊丁1胡桉得1黄健康1徐振亚2徐旭3
（1.兰州理工大学 省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室2.宝山钢铁股份有限公司3.兰州兰石检测技术有限公司）
摘要: 针对卷积神经网络(CNN)应用于焊缝探伤图像识别时，目标区域占比小，局部信息冗余，激活函数小于零时出现硬饱和区导致模型对输入变化较敏感、网络参数难以训练的问题，采用超像素分割算法(SLIC)和改进的ELU激活函数构建CNN模型进行焊缝探伤图像缺陷识别.首先，在CNN模型中使用ELU激活函数，在缓解梯度消失时对输入噪声产生更好的鲁棒性，同时，利用SLIC算法对图像像素进行像素块处理的特点，增大焊缝探伤图像中感兴趣区域的占比，降低局部冗余信息，提高模型在训练过程中的特征提取能力. 通过对焊缝探伤图像感兴趣区域提取并与所述CNN模型进行对比试验. 结果表明，该方法在焊缝探伤图像特征提取、训练耗时及识别准确率方面较传统卷积神经网络有更好的表现.
引用本文
樊丁,胡桉得,黄健康,徐振亚,徐旭.基于改进卷积神经网络的管焊缝X射线图像缺陷识别方法[J].焊接学报,2020,41(01):7-11.
doi: 10.12073/j.hjxb.20190703002
超高功率激光-电弧复合焊接特性分析
黄瑞生1杨义成2蒋宝1聂鑫1王子然1
（1.哈尔滨焊接研究院有限公司2.哈尔滨焊接研究院有限公司 机械科学研究总院集团有限公司）
摘要: 为了对超高功率激光-电弧复合焊接过程特性有深入的理解. 借助高速摄像，以焊接过程中羽辉和飞溅为主要研究对象，对比分析了激光功率从5kW增加到30kW时，激光热源与不同电弧热源复合，以及是否填丝对焊接特性的影响规律.结果表明，激光功率增加，羽辉和飞溅面积的均值都呈增加趋势，两者的波动程度也呈上升趋势；冷丝的添加在降低焊缝熔深的同时使激光-MAG复合焊接过程中的稳定性变差；激光-TIG复合填丝焊接过程的稳定性明显优于另外两种焊接形式；高功率激光复合焊接时，高温羽辉对激光的散射和吸收作用会使熔深增加趋势放缓.
引用本文
黄瑞生,杨义成,蒋宝,聂鑫,王子然.超高功率激光-电弧复合焊接特性分析[J].焊接学报,2019,40(12):73-77.
doi: 10.12073/j.hjxb.2019400316
不等厚板搭接焊缝缺陷数字X射线检测
迟大钊1马子奇2程怡2王梓明1
（1.哈尔滨工业大学 先进焊接与连接国家重点实验室2.上海航天设备制造总厂有限公司）
摘要: 在不等厚钢板搭接焊缝X射线检测图像中，由于工件及焊缝厚度变化带来的图像背景灰度差异、焊缝区灰度连续变化等，给基于图像处理的缺陷自动识别带来困难.同时，被检测焊缝装卡的空间位置具有不确定性，垂直布置的焊缝和重力方向存在一定角度，不便于缺陷自动识别及定位.文中给出一种基于不变矩的X射线图像校正方法，解决焊缝图像倾斜问题；在此基础上，给出一种图像噪声抑制、背景去除、图像分割及数学形态学相结合的缺陷识别方法.结果表明，所提方法能有效识别不等厚搭接焊缝中的气孔类缺陷，适用于自动检测.
引用本文
迟大钊,马子奇,程怡,王梓明.不等厚板搭接焊缝缺陷数字X射线检测[J].焊接学报,2019,40(11):45-48.
doi: 10.12073/j.hjxb.2019400286
基于混合硬化模型的Ti-6Al-4V低周疲劳损伤分析
宋松1韩永典1,2徐连勇1,2,3荆洪阳2赵雷1,2
（1.天津大学材料科学与工程学院2.天津市现代连接技术重点实验室3.天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室）
摘要: 以连续损伤力学(CDM)为基础，根据Ti-6Al-4V钛合金应变疲劳试验结果，改进了Krajcinovic和Lemaitre提出的损伤本构模型，并拟合确定了损伤模型参数；将该损伤本构模型编写为USDFLD子程序并耦合到ABAQUS有限元软件中. 使用Chaboche非线性随动强化和非线性各向同性硬化的混合硬化模型来描述Ti-6Al-4V钛合金的弹塑性行为，并拟合确定了混合硬化模型参数. 模拟了材料在不同应变幅下的低周疲劳损伤演化. 结果表明，损伤模型预测寿命和试验寿命吻合较好，对比试验和模拟结果可以发现，损伤模型预测寿命的平均误差为3.878%.
引用本文
宋松,韩永典,徐连勇,荆洪阳,赵雷.基于混合硬化模型的Ti-6Al-4V低周疲劳损伤分析[J].焊接学报,2019,40(01):43-48.
doi: 10.12073/j.hjxb.2019400009
《China Welding》
Mg2Sn-induced whisker growth on the surfaces of Mg/Sn/Mg ultrasonic-assisted soldering joints
操慧珺1,2,3李世钦1,2张英干1,2朱轶辰1,2,4李明雨4张志昊1,2
(1.College of Materials,Xiamen University2.Shenzhen Research Institute,Xiamen University3.School of Transportation Engineering,Xiamen City University4.Sauvage Laboratory for Smart Materials,School of Materials Science and Engineering,Harbin Institute of Technology (Shenzhen))
Abstract：In this paper, the phenomena of Mg2Sn-induced Sn whisker growth were explored on the surfaces of Mg/Sn/Mg ultrasonic-assisted soldering joints after aging treatment. The in-situ observation and thermal analysis confirmed that the formation and the corrosion of Mg2Sn nanoparticles were the dominant reason of Sn whisker growth. The Mg2Sn accumulation at the grain boundaries would pin the dislocation slip and affect the continuity of whisker growth, and the boundary angle would thus play a decisive role in the growth shape of Sn whiskers due to the pining effect of Mg2Sn. This study might be conducive to elucidating the growth behavior of Sn whiskers and provide the exploration strategy to further improve the bonding strength of Mg/Sn/Mg ultrasonic-assisted soldering joints.
引用本文
操慧珺,李世钦,张英干,朱轶辰,李明雨,张志昊.Mg2Sn-induced whisker growth on the surfaces of Mg/Sn/Mg ultrasonic-assisted soldering joints[J].China Welding,2022,31(01):47-59.
doi: 10.12073/j.cw.20211209001
Effect of shielding gas and defocusing on porosity during laser beam welding of 7A52 alloy
王磊,许雪宗,王克鸿,李赫,黄勇
(School of Materials Science and Engineering,Nanjing University of Science and Technology Key Laboratory of Controlled Arc Intelligent Additive Manufacturing,Nanjing University of Science and Technology)
Abstract：Laser beam welding is used to fabricate the 7A52 aluminum alloy plates.Effects of shielding gas and defocusing on porosities are investigated. Porosities are divided into hydrogen porosities and keyhole-induced porosities. With the increasing flow rate of the front shielding gas, the porosity ratio firstly decreases, then increases. The porosity ratio is lowest under the flow rate of 25 L/min. When the flow rate is 30 L/min, the porosity ratio is higher because the large flow rate can affect the stability of the keyhole.The porosity ratio is also higher when the flow rate is less than 25 L/min because the protection is weakened. With the increase of the defocusing, the porosity ratio firstly decreases, then increases. When the defocusing is –2 mm, the porosity ratio is lowest. When the defocusing is more than 0 mm or less than –4 mm, the porosity ratio is higher due to the movement of the instable keyhole.
引用本文
王磊,许雪宗,王克鸿,李赫,黄勇.Effect of shielding gas and defocusing on porosity during laser beam welding of 7A52 alloy[J].China Welding, 2020,29(03):20-25.
doi: 10.12073/j.cw.20200430006
Effect of Ga on microstructure and properties of Sn-Zn-Bi solder for photovoltaic ribbon
张敏,许桓瑞,王刚,朱子越
(School of Materials, Xi’an University of Technology)
Abstract：In this study, SEM, EDS, XRD and other test methods were used to study the effects of different Ga contents (0~2 wt.%) on microstructure, electrical conductivity,spreading area and mechanical properties of Sn-9Zn-3Bi solder.The results revealed that the microstructure of Sn-Zn-Bi-Ga solder alloy was mainly composed of β-Sn,Zn-rich, Bi-rich phase and Sn-Zn eutectic structure.The Ga can significantly improve the wettability of Sn-Zn-Bi on the pure copper,the maximum wetting area was 105.3 mm2.With the increase of the Ga content the melting point of the solders decreased from 195 ℃ to 177 ℃.In addition,the Ga element can increase the oxidation resistance of solder. Its conductivity showed a decreasing trend with the gradual increase of the Ga content.With the increased of the Ga content the IMC (Intermetallic Compound) of Sn-Zn-Bi-xGa/Cu is only Cu5Zn8 and its thickness decreased remarkably.
引用本文
张敏,许桓瑞,王刚,朱子越.Effect of Ga on microstructure and properties of Sn-Zn-Bi solder for photovoltaic ribbon[J].China Welding,2019,28(04):1-7.
doi: 10.12073/j.cw.20190917001
Microstructure and properties of in-situ chromium carbide composite coating by laser cladding
何亚楠,宋强,孙康,赵玉桥,崔洪芝
(School of Materials Science and Engineering,Shandong University of Science and Technology)
Abstract：Using Ni/Cr/graphite powder blends as raw powders,a Ni matrix composite coating reinforced by in-situ carbide, was fabricated on the surface of Q235 by means of laser cladding.These microstructure and properties were discussed. The result of phase analysis (XRD) and microstructure investigation (SEM) showed that the coatings consist mainly of Cr3C2,Cr7C3 and γ-(Ni, Cr),which are consistent with the thermodynamic calculations. The wear morphology of the coatings was also examined. The results of dry sliding wear tests of different Cr/C ratio show that the wear resistances of the Cr3C2-reinforced coating, respectively,are 13.4, 9.5, 9.1 and 6.5 times higher than that of the substrate and the main wear mechanisms of the coatings are adhesion and abrasive wear with slight oxidation.
何亚楠,宋强,孙康,赵玉桥,崔洪芝.Microstructure and properties of in-situ chromium carbide composite coating by laser cladding[J].China Welding,2018,27(04):10-17.
doi: 10.12073/j.cw.2018101101
《焊接》
t8/5对X100管线钢热影响区粗晶区断裂韧性的影响
朱海山1徐连勇2曹健3贾鲁生1
(1.中海油研究总院有限责任公司2.天津大学3. 哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室)
摘要：按照BS 7448标准并结合显微分析方法,采用热模拟技术对t8/5条件下X100级管线钢焊接热影响区粗晶区(CGHAZ)的断裂韧性(CTOD)进行了研究。结果表明,CTOD值随着t8/5的增加而增加,显微组织由板条贝氏体向粒状贝氏体转化。当t8/5=40 s时,原奥氏体晶界处出现的粗化链状M-A组元,使得断裂韧性出现下降;当t8/5=50 s时,断裂韧性继续增加,但随着热输入的增大,晶粒有粗化的倾向。
引用本文
朱海山,徐连勇,曹健,贾鲁生.t8/5对X100管线钢热影响区粗晶区断裂韧性的影响[J].焊接,2021(03):5-12.
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