基于全国大学生焊接创新大赛构建科研育人的实践与思考

随着创新创业教育的不断深入,在校大学生参加各类创新创业比赛成为一种趋势。比赛具有丰富性和多样性的特征,为学生提供了一个展示才华、增进交流的平台,能够帮助大学生更好地锻炼自己的创新能力。文中探讨学科竞赛全国大学生焊接创新大赛在大学生中的实践与作用,以提升学生创新志趣、动手能力及知识水平三个方面,构建科研育人体系,旨在为深化焊接专业教育教学改革、助推具有较强理论知识、实践能力、创新意识和创新精神的人才培养模式的构建,提高学生的综合能力。

新时代背景下焊接专业全英文课程建设与改革实践——以《Solid State Welding》为例

在全球国际化和国家战略“双一流”建设的背景下,积极构建焊接技术与工程专业或焊接方向的国际化人才培养体系与模式,大力推进全英文课程的建设与改革,加快培养焊接领域国际化综合人才具有十分重要的意义。课程建设与改革是新工科建设的实施途径,文中以《Solid State Welding》全英文课程实践为例,不断完善新工科焊接方向课程体系建设,构建与国际接轨的教学内容与方法,将国际化视野、国际化教学思维及方法融入到全英文教育教学中,使学生在掌握国际课程知识的基础上,开拓国际视野,有效培养国际交流与合作能力。

电脉冲处理对金属材料组织、力学性能影响的研究进展

多能量场辅助材料加工成形是先进制造技术发展的重要方向,其中电脉冲处理(EPT)是一种利用脉冲电流实现材料微观组织调控与力学性能改善的新型处理技术,在辅助金属材料制备和加工等领域有着广阔的应用前景。电脉冲处理具有能量利用率高、作用时间短等优点,在提高材料塑性、促进再结晶和相变等方面具有传统热处理无法比拟的优势。近年来,金属材料组织、力学性能对电脉冲处理的响应行为受到国内外学者的广泛关注。当脉冲电流加载于金属材料时,电场作用下的漂移电子与材料内部组织会发生相互作用,产生焦耳热效应、电迁移效应等电致塑性效应。因此,电脉冲处理能够增强原子扩散、促进位错运动,提高材料塑性变形能力。同时,脉冲电流能够显著促进晶粒细化、固态相变与织构弱化,从而使材料获得优异的综合力学性能。此外,电脉冲处理还可以实现材料内部孔洞和微裂纹的修复,有效抑制裂纹的扩展,从而提高材料的断裂韧性和延长材料的疲劳寿命。本文基于现有研究现状,从晶粒细化、固态相变、裂纹修复等方面,总结分析了电脉冲处理对金属材料微观组织和力学性能的影响规律与作用机制,同时,简要介绍了电脉冲处理改善焊接接头成形特征和性能的相关研究,最后对电脉冲处理技术后续研究进行了展望。

近β型钛合金线性摩擦焊接头变形行为及组织演变的热物理模拟

为了更好地理解近β型钛合金线性摩擦焊(LFW)接头的界面连接行为,采用热压缩物理模拟的方法,以TB2近β型钛合金为研究材料,设计符合LFW工艺特点的帽形热压缩试样,在不同下压量、变形温度及应变速率条件下进行热压缩试验,研究热压缩接头的变形行为及组织演变。结果表明,热压缩过程中热压缩接头连接区(BZ)的峰值剪切应力随变形温度的降低及应变速率的增加而增大,接头BZ的宽度随变形温度和应变速率的增加而减小。接头BZ边缘由沿剪切方向变形的晶粒组成,接头BZ中心由细小的等轴再结晶晶粒组成。接头的动态再结晶机制为连续动态再结晶(CDRX),且CDRX的程度随下压量、变形温度及应变速率的增加而增大。此外,在界面剪切力的作用下接头BZ边缘形成{112}[111]织构,接头BZ中心形成{110}[001]织构。

基于人工神经网络的A357合金力学性能预测(英文)

A357铝合金零件一般都需要经过热处理(T6状态)以获得优异的力学性能。这类零件的性能取决于固溶温度、固溶时间、人工时效温度及人工时效时间。在本研究中,建立了基于反向传播(BP)算法的人工神经网络(ANN)模型,对A357合金的力学性能进行预测,研究了热处理工艺对该合金性能的影响。结果表明,所建立的BP模型能够对A357合金的力学性能进行有效且精度高的预测。良好的神经网络预测能力能够直观地反映A357合金的热处理工艺参数对其力学性能的影响。绘制抗拉强度和伸长率的等值线图形有助于清晰地找到抗拉强度和伸长率之间的关系,可为实际生产中热处理工艺参数的选择提供技术支持。

A357铝合金大型复杂薄壁构件的淬火温度场、残余应力及变形的有限元分析(英文)

基于ABAQUS软件,采用有限元模拟计算的方法对A357铝合金大型复杂薄壁构件的淬火过程进行研究。通过采用传统的反传热方法,对不同淬火介质在不同温度下的换热系数进行精确求解。精确的换热系数确保对A357铝合金大型复杂薄壁构件淬火过程中温度场预测的准确性。采用3种淬火介质(水、机油,5%-UCON淬火试剂A)。通过综合考虑淬火介质及温度因素,对薄壁构件的残余应力及变形的分布和大小进行有限元预测,得到构件淬火结束后的最大残余应力及变形。

利用CFD模拟和ANN模型对A357铝合金大型复杂构件淬火槽内介质流场分布的优化设计(英文)

基于计算流体动力学(CFD)的方法,建立具有两个搅拌系统和两个稳流装置的淬火槽模型,使用Fluent软件对槽内介质的流场分布进行模拟计算。采用文献中的淬火槽内介质流场模拟及实验验证了研究模型的有效性。为了综合考虑搅拌速度、定向流挡板的位置及槽内有效淬火区的位置等因素对介质流场的影响,采用CFD方法与人工神经网络(ANN)相结合的方法对淬火槽内流场的分布进行了研究。结果表明,人工神经网络预测的槽内介质流场大小与Fluent模拟结果非常吻合。这种淬火槽的优化设计方法,可对实际工业生产提供技术支持。

一种钛合金钻杆旋转摩擦焊接工艺的数值模拟与试验研究

苛刻能源钻采环境中钛合金石油钻杆与螺纹接头连接处易发生断裂失效等问题,对未来石油钻杆的连接提出了更高的要求。采用数值模拟和试验相结合的方法对钛合金管材旋转摩擦焊接接头飞边成形、温度场演变和组织性能等进行研究。结果表明,在文中所采取的工艺参数条件下,焊接界面结合良好,拉伸试验后,断裂发生在母材侧,焊接界面两侧的硬度呈“W”型分布;数值模拟温度场变化表明,焊接初期界面温度上升极快,随后进入稳态阶段,此阶段界面塑性金属被大量挤出,形成飞边,包覆在管外壁上。所建立的二维轴对称模型计算结果与试验结果相比,误差控制在合理范围内。文中通过先进固相连接技术研究,为钛合金石油钻杆与螺纹接头的高质量连接提供参考。

AZ31镁合金无针搅拌摩擦点焊接头的显微组织与性能（英文）

采用无针搅拌摩擦点焊工艺,在没有加中间层锌的条件下,对厚度为1.8 mm的AZ31镁合金搭接接头进行焊接。采用不同的搅拌头旋转速度与停留时间,研究工艺参数对接头显微组织和力学性能的影响。AZ31镁合金的无针搅拌摩擦点焊接头的显微组织可以分为搅拌区、热力影响区和热影响区。随着转速和停留时间的增加,搅拌区深度逐渐增大,钩状缺陷从两块板的界面处延伸至上板表面,接头的拉剪强度以及断裂模式(界面剪切和拔出断裂)均与钩状缺陷的形式密切相关。当搅拌头转速为1180 r/min、停留时间为9 s时,接头的拉剪强度达到最大值,为4.22 kN。上薄板显微硬度值及其波动明显高于下薄板的。

基于计算流体力学的A357合金大型复杂构件所用淬火槽内介质流场分布模拟（英文）

基于FLUENT计算流体力学软件,模拟A357铝合金大型复杂构件所用淬火槽内介质流场分布情况。分别采用两类淬火槽结构(未置搅拌系统和配置搅拌系统),对槽内介质流速及流场均匀性进行模拟计算。结果表明,对于未置搅拌系统的淬火槽,其内部介质流场未发现明显的规律性;而对于配置搅拌系统的淬火槽,在不同工艺参数条件下,其内部介质流场均具有一定的规律性。可知,配置搅拌系统的淬火槽优势明显。另外,获得了流场均匀性较合适工艺参数。最后,通过与文献中的结果进行对比,验证所建计算模型,该模型具有很高的计算精度,能对淬火槽的结构进行优化,从而为大型构件的热处理提供技术支持和理论指导。

基于搅拌摩擦点加工技术的TA15钛合金板及其TIG焊接接头组织及硬度（英文）

基于搅拌摩擦点焊加工技术(FSSP),对TA15钛合金TIG焊接接头的组织和硬度进行研究。采用金相分析和硬度测试方法,分别对TA15板材及其TIG焊接接头进行组织分析和硬度测试。结果表明,FSSP不但能有效改善TA15板材组织,而且可以提高其显微硬度,同时也可以改善TA15合金TIG焊接接头的显微微组织。焊核区平均显微硬度值显著提高,热影响区显微硬度值略有增加。搅拌区的硬度明显高于母材,且沿着宽度方向出现两个硬度峰值。经过FSSP之后,TA15合金TIG焊接接头焊核区的平均硬度值与FSSP之前相比,有了显著提高。此外,在所选工艺参数下,TA15板材及其TIG焊接接头经过FSSP之后,表面氧化均不明显,同时也发现,表面均出现晶粒细小的光亮白层组织。

搅拌摩擦点焊技术及其研究现状

鉴于搅拌摩擦点焊受到国内外越来越多学者的关注研究,本文在大量文献分析的基础上对搅拌摩擦点焊进行了分类和总结。详细综述了搅拌摩擦点焊的工艺方法、接头组织和力学性能以及焊接过程数值模拟等方面的研究,归纳了该工艺在航空、航天和汽车领域的应用,最后,分析了搅拌摩擦点焊当前存在的主要问题。

钛合金线性摩擦焊研究现状及展望

线性摩擦焊(LFW)是20世纪80年代出现的一种新型固相焊接方法,主要用来焊接非圆截面的同种及异种金属构件。目前,国外已将LFW成功应用于航空发动机钛合金整体叶盘的制造;国内尽管已经实现了整体叶盘模拟件的焊接,但基础理论研究仍然严重不足。根据公开报道,国内外对同种及异种钛合金的LFW工艺、接头组织结构及力学性能等方面开展了大量研究,揭示了典型钛合金LFW接头的组织与性能的相关特征。从界面微观结构、力学性能、LFW工艺参数、数值模拟等几个方面对近期钛合金LFW的研究成果进行了综述分析,提出了目前研究存在的不足,并总结了钛合金LFW的应用现状与发展前景。

TA15钛合金中纳米压痕附近残余应力应变场及几何必须位错密度的分布(英文)

结合纳米压痕及高分辨电子背散射衍射技术(EBSD)测定了TA15钛合金中α及β相的弹性模量和纳米硬度,揭示了纳米压痕附近应力应变场及几何必须位错(GND)密度的非均匀分布情况。利用高分辨EBSD测试过程中同步保存的背散射电子衍射花样,并基于cross-correlation的处理方法,计算得出了纳米压痕附近区域的残余弹性应力应变场分布。结合应变梯度场理论,计算分析了纳米压痕附近区域的几何必须位错密度分布,进而对合金的微观塑性变形机制进行了讨论与分析。结果表明,α相的弹性模量及纳米硬度分别为129.05GPa和6.44GPa,而β相的相应值为109.80GPa和4.29GPa。纳米压痕附近区域的残余Mises应力呈现明显的非均匀分布并受到相邻较软β相的显著影响。压痕附近的低残余应力区域伴随有显著较高的a形和柱面型几何必须位错密度分布。

基于BP神经网络的TA15钛合金热变形工艺-性能预报

将经过热约束变形的TA15钛合金进行力学性能测试,获得了工艺(温度、应变、应变速率及冷却方式)、性能(抗拉强度、延伸率)参数数据,利用BP人工神经网络建立起其间的关系网络模型。研究表明:所建立的网络可以很好地反映出本材料的工艺-性能之间的关系并且具有一定的精度,网络模型可以用来预测不同变形条件下TA15钛合金的性能。

薄板AA2024铝合金无针搅拌摩擦焊搭接工艺与接头性能

文中研究了2024薄板铝合金无针搅拌摩擦搭接接头形貌及力学性能,分析了工艺参数对接头成形与力学性能的影响.结果表明,工艺参数对接头成形及力学性能影响显著.接头中Hook缺陷对接头性能影响较大.当旋转速度一定时,焊接速度的增大使得焊核深度减小,Hook缺陷尖端趋于圆滑过渡,接头的拉剪强度随之增大.当焊接速度一定时,随着旋转速度的增大,焊核深度先增大后减小,Hook缺陷尖端上翘的严重程度先加重后减弱,拉剪强度先降低后增加.搭接接头上下两板的横向显微硬度曲线都近似"W"形分布,最低值出现在上板的热影响区.

冷喷涂复合加工制造技术及其应用

冷喷涂是一种固态快速成形技术,现已用于增材制造、修复损伤的航空航天用零部件等。但冷喷涂沉积体的固有特性--高强低塑,限制了其工业应用。本文综述了冷喷涂复合加工技术的新进展及应用。重点讨论了冷喷涂可复合机械加工和喷丸等普通加工技术,也可与激光、热处理、热轧、热等静压、搅拌摩擦加工、搅拌摩擦焊和钎焊等热加工技术复合,提升冷喷涂沉积体的强塑性,以及冷喷涂层作为强化层促进有色金属的连接。最后指出冷喷涂与多种机械加工工序的协调、与焊接技术的复合等方面仍需加强,旨在复合其他技术来扩展传统加工制造的内涵。

线性摩擦焊IN718接头微观组织与织构演变

不同工艺参数下对IN718高温合金进行了线性摩擦焊接试验,采用OM,SEM,EBSD等对接头微观组织与织构进行了表征.结果表明,在摩擦压力169 MPa、振幅3 mm、频率35 Hz、摩擦时间6 s参数组合下获得的接头质量相对较好,但在焊缝端部仍能发现氧化物和碳化物.焊缝区δ相完全溶解,残留少量Nb N;而热力影响区δ相部分溶解,部分晶界发生液化并伴有Laves相的产生.焊缝区发生了充分动态再结晶,呈现为等轴细晶组织,并在剪切力的作用下出现了明显剪切织构C(100)[0 1-1],而热力影响区发生部分动态再结晶,形成了(335)[1-86]织构.

TA15钛合金热变形工艺-组织的人工神经元预报

TA15钛合金经过不同条件的热约束变形之后进行金相观察,获得了工艺(温度、应变、应变速率、冷却方式)和组织(初生α相含量、初生α相尺寸、初生α相长径比)参数数据,分别以这些数据作为输入和输出,建立了结构为4×6×8×3的BP人工神经网络。研究结果表明:所建立的网络可以很好地反映出材料的工艺-组织之间的关系并且具有一定的精度,网络模型可以用来预测不同变形条件下TA15钛合金的组织,且对于TA15钛合金的实际生产具有有效的指导作用。

整体叶盘线性摩擦焊接设备研制与发展现状

线性摩擦焊作为航空发动机整体叶盘制造与修复的一项关键技术得到了快速发展与成功应用,并在航空航天及其他制造领域中具有广阔的前景。主要针对线性摩擦焊的设备研制与发展历程,介绍电磁式、机械式及液压式3类结构的设备工作原理与主要优缺点,同时介绍了国内外用于整体叶盘研制的典型设备的主要性能指标、结构特点及各自开展的研究与应用现状,并在最后指出线性摩擦焊设备现阶段的不足与发展前景。