高氮钢复合焊接接头氮含量和气孔控制方法研究

为解决高氮钢熔焊过程中出现的气孔和氮损失问题,采用激光-电弧复合焊接技术对高氮钢进行焊接试验。研究了保护气体成分、焊丝成分和超声振动对焊接接头气孔率和氮含量的影响。结果表明：当保护气体为Ar+N₂时,随着保护气体中N₂比例的增大,焊缝氮含量升高,气孔率呈先降低、后升高的趋势;当向Ar+N₂中添加2%的O₂后,氮含量和气孔率明显升高,且随着N₂比例的增大,焊缝氮含量增多,但气孔率呈无规律变化;随着焊丝氮含量的增加,焊缝氮含量呈先升高、后降低趋势,气孔率呈先降低、后升高趋势;随着超声功率的增加,焊缝氮含量略有降低,气孔率呈先降低、后升高趋势;适当的保护气体和焊丝成分可提高焊缝氮含量的同时并能够抑制焊缝气孔形成,超声功率为180 W时抑制气孔效果最好。     

光固化氧化铝陶瓷浆料流变性能研究进展

立体光固化成型技术是一种生产高精度、高性能陶瓷部件的新兴增材制造工艺。制备具有良好流动性和高固相含量的陶瓷浆料是立体光固化增材制造工艺的优势。本文讨论了固相含量、单体、分散剂、粉体级配等因素对浆料流变性能的影响规律,总结了目前配制高固相含量和低黏度光固化Al₂O₃陶瓷浆料的材料选择原则,归纳了制备高固相含量、低黏度Al₂O₃陶瓷浆料的指导方法,指出了高性能光固化Al₂O₃陶瓷浆料开发的主要趋势和面临的挑战。     

高强钢复合焊接应力与变形行为

以6.5 mm厚的高强钢板为试验材料,针对高强钢焊接应力和变形问题进行了激光-电弧复合焊接试验。采用钻孔法测试焊接件不同位置点的焊接应力情况,并用静态测距法和数码相机测量法测量其收缩变形与角变形。研究结果表明,温度差值是决定焊接应力大小的主要原因,焊接应力、收缩变形量和角变形量均随着激光功率的增大而增大,均随着焊接电流的增大而减小,但焊接应力却随着焊接速度的增大而增大,收缩变形量和角变形量均随焊接速度的增加而减小,但减小的幅度不大。焊接速度对焊接应力的影响最大,而激光功率对其影响最小,焊接过程中应严格控制焊接速度。采用最佳工艺参数焊接的焊接件,无论是沿焊缝方向还是垂直焊缝方向的纵向应力和横向应力分布均呈现明显的规律性。     

硅烷偶联剂对氧化铝陶瓷浆料流动性能和3D打印性能的影响

基于光固化3D打印技术需要高固相含量、低黏度的陶瓷浆料以防止烧结陶瓷部件产生裂纹、孔洞、翘曲等缺陷,通过测试流变性能与固化性能,本文优化了树脂单体的选用及配比,采用KH550、KH560、KH570三种硅烷偶联剂对Al₂O₃粉体表面改性,以改善陶瓷浆料的流变性能和稳定性,探讨了硅烷偶联剂降低Al₂O₃陶瓷浆料体系黏度的机理,获得了固相含量为75%(质量分数)(体积分数为45.5%)、黏度为4 540 mPa·s的Al₂O₃陶瓷浆料,并提出了一种光固化Al₂O₃陶瓷浆料制备的优化方法,这有望对用于制备复杂陶瓷的高固含量、低黏度的3D打印Al₂O₃陶瓷浆料提供帮助。     

氧化铈对高强钢复合焊接焊缝组织与韧性的影响*

稀土是理想的变质和微合金化元素,采用Nd:YAG激光-MAG电弧复合焊接方法,以预置方式向高强钢复合焊接熔池过渡氧化铈,研究焊缝组织与低温(-40 ℃)冲击性能。结果表明：适量氧化铈能控制晶粒尺寸并细化焊缝组织,当添加量为0.3%时,焊缝晶粒得到明显细化,随着添加量的增加,晶粒尺寸和枝晶间距均增大,但氧化铈并不能改变焊缝组织相成分,仍以板条马氏体组织为主。氧化铈能够净化焊缝组织,变质夹杂物并起到异质形核作用,夹杂物主要由硅、铝、铁的氧化物或碳化物及少量含铈类氧化物和氧硫化物组成。低温冲击测试发现,焊缝及其热影响区冲击吸收能量随氧化铈添加量的增加而呈先增后降的变化趋势,当添加量为0.3%时,焊缝冲击吸收能量达到最大,而添加量为0.5%时,热影响区冲击吸收能量达到最大值,其断口处韧窝均多而深,以韧性断裂为主。     

激光功率对CO2激光-MAG电弧复合焊电弧与熔滴行为的影响

采用高速摄像系统观测熔滴过渡模式和等离子体形态的变化,并采集焊接过程中的电弧和熔滴图像,利用电弧分析仪记录电弧信号,通过试验深入研究激光功率对CO2激光-熔化极活性气体保护焊(Metal active gas,MAG)电弧复合焊接的电弧形态、焊接稳定性、熔滴过渡频率的影响。研究表明,焊接电流的增加减小了实际热源间距,并且实际热源间距在2 mm附近效果最佳;带电粒子在主辅导电通道内的运动产生扰动或漂移、焊接模式的跳变和过渡模式的改变是电流、电压波形出现紊乱和尖角波形的主要原因;激光的加入降低了熔滴过渡频率和过渡稳定性;焊接电流为160A、180 A时,激光-电弧复合焊接的熔滴过渡频率均随着激光功率的增加而先减小后增大,但其过渡频率介于160 A和180 A电弧焊接时熔滴过渡频率之间。     

Cu/TiBN电接触材料的导电性及抗电弧侵蚀机理

采用渗硼烧结法合成了一种新型TiBN粉体材料,它兼有陶瓷性和金属性,电阻率为2.6×10-3Ω·cm。以TiBN和TiN为增强相,采用粉末冶金法制备了Cu/TiBN和Cu/TiN电接触材料,系统的研究了不同含量TiBN和TiN的电接触材料的微观结构和物理性能。结果表明,与TiN相比,TiBN增强相能明显改善Cu基电接触材料的导电性能、抗氧化性能、硬度和抗电弧侵蚀性能。当含量为5wt.%时,Cu/TiBN电接触材料的抗电弧侵蚀能力最好,重量损失仅为1.5mg。电弧侵蚀时,在Cu/TiBN表面生成TixOy、B2O3和N2等产物,这些产物能明显改善Cu/TiBN电接触材料的抗电弧侵蚀能力。新开发的Cu/TiBN电接触材料具有优异的物理性能和抗电弧侵蚀性能,在电接触行业中拥有广阔的应用前景。     

激光自蔓延连接CFRTP/铝接头微观形貌及形成机理

为了研究碳纤维复合材料（CFRTP）与金属的高效焊接，采用激光诱导Al-Ti-C粉末中间层自蔓延反应的方法，对碳纤维复合材料与铝进行了异种连接实验，分析了中间层自蔓延反应形成焊缝的反应机理、CFRTP/铝连接接头的微观界面和形成机理。结果表明，激光照射使中间层温度升高至933K左右时自蔓延反应开始进行，铝元素熔化并包裹住固态Ti发生反应，生成Ti-Al系化合物，在高温下化合物继续和Ti元素反应生成TiC并释放热量；同时，单质Ti与C也发生反应生成TiC并释放热量，反应产生的热量继续维持下一层面的反应，直至整个中间层反应结束形成良好的"焊缝"；这些热量使得中间层左右两侧母材发生微融再次挤压成型形成质量良好的连接接头。激光诱导Al-Ti-C中间层自蔓延高温合成连接方法可以实现CFRTP/铝的高质量连接，对实现交通工具结构轻量化是有帮助的。     

铝沉积还原制备蓝色二氧化钛

在光催化研究中, 提高光催化剂的催化效率, 降低催化剂成本吸引了广泛的研究兴趣。本研究通过铝沉积还原方法制备出表面铝原子修饰的蓝色二氧化钛。该蓝色二氧化钛具有一种独特的核壳结构, 纳米颗粒内部为结晶核, 外部为含有大量氧空位和一定量沉积铝原子的非晶层。在模拟太阳光照射下, 该蓝色二氧化钛表现出优异的光催化污染物降解和光电化学性能。在高真空条件下, 当蒸发的金属铝原子沉积在二氧化钛纳米颗粒上时, 可以进一步将Ti⁴⁺还原成Ti³⁺, 使得催化剂表面含有大量的氧空位等表面缺陷。此外, 适量的铝沉积在催化剂表面成为光生载流子阱, 促进光生载流子的分离和输运, 从而使得样品光催化活性增强。当沉积适量Al时, 样品TiO₂-Al_0.36表现出最为优异的光催化污染物降解性能, 在8 min内就可将甲基橙溶液完全降解, 且其光电流(1.47 mA·cm^-2)是本征二氧化钛(0.17 mA·cm^-2)的8倍以上, 展现出优异的光电化学性能。     

高氮钢激光-电弧复合焊焊缝成形多元非线性回归模型

基于响应面法设计方法,进行Nd:YAG激光-熔化极活性气体保护焊(Metal active gas welding,MAG)复合焊高氮钢的平板堆焊试验,获得焊缝熔深、熔宽、余高数据,采用逐步回归法筛选出对焊缝形貌影响显著的因子,建立多元非线性数学回归模型,通过方差分析和回归分析得出该回归模型的R2分别如下:熔深H为0.932,熔宽W为0.915,余高A为0.910,PF值均小于0.001。模型分析结果表明激光功率、焊接电流、电弧电压和热源间距四个因素的主效应和交互作用对焊缝形貌有着很大的影响,其中对熔深影响最大的主效应是激光功率,交互效应是激光功率与电弧电压;对熔宽影响最大的主效应是焊接电流和电弧电压,交互效应是焊接电流与热源间距、电弧电压与热源间距和激光功率与电弧电压;对余高影响最大的主效应是焊接电流,交互效应是电弧电压与热源间距。试验验证结果表明模拟结果和试验结果相吻合。