扩散连接技术在核聚变反应堆包层模块制造中的应用

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。

热障涂层材料的研究进展

热障涂层技术广泛用于航空涡轮发动机等尖端领域,相关的研究涉及新型热障涂层材料的开发、粘结层成分和表面结构的优化、高温氧化后热生长氧化物(TGO)或TGO/粘结层(BC)界面处残余应力水平的检测、新型涂层制备工艺的开发等诸多方面。主要阐述了对7-8YSZ热障涂层材料的改良、烧绿石结构材料的开发、超音速微粒轰击粘结层表面细晶处理等方面取得的研究进展,展望了热障涂层材料较有潜力的研究方向。

铝合金搅拌摩擦焊技术研究存在的问题及趋势

搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding-FSW)是目前铝、镁、铜及有色金属等轻合金连接的最先进连接技术之一,FSW与传统熔焊相比,在工艺过程、接头性能等方面具有许多优势。在讨论FSW技术特征、工艺特点及应用研究的基础上,对目前国内外有关FSW技术的研究现状、发展趋势及存在问题进行了详细综述,所涉及的问题是在工业化铝合金结构制造领域(如飞机机身结构、高速客车及汽车车体结构等)大规模推广应用FSW技术必须解决的基础性问题;其次讨论基于FSW研究开发的新思路及新工艺,尤其是搅拌摩擦点焊技术(Friction Stir SpotWelding-FSSW)的原理、特点及在汽车车体轻量化开发中的巨大应用前景。

基于发射光谱的激光填丝焊接过程监测研究

针对ER316L不锈钢激光填丝焊过程中因送丝不稳定导致的焊缝质量问题,提出了基于光致等离子体发射光谱诊断的在线监测方法,构建了焊缝质量预测模型,对实现焊接过程自适应控制和激光焊接智能化有重要意义。为深入研究激光焊中激光与焊材的相互作用机制,进行了激光自熔焊、激光填丝焊试验,同步采集了光致等离子体的光谱信息,并与TIG焊工艺下的电弧光谱进行了对比分析。结果表明激光自熔焊时光谱由连续谱和强度较弱的FeⅠ636.44 nm、CrⅠ427.48 nm线谱组成;激光填丝焊时辐射光强显著增加,并产生大量CrⅠ谱线;电弧光谱包含大量的ArⅠ、ArⅡ谱线及少量的FeⅠ谱线。根据Boltzmann作图法和Stark展宽法,求得激光填丝焊时光致等离子体电子温度为5024.9 K,电子密度为2.375×10^(16)cm^(-3),满足局部热力学平衡状态。在此基础上,深入探究了激光焊接质量与光谱特征参量的内在联系。结果表明,谱线强度和电子温度与焊缝质量有很强的相关性。当成形良好时,CrⅠ谱线强度数值较高,FeⅠ谱线强度较低,电子温度在小范围内稳态波动;当产生偏丝缺陷时,CrⅠ谱线强度较低,而FeⅠ谱线强度较高,电子温度急剧变化。以平滑去噪处理后的CrⅠ529.83 nm谱线强度、FeⅠ636.44 nm谱线强度和电子温度为输入,构建单隐含层神经网络焊缝质量分类模型,识别成形良好和偏丝缺陷两种状态,测试10次的平均准确率为88%。采用t分布随机邻域嵌入算法对光谱数据进行维数约简,以得到的3维嵌入向量为输入特征,采用同样的神经网络结构进行焊缝质量模式识别,平均准确率为97%。结果表明,对光谱数据进行降维处理得到的特征包含了线谱和连续谱信息,比人为选取的特征线谱更能准确表征焊缝质量。

活性剂对激光焊熔池动态行为的作用机理研究

为阐明活性剂对铝合金激光焊熔池作用机理,建立了三维瞬态移动热源作用下的激光焊接熔池数学模型,研究表面张力梯度及激光吸收率对温度场以及流场的影响规律,揭示活性剂作用下激光焊熔深的增强机制。结果表明,在无活性剂时模拟得到的焊缝形貌与实际试验结果吻合。在低功率铝合金活性激光焊接中,活性剂的加入虽然可以改变表面张力梯度,但表面张力梯度的改变对熔深增加效果不明显。分析认为,活性剂的加入使铝合金对激光吸收率的提高才是熔深增加的主要原因。

超声表面滚压加工参数对40Cr表面粗糙度的影响

研究了超声表面滚压加工各种加工参数对供货态40Cr轴表面粗糙度的影响.采用表面粗糙度分析仪对初始及加工表面进行测定,并使用显微硬度计测量该技术对40Cr表层沿深度方向的硬化作用.试验结果表明:超声表面滚压加工技术能显著降低车削的加工痕迹,改善金属材料的表面质量;各工艺参数对试样表面粗糙度均有一定影响,并产生不同程度的表层硬化作用;并且给出了各工艺参数的合理范围,试样的表面粗糙度值可降低至0.2.μm以下.

超声表面滚压加工40Cr表层的纳米力学性能

研究了超声表面滚压加工40Cr表层的力学性能.采用纳米压痕实验测定了表层的弹性模量、纳米硬度和残余应力.实验结果表明:经过超声表面滚压后,40Cr表层的弹性模量和硬度都得到显著提高,最大值均位于表面,往复加工3遍的表面弹性模量和硬度分别为217.16,GPa和3.588,GPa,加工6遍的表面弹性模量和硬度分别为224.8,GPa和3.857,GPa;同时表层获得一定数值的残余压应力,最大值位于表面并随着加工遍数的增加而增大.对比实验结果发现往复加工次数对表层的力学性能有重要的影响.

铝合金2024-T4搅拌摩擦焊搭接接头组织与性能分析

研究了铝合金2024-T4搅拌摩擦焊(FSW)搭接接头的微观组织特征和疲劳性能。结果表明,搭接接头后退侧热力影响区晶粒变形程度较前进侧严重。疲劳试样断裂位置均位于弱连接缺陷向上"拉起"较严重的焊核区后退侧。当应力比为0.1时,铝合金搅拌摩擦焊搭接接头对应于95%存活率的疲劳强度特征值Δσk为18.25MPa,与铝合金熔焊搭接接头的Δσk为13.92MPa相比,增加了31.11%。与此同时,FSW搭接接头疲劳S-N曲线斜率m为5.39,大于熔焊接头所对应的S-N曲线斜率范围3.0～3.5,可见在长寿命区搭接接头的疲劳性能优于熔焊接头。搭接接头的裂纹源位于搭接接头上板底部位置的表面缺陷或者强化相颗粒处,对应于弱连接缺陷处。

APS制备Fe基非晶合金涂层工艺参数的统计分析

通过大气等离子喷涂技术,在Q235基体上制备了一种Fe基非晶合金涂层,研究等离子喷涂工艺对非晶涂层显微硬度和微观组织的影响规律.实验中采用符合数理统计学单因子方差分析模型进行设计,利用金相显微镜和显微硬度计对涂层的微观形貌和硬度进行了研究.通过X射线衍射技术研究了涂层的物相组成.采用单因子方差分析法研究了喷涂参数对涂层性能的影响规律.结果表明,涂层组织均匀、结构致密,具有较高非晶含量;在等离子喷涂电流为550,A、喷涂电压为55,V、喷涂距离为110,mm时所制备的涂层的孔隙率为1.19%,显微硬度为717HV0.1;喷涂电流对显微硬度不产生显著影响,喷涂距离对显微硬度有显著的影响.

铝合金6061-T6搅拌摩擦焊搭接焊缝缺陷及疲劳性能

通过单道与双道焊搭接接头试样疲劳试验,对铝合金6061-T6搅拌摩擦焊搭接焊缝缺陷和疲劳性能进行了比较分析。结果表明:搅拌摩擦焊搭接接头连接界面处总存在钩状缺陷,对搭接接头疲劳性能产生严重影响,其疲劳强度不高于母材抗拉强度的5.6%。单道焊试样疲劳性能优于双道焊试样,单道焊和双道焊试样疲劳强度特征值Δσk(应力比R=0.1)分别为17.45MPa和13.91MPa,双道焊工艺不能改善钩状缺陷分布特征。单道焊搭接接头疲劳断口为多重起裂,且裂纹源均位于上板底部钩状缺陷处,疲劳裂纹扩展区表现为穿晶断裂特征,具有典型的疲劳条带且存在二次裂纹;双道焊试样起裂位置和二次裂纹数量均比单道焊多,且起裂位置有沿晶断裂特征,是降低其疲劳性能的主要原因。

抢抓机遇,迎接挑战——展望新时期我国焊接专业职业教育的发展

十八届三中全会决定明确提出要深化教育领域综合改革,深入推进产教融合、校企合作,加快建设现代职业教育体系。高等职业院校要系统培养各层次各类型技术技能人才,服务产业升级、经济转型、创新驱动,提升产业国际竞争力。要与行业企业联动,努力成为促进国家技术技能积累与创新的重要载体。要重视应用科研能力建设,重点服务企业的技术研发和产品升级,服务企业人才发展战略。企业在创新人才培养模式、提升职业教育治理能力、"双师型"师资队伍建设和国家技术技能积累等方面充分发挥重要办学主体作用,同步规划企业发展战略与职业教育,实现校企协同育人。。

基于UG的弧焊机器人模型装配与运动仿真

采用UGNX4.0系统对日本安川电机株式会社生产的MOTOMAN-HP6型弧焊机器人进行了整体的模型装配,并建立了三维运动仿真模型.运用UG/OPEN API提供的二次开发函数,采用VC++6.0进行编程的方法,建立了连杆坐标系下的弧焊机器人运动学模型.阐述了弧焊机器人模型的建立方法、装配方式以及运动仿真,从而为Unigraphics(UG)环境下的离线编程技术打下了良好的基础.

300M超高强度钢及其电子束焊接接头高周疲劳断裂机制研究

测试了300M钢母材及电子束焊接接头高周疲劳性能,并结合断口宏/微观形貌分析了其高周疲劳断裂机制。结果表明:焊接接头高周疲劳性能低于母材的疲劳性能。母材试样表面微观缺陷以及硬脆的非金属夹杂Ti(C,N)粒子是诱导其疲劳微裂纹形成的两大因素。通过对电子来焊接接头高周疲劳断裂机制的分析认为:一方面,焊缝柱状晶结合强度低;另一方面,焊缝柱状晶粗大,晶面平直,且分布方向不一,在外加载荷作用下应变不协调,使沿最大切应力方向分布的柱状晶在低循环次数下即沿晶界开裂形成疲劳微裂纹。

纳米压痕试验确定80Au/20Sn焊料蠕变参数

80Au/20Sn焊料合金被广泛用于微电子及光电子封装中,其焊料的蠕变性能对于器件的长期运行至关重要。描述蠕变行为的蠕变参数,对于求解蠕变本构模型及分析蠕变机制具有重要意义。在不同加载速率及不同温度下对80Au/20Sn焊料进行了恒加载速率/载荷纳米压痕试验,用半椭圆模型对出现"挤出"压痕的接触面积修正后由Oliver-Pharr法求得了不同温度下的弹性模量及硬度,基于压痕做功概念获得了蠕变参数。结果表明,基于压痕做功概念得到的蠕变应力指数和蠕变激活能与传统单轴拉伸蠕变测试结果相差在13%以内,说明该测试和分析方法能在一定程度上预测焊料的蠕变参数。

6061-T4铝合金搅拌摩擦焊T型接头缺陷及性能

对板厚3mm的6061-T4铝合金T型接头进行搅拌摩擦焊接研究并具体讨论了旋转速率(ω)及焊接速率(v)对焊接缺陷及力学性能的影响。结果表明:对给定的夹具形式和搅拌工具,当v不变时焊缝前进侧筋板圆角过渡处容易产生随ω/v增大而减小的隧道缺陷,后退侧圆角区易出现清晰的"Z"连接线;壁板出现两个随ω增大而扩大的软化区域,而壁板焊缝中心的硬度随ω增大而升高;T型接头筋板焊缝热力影响区同样被软化,其硬度较母材降低17.0%;局部组织软件是造成所有接头沿壁板方向加载抗拉强度下降的重要原因,其最高抗拉强度只达到母材的73.8%,隧道缺陷是引起ω=1008r/min筋板方向强度降低的主要原因,而ω=1541r/min和ω=2256r/min筋板方向强度降低主要归结于T型接头中热力影响区组织的软化,其中当ω/v=1541/218 r/mm时,沿T接筋板方向抗拉强度最高可达到母材的83.5%。

乙烯裂解炉管HP40合金的蠕变性能

在900,℃不同应力条件下,对HP40合金高温下的蠕变性能进行研究,观察试验前后显微组织的转变,并得到其蠕变本构方程.同时借助SEM+EDX对组织转变及相成分变化进行深入分析.HP40合金在高温下,随着应力的增加蠕变速率增大.其原始组织骨架状的共晶碳化物(r+M7C3+少量M23C6),经过长时蠕变试验后,逐渐变成条状和块状的M23C6,且有一定量的二次碳化物析出.HP40合金中骨架状共晶碳化物的消失会造成蠕变强度的下降.同时由于蠕变孔洞的出现,导致蠕变性能的下降,加速其蠕变变形的过程.

铝合金搅拌摩擦焊接头的疲劳性能

通过疲劳试验对LY12CZ（2A12-T4）、LD10CS（2A14-T6）、5A06-H112、7075-T6和LC4CS搅拌摩擦焊接头的疲劳性能进行了研究,采用光学显微镜和扫描电镜观察焊缝根部组织和疲劳断口形貌,讨论了根部焊接缺陷对疲劳性能的影响。结果表明：5A06-H112搅拌摩擦焊接头疲劳强度（50%存活率）是MIG焊接接头的1.64倍、LY12CZ、7075-T6及LC4CS搅拌摩擦焊接头疲劳强度（50%存活率）与母材比较分别为75%、89.5%和95%。当焊缝根部存在约为0.31~0.46 mm的＂弱连接＂缺陷时,对搅拌摩擦焊接头疲劳性能产生明显影响。搅拌摩擦焊接过程中搅拌工具的搅拌头顶端与支撑底板间隙控制不合适是产生＂弱连接＂缺陷的关键因素。

超音速微粒轰击对热障涂层高温氧化行为的影响(英文)

在传统的热障涂层(TBCs)制备工艺的基础上,在制备热障涂层陶瓷层前,采用超音速微粒轰击技术(SFPB)改变粘结层的表面状态。采用 X 射线衍射分析仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、透射电子显微镜(TEM)和微区 Cr3+荧光光谱研究粘结层的表面结构及其 1000 °C时的高温氧化相变。粘结层表面位错密度大幅度增加,形成了大量的原子扩散通道;在高温氧化初期,粘结层中 Al 原子扩散速度的增快保证了优先形成一层稳定的α-Al2O3相;在高温氧化瞬态阶段,大量 Cr3+通过 SFPB 产生的扩散通道,形成过渡相(Al0.9Cr0.1)2O3,该过渡相间接促进了γ→θ→α相变。在高温氧化初期,热障涂层 TGO 中的残余应力先急剧增大然后减小;与高温氧化26 h 的 0.93 GPa 相比,高温氧化 310 h 的残余应力降低至 0.63 GPa。在热障涂层的 TGO 层中获得了单一、连续、致密的具有抗高温氧化能力的主相α-Al2O3,这利于进一步延长其使用寿命。

等离子喷涂工艺对Fe基非晶合金涂层微观组织结构的影响

通过等离子喷涂技术在Q235基体上制备了一种Fe基非晶涂层。该涂层结构均匀致密,主要含有具有Fe、Cr、B、Si、Ni、Mo和W。通过合理安排实验方案,分别研究了等离子喷涂电压、电流、喷涂距离对涂层的孔隙率、微观组织结构的影响规律。在等离子输入功率一定时,采用较高的喷涂电压将获得孔隙率更低的Fe基涂层;涂层孔隙率分别随等离子输入功率和喷涂距离的增加,均呈先降低后升高的趋势。等离子输入功率为30.25kW时,所制备的Fe基涂层孔隙率为1.19%,显微硬度为717HV0.1。

火焰喷熔涂层与焊接接头性能研究

采用Ni60A合金粉末对Q235B钢十字焊接接头进行了喷熔修形处理.通过对涂层和焊缝的金相、扫描电镜、能谱等分析,研究了涂层与基体间的冶金结合情况,发现涂层组织致密、非金属夹杂物少、孔隙率低,与基体实现了良好的冶金结合.喷熔涂层本身的强度直接影响着十字焊接接头低周疲劳强度的大小.为此,通过有限元模拟和拉伸试验测定了涂层的抗开裂力值的大小.结果表明:当应力值为350,MPa时涂层开裂,说明涂层自身强度较高.在应力比为0.1、平均应力为186,MPa的情况下,喷熔接头的低周疲劳寿命均超过13,000周次以上,并且断裂位置均在母材.