第四届”华光新材杯”高质量论文大放送(一)

在“十四五”战略规划的宏伟蓝图下，在“以创新推动产业升级，以技术推动高质量发展”的总体背景下，中国焊接行业正以前所未有的速度推进现代化产业体系建设，致力于通过创新与技术的双轮驱动，实现高质量发展。为了积极响应这一时代号召，解决关键工业领域对先进焊接装备、焊接材料和生产工艺应用的迫切需求，由中国焊接协会、新型钎焊材料与技术国家重点实验室与成都电焊机杂志有限公司联合主办，杭州华光焊接新材料股份有限公司承办的第四届“华光新材杯”高质量论文推介活动圆满落幕。

本次活动共推荐了 27 篇优秀论文，这些论文侧重于在“焊接高质量发展”和“双碳”目标下的绿色焊接技术、高效焊接工艺和可靠检测手段及先进控制系统、模拟培训系统、智能 AI 焊接生产技术等在相关产业中的应用，是对提高产品质量、提升生产效率、解决绿色制造和现代焊接生产应用中的热点、难点问题而得到的先进技术阐述和经验总结。

值得特别关注的是，为进一步提高活动的行业影响力和论文推荐质量，本次活动对于解决焊接生产的共性、基础性的原创技术，以及焊接重大装备和相关材料、关键零部件的关键技术给予了重点推荐。其中，激光复合焊技术、最新核能、机车、造船焊接应用技术，以及新型焊接教育及培训系统等领域的论文更是亮点纷呈，充分展示了中国焊接行业在技术创新和产业升级方面的卓越成就。

此次活动的成功举办，离不开广大企业、学校和科研机构及论文作者的积极参与和支持。在此，我谨代表中国焊接协会和活动组委会，向所有为本次活动付出辛勤努力和贡献的各方表示衷心的感谢！同时，我们也期待通过本次活动，能够进一步激发焊接技术人员的创新活力，提升产品研发能力和技术创新能力，共同推动中国焊接行业新质生产力的发展。

最后，祝愿《电焊机》杂志在未来的发展中继续蓬勃发展、蒸蒸日上，为中国焊接行业的繁荣与进步贡献更多的智慧和力量！同时，我们也期待下一届“华光新材杯”高质量论文推介活动能够取得更加辉煌的成就！

我们将14篇获奖优秀论文（分四期）全部给大家，欢迎大家自行获取阅读

本文研究了不同热处理制度对激光-电弧复合增材制造Ti-6Al-4V合金微观组织及力学性能的影响，借助光学显微镜和扫描电镜分析了热处理参数变化时微观组织的变化，探究了不同固溶温度和冷却速度下试样力学性能变化的原因。结果表明：激光-电弧复合增材制造Ti-6Al-4V合金的微观结构主要由魏氏α板条组织和沿沉积方向从基体向外延生长柱状β晶粒内少量针状α相构成。经固溶时效热处理后组织主要为典型的交错网篮组织，α板条厚度明显降低，试样塑性、韧性提高明显。当固溶时效热处理方案为950℃/1h，AC+540℃/6h，AC时，与沉积态试样相比，晶粒尺寸减小了一半，可获得较好的综合力学性能，建议采用此热处理方案。

复合增材制造；Ti-6Al-4V合金；热处理；微观组织；力学性能

（1）LAHAM Ti-6Al-4V合金的微观组织为平均晶粒宽度为300μm的β柱状晶粒，沿着沉积方向外延生长，β晶粒中主要是魏氏组织α条和少量针状α组织。

（2）随着固溶温度的升高，初生α板条宽度增大，α板条的长径比降低，次生α相体积分数增加，促使强度升高，塑性下降，试样冲击韧性提高，硬度下降。当固溶温度升到1000℃时，α板条严重粗化造成了强度和塑性的同时下降，且冲击断口呈现出脆性断裂特征。试样在固溶温度为950℃条件下表现出较好的综合力学性能。

（3）当冷却速度足够慢时，高温β相转变为低温α相。当冷却速度适中时，高温β相转变为板条状的α相和β相。当冷却速度过快时，高温β相发生马氏体转变，生成马氏体α'相。随着冷却速度加快，试样的强度和硬度一直上升，塑性和冲击韧性先上升后下降，在水冷条件下的冲击断口呈现出脆性断裂特征。试样经固溶处理后在空冷处理条件下表现出较好的力学性能。

（4）为了使LAHAM Ti-6Al-4V合金获得较好的综合力学性能，建议使用950℃/1h，AC+540℃/6h，AC的热处理方案。

为改善钛合金材料的表面耐磨性能，选用TC4（Ti-6Al-4V）为基体材料，在TiZrCuNi钎料中加入一定比例的金刚石与石墨颗粒制成复合涂层材料，通过氩气保护感应钎焊的方法实现了TC4表面金刚石复合耐磨钎涂层的制备。研究了石墨的添加对复合涂层微观组织与耐磨性能的影响，揭示了活性元素Ti与金刚石和石墨的相互作用机制。研究结果表明加入石墨后，复合涂层主要由金刚石、TiC、Ti₂Cu、ZrC、Zr₂Cu和NiZr₂与残余的石墨组成，由于石墨中存在着大量的螺旋位错，为TiC提供了形核质点，使其沿位错生长，从而使TiC的生长方式演变为包抄生长并最终形成六边形形状。石墨的添加一定程度上弱化了复合涂层的耐磨性能，但可提高金刚石颗粒的出刃率，从而提升磨削效率。

TC4；金刚石；钎涂；石墨；耐磨性能

（1）金刚石/TiZrCuNi复合涂层主要由细小的针状结构组织构成，界面物相主要由金刚石、TiC、Ti₂Cu、ZrC、Zr₂Cu和NiZr₂组成。添加石墨后，复合涂层中出现颗粒状析出物均匀分布在金刚石/石墨复合涂层，并在其表面凸出，且涂层的微观结构发生从富含Ti、Zr相从枝晶和等轴晶转变为胞状晶体的形态变化。

（2）石墨中存在的螺旋位错，为TiC提供了生长所需空位、台阶，加速了原子堆积，同时位错缺陷导致的能量起伏和结构起伏使得碳化物沿基面生长速度远远高于沿侧面生长。因此，TiC往往在具有螺旋位错的石墨上发生形核，并以螺旋方式生长，使得初生TiC的生长在经历初生、包抄生长阶段过程后，最终由于内部被包围的液态合金凝固收缩形成中空六边形形态。

（3）与未添加石墨的钎涂层相比，添加石墨后复合涂层的磨损性能略微降低。由于在钎焊过程中，除了少量石墨（C）与合金中的Ti、Zr元素反应形成碳化物，绝大多数的冗余石墨以游离C的形式聚集在金刚石涂层表面，从而使得涂层合金耐磨性降低。但是其能在一定程度上提高金刚石的出刃率，从而提高涂层的磨削效率。

为探究12mm厚TC4钛合金激光-MIG复合焊接头在不同区域的疲劳裂纹扩展行为，并分析微观组织与裂纹扩展之间的相互作用。利用体式显微镜、相显微镜、扫描电子显微镜和电子背散射衍射技术分别对接头不同部位的裂纹扩展速率，裂纹扩展路径的变化，接头不同区域的显微组织与裂纹扩展的交互作用和裂纹尖端周边组织的变形特征进行了深入探究。结果表明，在裂纹稳定扩展阶段，母材区域的裂纹扩展速率最大，分别是热影响区和焊缝区域裂纹扩展速率的1.16倍和1.81倍。当ΔK=20MPa·m^1/2，母材裂纹扩展速率为3.39×10^-4mm/cycle。裂纹尖端的IPF图表明，在焊缝区中存在的50°~70°的大角度晶界占比为36.36%，高于母材的11.91%和热影响区的11.65%，大角度晶界的存在使裂纹沿晶界偏转或消耗更多能量穿过晶界，增大裂纹扩展阻力，表现出较好的裂纹扩展抗性。母材和热影响区表现出沿晶脆性断裂和韧性断裂的混合断裂模式，而焊缝区主要呈韧性断裂模式。此外，EBSD分析结果表明，焊缝区裂纹尖端附近具有更高的几何位错密度，位错在马氏体边界聚集，导致裂纹沿晶界发生偏转，进一步阻碍了裂纹的扩展。施密特因子分析也表明，焊缝区组织间的取向差差异较大，导致其裂纹扩展门槛值较高。综上，焊缝区中存在的大量大角度晶界和高位错密度是焊缝区具有较高裂纹扩展抗性的主要原因。

钛合金；疲劳裂纹扩展；激光-MIG 复合焊接；断裂模式；裂纹尖端；裂纹扩展行为

（1）在裂纹稳定扩展阶段接头不同区域的裂纹扩展速率为母材＞热影响区＞焊缝区，当ΔK=20 MPa·m^1/2，母材、热影响区和焊缝的裂纹扩展速率分别为3.39×10^-4mm/cycle，2.92×10^-4mm/cycle，1.81×10^-4mm/cycle，母材的扩展速率分别是热影响区和焊缝的1.16倍和1.81倍。根据曲线拟合结果，以疲劳裂纹扩展速率为10^-7mm/cycle估算疲劳裂纹扩展门槛值Δkth，结果所得焊缝区的Δkth最大为4.85MPa·m^1/2。

（2）母材的裂纹扩展方式为沿α/β相界面扩展的沿晶断裂，在高应力强度因子范围下，裂纹尖端穿过α相形成穿晶裂纹。热影响区裂纹扩展路径向母材侧发生偏移是疲劳裂纹不断发生小角度偏转并向有利取向扩展的累积结果。焊缝区试样的断口形貌在宏观下最为粗糙。裂纹稳定扩展区在微观下形成相互平行且垂直于裂纹扩展方向的疲劳辉纹，疲劳辉纹的宽度随着ΔK的增大而增大。母材和热影响区表现出沿晶脆性断裂和韧性断裂的混合断裂模式，而焊缝区主要呈韧性断裂模式。

（3）裂纹尖端的IPF图进一步表明裂纹在母材和热影响区的扩展方式为沿晶断裂，在焊缝区中的扩展方式为穿晶断裂。在焊缝区中存在50°~70°的大角度晶界占比为36.36%，高于母材的11.91%和热影响区的11.65%，大角度晶界的存在使裂纹沿晶界偏转或消耗更多能量穿过晶界，增大裂纹扩展阻力，表现出较好的裂纹扩展抗性。局部取向差结果表明，焊缝区中裂纹尖端附近具有更高的几何位错密度，在循环载荷的作用下，几何位错密度在马氏体边界聚集，使裂纹沿马氏体晶界发生偏转。接头组织特征的差异性对裂纹扩展门槛值的影响较大。

声明：本文为原创作品，所涉文字及图片版权均属《电焊机》杂志所有，根据国家版权局最新规定，纸媒、网站、微博、微信公众号转载、摘编我刊的作品，务必请提前联系我编辑部。个人请按本微信原文转发、分享。

来源：《电焊机》杂志2024年第10期