新型射频组织焊接电极的设计、仿真与实验研究

目的设计一种新型射频组织焊接电极,提高吻合口生物力学强度的同时减少组织热损伤。方法设计表面存在镂空结构的新型电极(梅花形电极),以环形电极作为对照组,在射频能量作用下完成肠道组织焊接,通过撕脱力和爆破压测试研究焊接吻合口的生物力学特性,采用有限元电-热-力多场耦合仿真分析和热电偶探针研究焊接过程中的组织热损伤,并对微观组织结构进行检查。结果当焊接功率120 W、焊接时间8 s、压合压强20 kPa时,肠道吻合口呈现最优的生物力学特性。与环形电极对照组相比,梅花形电极组吻合口生物力学强度更高,撕脱力和爆破压分别从(8.62±1.22)N、(81.7±3.36)mmHg增加到(9.54±1.24)N、(89.4±4.15)mmHg,且组织热损伤显著减少,组织微观结构连接更为紧密。结论该新型电极在提高吻合口生物力学强度的同时可减少组织热损伤,进而实现更好的吻合效果。研究结果可为实现人体管腔组织的无缝连接提供参考。

水冷式射频组织焊接电极的多物理场仿真与实验研究

为了降低射频组织焊接中高温造成的热损伤,设计了一种创新的水冷式射频组织焊接电极,使用COMSOL Multiphysics软件对猪小肠的体外焊接过程进行了多物理场仿真,结合焊接和爆破压实验对生物组织的焊接温度与效果进行了分析。结果表明:仿真使用“温度阈值”方法解决了现有模型中生物组织水分的可逆蒸发问题;在相同实验条件下水冷电极的最大焊接温度为139.8℃,平均焊接温度为112.5℃,较典型金属电极明显得到控制;水冷电极作用下生物组织爆破压达到62.3±13.7 mmHg,满足焊接要求。仿真模型预测的温度与实验结果拟合良好,且水冷电极有效焊接了组织,控制了焊接温度。

射频组织焊接技术用于结直肠吻合的探索性研究

利用射频能量焊接肠组织,研究压合压强、功率、温度参数对焊接效果的影响。利用自制的焊接器械和射频能量平台,进行焊接猪离体结直肠组织实验。实验参数为:射频频率450 kHz,输出功率恒定(50和70 W),在压合压强(1 125和2 658 kPa)下持续焊接肠组织240 s,控制焊接过程中的最高温度为(95±5)℃。实验完成后通过组织病理切片对比不同条件下肠道焊接的牢固程度、热损伤情况。结果表明:在50和70 W功率下,压合压强1125 kPa的组,焊接部位浆膜层紧紧贴合,周围组织结构保持完好;压合压强2 658 kPa的组,焊接部位浆膜层未完全融合,且周围黏膜损伤较明显。最高焊接温度控制在(95±5)℃时,功率50和70 W的组焊接效果在组织病理切片观察中无明显差异。射频能量焊接结直肠可行性良好,但压合压强过大易导致焊接部位周围组织损伤;且考虑到焊接部位周围的温度分布不均匀,不可单一用温度参数作为判断焊接效果的标准。

基于射频能量的肠道组织焊接研究

目的在射频能量的作用下,通过新型压力可控电极对猪小肠(回肠部分)进行焊接,验证能量组织焊接技术对于肠道结构重建的可行性和安全性。方法将新鲜猪小肠按"黏膜-浆膜"嵌套在负电极上,通过施压圆锥体对正电极施加不同的压合压强(497、796、995、1194、1492 k Pa),在射频能量作用下完成肠道组织的焊接,通过撕脱力和爆破压测试研究焊接吻合口的生物力学特性,并对组织热扩散和微观组织结构进行检查。结果在能量输出功率160 W,压合压强995 k Pa,焊接时间为13 s时,肠道吻合口呈现最优的生物力学特性,其撕脱力和爆破压分别达到(8.73±1.11)N和(8.29±0.41)k Pa,且组织微观结构较完整,并能观察到少量游离胶原蛋白。结论射频能量组织焊接技术具有良好的应用前景,能够实现肠道组织快速、稳定的连接,对缩短手术时间、简化操作流程并提高手术质量,具有重要意义。

激光在生物组织焊接中的研究进展

0引言 随着激光技术的发展，一门暂新的学科——激光医学已逐步形成．几个世纪以来外科医生一直采用缝合技术修复和重建损伤的组织，这种缝合常导致感染、产生肉芽肿并抑制组织的自然修复过程，为此需要一种较精密且损伤小的组织重建方法，而激光技术正使这种理想成为了可能．

面向射频组织焊接的可降解电极结构设计与实验研究

目的:研究可降解镁合金作为射频能量组织焊接电极时对肠道吻合口热损伤与生物力学强度的影响。方法:对传统铜电极和新型镁合金电极在射频焊接过程中肠道吻合口的温度变化和组织热损伤进行仿真分析。同时,通过离体实验对仿真结果进行验证,探索在两组电极边缘处和距边缘3 mm处组织温度的变化规律,并对镁合金电极焊接的组织吻合口进行生物力学强度测试和组织微观结构观察。结果:与铜电极相比,镁合金电极能够有效降低焊接区域的平均温度(90℃ vs 75℃)和侧向热损伤距离(3.3 mm vs 2.7 mm),提高吻合口的生物力学强度(爆破压:126.01 ±16.02 mmHg vs 167.01 ±30.41 mmHg,撕脱力:18.87 ±3.15 N vs 22.14 ±1.59 N)。结论:本文验证了镁合金作为射频组织焊接电极的可行性与有效性,所取得的研究成果,为实现人体管腔组织的无缝连接提供了新的思路。

基于射频能量的小肠组织焊接算法优化研究

利用基于自制的射频能量设备对胃肠组织焊接算法进行优化研究,通过改变终止电压衰减量降低组织热损伤,以防止组织结痂、碳化现象发生。在实验过程中,通过控制单一变量,完成猪小肠焊接实验,对终止电压进行不同系数的衰减,分别取衰减量(DV)为60%、80%和100%,采用爆破压和热损伤评估焊接结果。经过爆破压和热损伤实验,得出以下结果:当调整电压衰减量为60%、80%和100%时,爆破压分别为9.387±0.423 7KPa、10.17±0.501 3KPa、9.286±0.427 9KPa;热损伤分别为0.376 9±0.019 48cm、0.398 8±0.010 25cm、0.419 4±0.015 01cm。实验表明,在合适的电压衰减系数算法下,热损伤及爆破压均有优化。在实际应用中,应该选取适当的电压衰减系数,才可保证管腔组织闭合后具有较大的爆破压和较小的热损伤范围。

TB10钛合金的焊接组织与性能

研究电子束焊接态TB10钛合金的显微组织和力学性能。结果表明:TB10板材焊区经过固溶及双重时效后,可得到较好的强度配合以及优异的显微组织和力学性能;焊接和焊接前的热处理工艺使焊区的抗拉强度、屈服强度和塑性均有所下降;经过(725℃,1 h,FC)固溶处理后经双重时效处理后,焊区的冲击断裂韧性达到31.3～45.6J/cm^2;固溶+双重时效处理后,合金基体和焊区的显微组织由β相、粗大的初生α相、短小细长的针状次生α相组成;热处理后,合金元素在不同相中的重新分布使各相变得更加稳定。

高频人体组织器官焊接术的研究进展

外科吻合术是外科手术过程中的必须环节，已经具有上千年的历史。在20世纪以前，外科吻合术都是采用针线缝合，缝合线也是采用一些天然材料。虽然近几十年针线缝合在材料和技术上都有所改进，但其缝合具有耗时长、恢复慢、易感染、创口大易留疤痕等明显缺点，给患者带来诸多痛苦，并延长外科手术时间和术后康复时间。

焊接金相组织参数自动测量软件系统的研究

在MSC／C＋＋7.0集成环境下成功地开发了一个完整的焊接金相组织参数自动测量系统。该系统具有完善的功能和友善的人机界面，操作灵活，运行可靠，满足定量金相的要求。可对晶粒、第二相粒子、片状组织和焊缝夹杂物的特征参数进行测量与计算。这对于建立焊接接头性能与其组织参数间的定量关系、合理选择工艺参数、提高焊接质量和发展定量焊接冶金具有重要的理论意义和实用价值。

焊接金相组织自动定量识别软件系统

在ＭＳＣ／Ｃ＋＋７．０集成环境下成功的开发了一个焊接金相组织自动定量识别软件系统（ＷＭＳＱＲＳ）。该系统根据焊接金相组织的灰度特征和几何特征创造性的抽取了多个关键性的特征参数，利用模式识别原理建立了相应的识别函数和最小距离法分类器。利用该系统能够较好的对低碳钢、低合金钢焊接金相组织进行自动定量识别分析。其识别的可靠性、准确性和再现性能满足焊接定量金相的要求。这对于建立焊接接头成分、组织和性能之间的定量关系，合理地选择焊接材料，制定工艺参数，提高焊接质量，发展定量焊接冶金具有重要的理论意义和实用价值。

1.4003不锈钢与0Cr18Ni9不锈钢焊接接头组织和力学性能

通过室温拉伸、室温弯曲、低温冲击、硬度试验以及金相分析对1.4003铁素体不锈钢与0Cr18Ni9奥氏体不锈钢焊接接头的显微组织和力学性能进行了研究。试验结果表明:采用MAG焊焊接的1.4003铁素体不锈钢与0Cr18Ni9奥氏体不锈钢,其接头的抗拉强度不低于母材的,弯曲性能良好。接头1.4003钢侧HAZ的冲击性能较差,且随温度的降低,其冲击性能显著降低。焊缝为奥氏体+铁素体双相组织,0Cr18Ni9钢侧HAZ为奥氏体组织,1.4003钢侧HAZ为晶粒粗大的单一铁素体组织。

基于焊接面组织超细化的40Cr/Cr12MoV超塑固态焊接

探讨了结构钢与工具钢待焊接区表面高频淬火后超塑焊接的可行性及影响因素,并对接头组织进行了观察和分析。试验表明,焊接区局部高频淬火后的结构钢与工具钢,在t0=10min、σ0=56.6MPa、 ε0=1.5×10-2min-1、θ=800℃、t=3.5min的压接条件下可实现良好的固态焊接,其接头强度达到40Cr母材强度。

Cr15Mn9Ni1N不锈钢焊接接头的组织及凝固模式

分析了Cr15Mn9Ni1N奥氏体不锈钢钨极氩弧焊接头的组织。结果表明:在靠近熔合线的热影响区,经过高温焊接热循环后析出较多的δ铁素体,大线能量时其范围增大;靠近熔合线焊缝金属的组织为奥氏体胞晶中分布着残留蠕虫状δ铁素体;焊缝中心区域为奥氏体树枝晶中分布着残留骨架状δ铁素体;大线能量接头的熔合线处的组织为奥氏体晶粒上分布侧板条形δ铁素体,而小线能量时为奥氏体晶粒。分析认为:焊缝金属的凝固模式为δ铁素体先从液相中析出,随后通过固态相变转变为奥氏体,未转变的残留δ铁素体以蠕虫状、骨架形或侧板条的形态分布于奥氏体中。Hammar-Svensson Cr、Ni当量公式适于预测这种钢焊缝金属的凝固模式。

焊后热处理对5B70铝镁钪合金板材焊接接头组织性能的影响

以5B71焊丝为焊接填充材料,对厚度6mm的5B70-H32铝镁钪合金板材进行氩弧焊焊接,之后对焊接接头进行280~340℃/1h焊后处理。采用力学性能测试和显微组织评估方法研究了焊后热处理对5B70铝镁钪合金板材焊接接头组织性能的影响。结果表明,合金焊接接头焊缝区为明显的树枝晶组织,采用焊后退火处理后焊接接头焊缝区枝晶明显减少,晶粒更为均匀,同时基体中析出大量A l3（Sc,Zr）粒子;焊后处理能显著提高5B70铝镁钪合金焊接接头的强度,在280~340℃范围内,焊后处理温度愈高,强度升高愈显著,塑性也有所提高;焊缝区A l3（Sc,Zr）粒子析出强化是焊接接头焊后退火力学性能提高的主要原因。

梯度热处理对Ti_2AlNb/TC11双合金焊件焊接界面显微组织的影响

采用梯度热处理对近等温锻造的真空电子束焊接的Ti2AlNb/TC11双合金进行热处理,利用OM对热处理前后的焊接界面组织进行观察分析,研究了梯度热处理对焊接界面显微组织的影响。实验结果表明,梯度热处理前后Ti-22Al-25Nb侧热影响区显微组织变化不大,但热处理后第二相有所球化长大;TC11侧热影响区由网篮组织转变为双态组织;焊缝区组织变化明显,大量短棒状、球状第二相弥散析出,且分布比较均匀,这可能是梯度热处理使合金元素均匀分布所致。

12Cr1MoV低合金钢管的焊接组织与性能

通过对12Cr1MoV低合金钢管试验及分析,结果表明,其力学性能符合标准。焊缝及热影响区组织为贝氏体+铁素体,焊缝和细晶区晶粒细小、显微硬度较高;粗晶区晶粒粗大、硬度较低;基体组织为铁素体+珠光体,硬度更低。总体焊接性能良好,尚能满足使用要求。

B级钢/Q450NQR1钢焊接接头组织与力学性能

通过拉伸、弯曲、冲击、硬度试验以及金相分析等方法,研究了B级钢/Q450NQR1钢焊接接头组织与力学性能。结果表明:接头抗拉强度优于母材B级钢,弯曲性能良好;B级钢侧HAZ冲击值较低;焊缝组织为先共析铁素体+针状铁素体,B级钢侧HAZ为铁素体+网状珠光体,晶粒粗大。

火力发电机高温部件用Ni-Fe基高温合金焊接组织与性能的计算机模拟

以火力发电机高温部件用Ni-Fe基高温合金为研究对象,通过计算机模拟和实际测量得到Ni-Fe基高温合金的焊接热循环曲线,研究了Ni-Fe基高温合金的焊接组织和力学性能。结果表明,Ni-Fe基高温合金经焊接热循环后,其γ'相组织数量减少,导致其力学性能相对于母材明显降低,在室温和高温下拉伸断口形貌均具有穿晶断裂特征。

热轧DP590双相钢焊接接头组织的研究

研究了焊条电弧焊与半自动CO2气体保护焊方法对DP590热轧双相钢焊接接头微观组织的影响,并测定了焊接接头的硬度。通过对2种焊接方法的焊接接头在焊缝区、熔合区、过热区、完全重结晶区、不完全重结晶区的微观组织对比分析表明,采用半自动CO2气体保护焊方法对DP590热轧双相钢焊接时,可以得到更为细小均匀的微观组织,且热影响区较窄。