第16卷 第5期
摘要：目的 通过研究相同时间不同退火温度下 304/Q345 激光焊接头的组织和性能，得到优化后的退火处理制度，为制定异种钢激光焊退火工艺提供一定的理论指导和技术支撑。方法 基于前期大量试验，在激光功率和离焦量不变的情况下，调节焊接速度由15 mm/s到35 mm/s，通过改变焊接速度获得性能优异的焊接接头。由于异种钢物理化学性能差异较大，接头组织不均匀，因此还需对激光焊接头进行退火 处理。结果 焊缝区显微组织由板条马氏体与残余奥氏体组成，Q345 低碳钢热影响区显微组织为多面体状 铁素体与黑色珠光体，其中铁素体含量更多，304奥氏体不锈钢热影响区在奥氏体晶界上析出了铁素体。不同退火温度下碳元素均由Q345低碳钢侧向焊缝迁移，在Q345低碳钢侧形成脱碳层，在焊缝中形成黑色条带状增碳层。随着退火处理温度的升高，峰值温度升高，高温停留时间变长，碳迁移强度随之增加，黑色条带状区域增碳层宽度增大。拉伸性能测试结果表明，试样均断裂于Q345母材一侧，且断口存在韧窝，属于典型韧性断裂。此外，焊缝区硬度（390HV左右）最高，热影响区硬度（300HV）次之，母材的硬度（130HV 左右）最低。结论 在给定试验参数范围内，优化后的最佳退火工艺参数为550 ℃-1.5 h。
DOI:10.3969/j.issn.1674-6457.2024.05.001
期刊英文名称简写：J. Netshape Form. Eng.
殷武佳, 李敬勇, 钱鹏, 等. 退火处理对异种钢激光焊接头组织及性能的影响[J]. 精密成形工程, 2024, 16(5): 1-10.
YIN Wujia, LI Jingyong, QIAN Peng, et al. Effect of Annealing Treatment on Microstructure and Properties of Laser Welded Joint of Dissimilar Steel[J]. Journal of Netshape Forming Engineering, 2024, 16(5): 1-10.
摘要：目的 探究激光功率、焊接速度、离焦量对TC4钛合金激光焊接接头宏观形貌、微观组织及力学性能的影响。方法 通过正交试验方法，研究激光功率、焊接速度、离焦量对接头拉伸性能的影响，并将这3个工艺参数转换为热输入，进一步研究热输入对接头形貌、组织及力学性能的影响。结果 当热输入低于 95 J/mm 时，焊接接头上下熔宽比较大，焊缝截面呈“V”形；当热输入高于250 J/mm时，接头组织晶粒粗 大，甚至出现气孔、错边等冶金缺陷；当热输入为125 J/mm时，焊缝成形美观，焊接接头上下熔宽比接近 1，焊缝截面呈“H”形。焊缝区组织主要由原始α相、β相及冷却阶段生成的αʹ相组成，随着热输入的增 大，β相柱状晶尺寸逐渐粗化，αʹ针状马氏体相尺寸也相应增大。此外，焊接速度和离焦量对拉伸性能有显著影响，拉伸性能随着热输入的增大呈现先升高后降低的趋势，断口呈韧性断裂特征。当热输入为125 J/mm 时，拉伸性能达到最佳，断裂位置发生在母材区，抗拉强度为1 010 MPa，断后延伸率为9.82%；焊缝区中 心区域显微硬度高于热影响区及母材区显微硬度。结论 当热输入为125 J/mm时，在TC4钛合金激光焊下，可获得成形美观、性能优良的焊接接头。
DOI:10.3969/j.issn.1674-6457.2024.05.002
期刊英文名称简写：J. Netshape Form. Eng.
贡一峰, 李敬勇, 林靖宇, 等. 基于正交试验的TC4钛合金激光焊工艺优化研究[J]. 精密成形工程, 2024, 16(5): 11-20.
GONG Yifeng, LI Jingyong, LIN Jingyu, et al. Optimization of TC4 Titanium Alloy Laser Welding Process Based on Orthogonal Experiment[J]. Journal of Netshape Forming Engineering, 2024, 16(5): 11-20.
12 mm 厚TC4钛合金激光-MIG复合焊接头组织与性能研究
摘要：目的 探究TC4激光-MIG复合焊接头显微组织与基本力学性能之间的联系，分析接头不同区域的断裂行为。方法 利用激光-MIG复合焊制备TC4钛合金对接接头，采用光学显微镜和扫描电镜观察接头焊缝区、热影响区及母材的显微组织，在室温下进行了显微硬度测试、拉伸性能测试与断裂韧性测试，并对试样断口进行了观察分析。结果 接头的焊缝区组织为粗大的β相柱状晶，晶内纵横分布着αʹ针状马氏体和针 状α相，靠近焊缝一侧的热影响区则由针状αʹ相、α集束与少量细小的块状α相构成。随着远离焊缝中心，母材侧热影响区组织转变为块状的α相、少量α集束及初生β相，并最终趋于与母材组织相似。热影响区的显微硬度值达到最大，这是因为该区域存在比焊缝区更为细小的针状 αʹ相。接头的平均抗拉强度和断后伸长率分别为1 020.22 MPa和7.38%。接头在拉伸时主要在焊缝区发生断裂。焊缝区展现出比母材区和热影响区更优异的断裂韧性，平均值为87.14 MPa·m1/2，焊缝区内纵横交错的网篮组织与集束是其断裂韧性较高 的主要原因。结论 在TC4钛合金的激光-MIG复合焊过程中，针状α相和αʹ马氏体的存在会提高焊缝的显 微硬度和断裂韧性，但相较于母材塑性没有提升，通过调控焊缝区显微组织结构，可以获得所需性能的接头。
DOI:10.3969/j.issn.1674-6457.2024.05.003
期刊英文名称简写：J. Netshape Form. Eng.
刘鸿铭, 朱宗涛, 刘云祺, 等. 12 mm厚TC4钛合金激光-MIG复合焊接头组织与性能研究[J]. 精密成形工程, 2024, 16(5): 21-29.
LIU Hongming, ZHU Zongtao, LIU Yunqi, et al. Microstructure and Mechanical Properties of 12 mm Thick TC4 Titanium Alloy Laser-MIG Hybrid Welded Joints[J]. Journal of Netshape Forming Engineering, 2024, 16(5): 21-29.
摘要：目的 以选区激光熔化成形（SLM）无人机接头框梁结构为研究对象，研究不同工况条件下零件的变形分布情况，对原零件进行拓扑结构优化，并对优化后的零件进行二次静力学验证。方法 以AlSi10Mg 铝合金粉末为原材料，利用Ansys Workbench软件的Mechanical模块对SLM成形接头零件4种工况下的静力学刚度行为进行有限元仿真。采用变密度法进行拓扑优化，以刚度最大化为目标、保留质量 40%为响应约束进行结构优化，根据拓扑优化密度云图设计孔洞位置及尺寸，对模型进行重构，并在Ansys Workbench软 件中进行二次静力学刚度仿真。结果 在4种工况条件下，接头零件弯曲时最大位移位置在上耳片边缘，除 工况A外，其余工况均呈现沿z轴正向变形的趋势。在工况B下，总变形最大为0.289 mm，优化后为0.626 mm。优化后的零件使上、下耳片变形程度差异显著减小，最大变形差由0.128 mm减至0 mm。结论 不同位置接头零件的变形演变规律不同，几乎不存在扭转变形，主要是框梁结构的竖直弯曲变形，经拓扑结构优化后 零件变形总体趋势并未改变，但整体结构的稳定性和一致性得到了显著提高。
DOI:10.3969/j.issn.1674-6457.2024.05.004
期刊英文名称简写：J. Netshape Form. Eng.
郝璐静, 原帅超, 王建峰, 等. 激光增材制造无人机框梁结构拓扑优化设计及刚度分析[J]. 精密成形工程, 2024, 16(5): 30-38.
HAO Lujing, YUAN Shuaichao, WANG Jianfeng, et al. Topology Optimization Design and Stiffness Analysis of Laser Additive Manufacturing UAV Frame Beams[J]. Journal of Netshape Forming Engineering, 2024, 16(5): 30-38.
激光功率和离焦量对2 000MPa级热成形钢激光焊接接头组织与性能影响
摘要：目的 研究激光功率和离焦量对PHS2000型热成形钢激光焊接接头焊缝区及热影响区显微组织、拉伸特性和硬度分布的影响。方法 采用光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）分析焊接接头的显微结构；利用拉伸实验和显微硬度实验探究焊接接头力学性能的变化规律。结果 随着激光功率从 3 500 W 增至 4 700 W，焊缝区与热影响区平均晶粒尺寸总体呈上升趋势，抗拉强度先上升后下降，焊缝区平均显微硬度值在635HV~651HV内浮动，热影响区平均显微硬度值在434HV~451HV内浮动；离焦量对焊缝区的组织分布有显著影响，不同离焦量下的组织分布均较为分散，热影响区的晶粒尺寸在离焦量为−3 mm时达到最大，为 10.67 μm。在不同激光功率和离焦量下，焊接接头的显微硬度值存在上下浮动，焊接接头各区的显微硬度分布规律基本一致，以焊缝为中心，两侧趋于对称分布。硬度分布规律如下：焊缝区硬度>母材区硬度> 热影响区硬度。结论 在本实验条件下，与离焦量相比，激光功率对焊接接头显微组织及拉伸强度的影响更大。在焊接速度为150 mm/min条件下，设置激光功率为4 100 W、离焦量为−2 mm，此时抗拉强度最大， 为1 715 MPa，达到母材抗拉强度的85%。
DOI:10.3969/j.issn.1674-6457.2024.05.005
期刊英文名称简写：J. Netshape Form. Eng.
周婷婷, 刘岩, 杜安娜, 等. 激光功率和离焦量对2 000 MPa级热成形钢激光焊接接头组织与性能影响[J]. 精密成形工程, 2024, 16(5): 39-47.
ZHOU Tingting, LIU Yan, DU Anna, et al. Effect of Laser Power and Defocusing Amount on Microstructure and Properties of Laser Welding Joints in 2 000 MPa Grade Hot-formed Steel[J]. Journal of Netshape Forming Engineering, 2024, 16(5): 39-47.
热处理时效时间对激光增材制造Al-Mg-Sc-Zr 合金拉伸性能的影响研究
摘要：目的 研究热处理时效时间对激光增材制造Al-Mg-Sc-Zr 合金微观组织与拉伸性能的影响，揭示微观组织与力学性能的内在关联机制。方法 采用控制单一变量的试验方法进行时效热处理，设定保温温度 为325 ℃，冷却方式为空冷，在不同保温时间（2、4、6、8 h）下进行组织与性能共通性及差异性分析。结果 经325 ℃时效热处理4 h后，在激光增材制造Al-Mg-Sc-Zr高强铝合金中形成了Al3Sc、Al3(Sc,Zr)析出相，抗拉强度达到最大值486 MPa，相较于未热处理，提升了21.8%，随着保温时间的进一步延长，析出相的高温停留时间变长，组织形核长大，Al3Sc、Al3(Sc,Zr)强化相尺寸明显增大，最大尺寸可达0.6 μm。结论 随着时效时间的延长，沉积道次间重熔边界逐渐不明显，热处理有助于Al3Sc、Al3(Sc,Zr)析出相的形成，而 保温时间过长则容易导致析出相尺寸粗大，合理的热处理保温时间可以改善激光增材制造Al-Mg-Sc-Zr合金 微观组织与力学性能。
DOI:10.3969/j.issn.1674-6457.2024.05.006
期刊英文名称简写：J. Netshape Form. Eng.
段宇航, 王磊磊, 郝璐静, 等. 热处理时效时间对激光增材制造Al-Mg-Sc-Zr合金拉伸性能的影响研究[J]. 精密成形工程, 2024, 16(5): 48-54.
DUAN Yuhang, WANG Leilei, HAO Lujing, et al. Effect of Heat Treatment Aging Time on Tensile Properties of Laser Additive Manufactured Al-Mg-Sc-Zr Alloy[J]. Journal of Netshape Forming Engineering, 2024, 16(5): 48-54.
摘要：目的 减少1 mm厚度316L不锈钢薄板在焊接生产过程中出现的缺陷等问题，并提高不锈钢薄板焊缝成形质量和焊接接头力学性能。方法 采用脉冲激光焊接技术实现对厚度1 mm的316L不锈钢薄板的精确焊接，并利用金相显微镜、维氏硬度计、万能拉伸试验机和扫描电镜对焊缝的表面形貌、微观结构、力学性能、断口形貌进行表征分析。结果 当激光功率为403 W、输出电流为150 A、焊接速度为150 mm/min、离焦量为−5.525 mm时，焊缝正反面的形貌规则无缺陷。焊缝区内的微观结构主要由δ-铁素体和奥氏体2种晶粒构成，相较于母材及热影响区，焊缝区晶粒尺寸更细小均匀，平均硬度为 156HV，表现出更高的硬度特性。焊接接头的抗拉强度和屈服强度均值分别达到643.28 MPa和305.95 MPa，相对于母材的强度分别提高 了7%和49%；平均断后伸长率为37.2%，达到原始母材伸长率的55%；断裂呈现韧性断裂的塑性变形和延 展性特征。结论 优化调整焊接工艺参数后，1 mm厚度316L不锈钢薄板的焊缝成形质量提高，无缺陷且微观组织分布均匀，焊接接头强度显著提高。
DOI:10.3969/j.issn.1674-6457.2024.05.007
期刊英文名称简写：J. Netshape Form. Eng.
刁亚龙, 师文庆, 程才, 等. 316L不锈钢薄板焊缝成形及力学性能研究[J]. 精密成形工程, 2024, 16(5): 55-61.
DIAO Yalong, SHI Wenqing, CHENG Cai, et al. Forming and Mechanical Properties of Welds in 316L Stainless Steel Sheet[J]. Journal of Netshape Forming Engineering, 2024, 16(5): 55-61.
摘要：目的 研究大厚度奥氏体不锈钢筒体填丝激光焊接，优化结构设计和工艺设计。方法 建立大厚度奥氏体不锈钢筒体填丝激光焊接数值分析模型，通过数值模拟的方法，定量分析大厚度奥氏体不锈钢筒体焊接变形和应力。结果 零件下部38 mm厚焊缝位置处的最大径向收缩量为1.2 mm；零件下部60 mm厚焊缝位置处的最大径向收缩量为2.0 mm；零件中部60 mm厚焊缝位置处的最大径向收缩量为1.9 mm；零件上部 60 mm 厚焊缝位置处的最大径向收缩量为1.8 mm。填丝激光焊接轴向收缩量为0.55 mm。焊接残余应力最 大值在450 MPa 左右，应力主要分布在焊缝附近。热处理后，焊接残余应力都有明显降低，最大残余应力从450 MPa左右降低到200 MPa左右，焊接残余应力范围存在一定程度减小；焊接残余变形变化较小，热 处理后某些位置的变形略微有所增大。结论 模拟结果表明，大厚度奥氏体不锈钢筒体填丝激光焊接变形和应力在可接受范围内，焊后热处理对释放残余应力有重要作用。
DOI:10.3969/j.issn.1674-6457.2024.05.009
期刊英文名称简写：J. Netshape Form. Eng.
米大为, 郭宝超, 李天庆. 大厚度奥氏体不锈钢筒体填丝激光焊接变形和应力分析[J]. 精密成形工程, 2024, 16(5): 69-77.
MI Dawei, GUO Baochao, LI Tianqing. Deformation and Stress in Wire-fed Laser Beam Welding of Thick Austenitic Stainless Steel Cylinders[J]. Journal of Netshape Forming Engineering, 2024, 16(5): 69-77.
