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金属加工·热加工

金属加工·热加工

2025年10期

《金属加工》创办于1950年，始终服务于金属加工领域，作为我国金属加工技术发展历程的忠实记录者和传播者，为广大企业和读者提供了数量巨大、实用性强、具有很高参考价值的技术文章，深受广大企业及读者的喜爱，为推动我国金属加工技术与装备水平的提高做出了卓越的贡献。

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智能感知专题 | 智能激光清洗技术研究进展及应用展望

智能感知专题 | 智能激光清洗技术研究进展及应用展望

摘要：激光清洗是一种高效、环保的表面涂层清洗技术，通过激光与涂层材料间的多物理场耦合作用，使得涂层快速分解并脱离待除表面，实现待除涂层的高效去除。但是由于待除涂层在制造过程或服役过程中产生随机性损伤，采用固定激光参数清洗容易存在基材损伤或清洗不干净的问题，因此通过实时监测待除涂层的表面形貌、空间形位特征、损伤状态，以及清洗过程与效果，并将这些关键信息反馈给控制系统，从而实现对激光清洗参数的闭环优化调整和装备的智能化控制显得尤为重要。目前，激光清洗研究以机理为主，缺乏智能化目标识别及反馈控制机制，难以完成非均匀随机损伤多层异质涂层去除任务。学者将机器视觉、人工智能等前沿理论不断与激光清洗技术深度融合，推动着其进一步向更高效、更智能的方向发展。分析和总结了近年来在激光清洗离线检测技术、去除过程在线监测技术，以及激光清洗装备自主路径规划技术的研究进展，展望了智能激光清洗技术的未来发展趋势。
智能感知专题 | 基于机器视觉的焊接缺陷检测方法研究

智能感知专题 | 基于机器视觉的焊接缺陷检测方法研究

摘要：为提高焊接质量和生产效率，提出了一种基于机器视觉的焊接缺陷自动化检测方法。该方法通过构建包含图像采集、预处理及缺陷识别等核心模块的系统架构，实现了焊接缺陷的智能检测与量化评估。首先，在图像处理环节，综合运用中值滤波和高斯滤波算法来有效抑制噪声，并通过灰度化、二值化及形态学处理等步骤，显著强化了焊缝及其缺陷特征的可辨识度；其次，结合边缘检测技术与缺陷面积量化分析，精准识别焊缝中常见的气孔、裂纹及未熔合等缺陷类型，为焊接质量控制提供可靠的数据支撑；最后，对自动化检测方法进行试验验证。结果表明：该方法对裂纹、气孔、未熔合等典型焊接缺陷的检测精度达到较高水平，其测量结果与人工实测值的平均误差控制在 0.1cm 以内，完全满足工业生产实际应用需求。
焊接与切割 | 焊接参数对厚钢板焊接接头力学性能的影响研究

焊接与切割 | 焊接参数对厚钢板焊接接头力学性能的影响研究

摘要：为提升建筑钢结构中厚钢板焊接质量，以改变脉冲钨极氩弧焊焊接参数为前提，研究其对 25mm 厚钢板焊接接头力学性能的影响。以厚度为 25mm 的05CuPCrNi耐候钢钢板试件为研究对象，从脉冲频率、焊接电流、焊接速度及占空比4个方面开展研究。测试结果表明：当脉冲频率为1Hz、焊接电流为200A、焊接速度为450mm/min 、占空比为 50% 时，焊接接头力学指标达到最优，应用效果更佳。
焊接与切割 | 基于DVS1608标准的某型磁浮轨道车辆车体焊缝疲劳评估

焊接与切割 | 基于DVS1608标准的某型磁浮轨道车辆车体焊缝疲劳评估

摘要：以某型中低速磁浮轨道车辆车体为例，为确定其车体结构在运行载荷作用下的承载能力，保证其使用期间的安全性及可靠性，依据磁浮列车特殊结构，并结合实际运行中载荷特征和EN12663标准规定设置疲劳载荷工况，通过有限元仿真计算并提取结果数据，采用DVS1608标准中评估流程和方法对车辆车体焊缝进行疲劳评估研究。计算分析结果表明：所有工况下得出的焊缝3个单组应力利用率和综合利用率均小于1，高利用率区域主要集中在二位端近车门区域底架型材与底架边梁的连接处。车体焊缝疲劳强度在各计算工况下皆能满足DVS1608标准中疲劳要求。
焊接与切割 | 304不锈钢与6061铝合金搅拌摩擦焊温度场数值模拟

焊接与切割 | 304不锈钢与6061铝合金搅拌摩擦焊温度场数值模拟

摘要：使用传统熔焊方法无法克服铝-钢金属间化合物带来的界面脆化问题，导致不锈钢与铝合金的复合结构焊接性差，因此使用数值模拟方法研究不锈钢与铝合金的搅拌摩擦焊。焊接温度场对宏观形貌和微观组织有重要影响，采用商业有限元软件，建立了适用于异种金属搅拌摩擦焊的热源模型与边界条件，分析了不同焊接速度与304不锈钢和6061铝合金异种金属搅拌摩擦焊温度场的定量关系。结果表明：数值模拟的结果与红外热成像试验的结果基本重合，说明构建的热源模型计算精度较高；通过对母材两侧温度分布的对比，表明304不锈钢与6061铝合金在进行搅拌摩擦焊接时，304不锈钢侧峰值温度高于6061铝合金侧峰值温度。
焊接与切割 | 高耐候钢手持激光填丝焊不同板厚对接接头组织与力学性能对比研究

焊接与切割 | 高耐候钢手持激光填丝焊不同板厚对接接头组织与力学性能对比研究

摘要：以 2.5mm 和 4.0mm 板厚Q350EWR1高耐候钢手持激光填丝焊对接接头为研究对象，观察接头各区域微观组织形貌并进行力学性能试验，分析板厚对接头组织和力学性能的影响。结果表明：母材由铁素体和珠光体构成；热影响区只存在正火区，未出现粗晶区；焊缝区组织为先共析铁素体和贝氏体。两种接头的硬度分布均呈“山”字形，在焊接热循环作用下，焊缝、热影响区组织及晶粒尺寸发生变化，接头各区域硬度大小关系为：焊缝区 > 热影响区 > 母材。由于母材区域珠光体与铁素体含量存在差异，所以 4.0mm 对接接头抗拉强度小于 2.5mm 对接接头抗拉强度，抗拉强度分别为491MPa、558MPa，均于母材处断裂。在指定循环寿命 ?N=10⁷ 次条件下， 2.5mm 对接接头的疲劳强度为 203MPa ， 4.0mm 对接接头的疲劳强度为144MPa，低于 2.5mm 对接接头疲劳强度。
焊接与切割 | 热输入对地铁转向架典型结构温度场的影响

焊接与切割 | 热输入对地铁转向架典型结构温度场的影响

摘要：P355NL1钢具有较好的塑性、韧性和焊接性，是地铁转向架的一种理想材料。对于转向架类中厚板结构件，一般采用MAG多层焊进行连接。该焊接方法具有热输入大、能量利用率高、成本低、气孔缺陷少的特点。然而，热输入的变化影响着多层焊接组织晶粒与温度场的变化，且由于复杂的热循环过程难以用试验手段观测，因此温度场数值模拟是探究其热过程的重要手段。针对P355NL1钢轨道车辆转向架典型T形结构的MAG多层焊，开展焊接试验与温度场模拟研究。分析表明：底层焊缝经历了多次热循环过程，后层焊缝焊接时，对前层焊缝有热处理作用，可细化其晶粒，并发现随着焊接电流的增大、焊接速度的减小，焊缝熔宽和熔深会相应增大。
焊接与切割 | 2A14铝合金高拘束应力多层多道TIG焊缝断裂行为研究

焊接与切割 | 2A14铝合金高拘束应力多层多道TIG焊缝断裂行为研究

摘要：通过对5mm厚2A14合金环形拘束焊缝开展了TIG两面三层焊工艺试验，对焊缝采用EDS进行成分分析，根据成分结果对焊缝进行分区，观察焊缝断裂位置，同时针对该焊缝进行了应力模拟，并对焊缝残余应力进行了测试。通过观察及测试发现：与传统对接接头相比，高拘束应力多层多道焊受热-力双重作用，断裂位置位于焊缝熔合线上；焊接接头拉伸测试结果显示：抗拉强度及伸长率均有所降低，但焊缝断口仍呈现塑性断裂特征。
焊接与切割 | Q235B碳素结构钢单双丝埋弧焊焊接接头性能研究

焊接与切割 | Q235B碳素结构钢单双丝埋弧焊焊接接头性能研究

摘要：双丝埋弧焊作为一种高效的焊接方法在企业得到了一定的应用，为进一步掌握双丝埋弧焊与单丝埋弧焊的差别，有必要进行单双丝埋弧焊焊接接头的组织和性能研究。针对Q235B碳素结构钢平对接X形坡口进行了单丝和双丝埋弧焊的焊接工艺评定试验，对焊接接头进行拉伸、弯曲、冲击等力学性能试验，并采用微观金相观察和硬度检测的方法对接头显微组织、晶粒度及硬度进行试验分析。结果表明：Q235B碳素结构钢单双丝埋弧焊焊接接头拉伸、弯曲、冲击等试验结果均满足相关标准要求，力学性能良好；双丝埋弧焊焊缝较单丝埋弧焊焊缝强度、硬度略高，冲击吸收能量略低；相较于单丝埋弧焊，双丝埋弧焊母材与焊缝间热影响区晶粒较粗，且焊缝区胞状树枝晶结构更为明显。
焊接与切割 | 钢结构桁架电弧焊焊接接头腐蚀疲劳性能试验研究

焊接与切割 | 钢结构桁架电弧焊焊接接头腐蚀疲劳性能试验研究

摘要：为了解释钢结构桁架电弧焊焊接接头腐蚀与疲劳的相互关系，分析结构安全性，通过试验研究其腐蚀疲劳性能。使用电弧焊焊接钢结构桁架连接节点，测试该焊接接头的腐蚀疲劳性能，观察微观形貌，分析电弧焊时摆动对腐蚀疲劳性能的影响，并研究腐蚀对疲劳性能的影响。试验结果显示：疲劳循环次数增加会降低焊接接头的疲劳性能，腐蚀时间延长会进一步削弱其抗疲劳性；在腐蚀溶液中浸泡会导致接头产生腐蚀产物，小电流电弧焊时腐蚀产物更多，大电流时腐蚀产物减少；摆动电弧焊极限残余应力高于无摆动电弧焊，且极限残余应力位置更接近焊缝，无摆动电弧焊接头残余应力小，疲劳寿命长；循环荷载较小时，空气环境中裂纹扩展速率更高；循环荷载增大时，腐蚀环境中裂纹扩展速率显著增加。
焊接与切割 | 振动频率对线性摩擦焊接头组织及性能的影响

焊接与切割 | 振动频率对线性摩擦焊接头组织及性能的影响

摘要：针对航空发动机整体叶盘常用的TC4钛合金，研究了线性摩擦焊主要工艺参数振动频率对线性摩擦焊的接头成形、组织特征、冲击性能的影响。结果表明：线性摩擦焊接头组织明显分为3个区域，即母材区、热力影响区和焊合区，热力影响区为拉长的α相 +β 相转变组织组成的双态组织，焊合区为发生动态再结晶的等轴组织，晶粒内部为片层 α_a 相。随着振动频率增加，焊接过程中热输入量增加，接头焊合区宽度变宽；热力影响区和焊合区的α相片层的长度增加；接头冲击性能也有一定提高，接头冲击断口形貌均呈现韧性断裂特征。
热处理 | 深冷处理对CF8M不锈钢微观组织和显微硬度的影响

热处理 | 深冷处理对CF8M不锈钢微观组织和显微硬度的影响

摘要：针对CF8M不锈钢在－196℃深冷处理前后的微观组织演变及显微硬度变化进行了系统研究，旨在为高新船舶和民用船舶的高压密封件和低温阀门等关键部件的材料优化提供理论依据和技术支持。通过金相显微镜观察、X射线衍射仪（XRD）分析、显微硬度检测和纳米压痕检测等手段，分析了深冷处理对材料相组成、组织形貌及力学性能的影响。研究结果表明：深冷处理显著改变了CF8M不锈钢的金相组织，原先弥散分布的铁素体由块状、网状向条状或针状转变，材料内部晶界结合紧密及成分均匀性的结构特征增强，同时XRD物相分析显示部分奥氏体发生了向马氏体的转变。这些微观结构的转变使材料的局部硬度提高，硬度分布更为均匀。纳米压痕试验显示，在相同载荷下，深冷处理后的样品压入深度明显减小，反映出更高的抗塑性变形能力及弹性模量。研究结果为CF8M不锈钢在极端低温工况下深冷处理工艺工程化应用提供了试验数据和理论支持。
热处理 | 1Cr18Ni10Ti不锈钢钢管扩口内锥面线性痕迹问题分析及工艺改进

热处理 | 1Cr18Ni10Ti不锈钢钢管扩口内锥面线性痕迹问题分析及工艺改进

摘要：针对航空用1Cr18Ni10Ti不锈钢管（ ?6mm×0.6mm ）扩口内锥面批量性出现的线性痕迹问题（疑似裂纹），利用光学显微镜、扫描电镜对扩口内锥面痕迹显示处及周边进行宏观观察、微观组织和化学成分能谱分析。研究结果表明：钢导管基体材料化学成分、晶粒度等级合格，扩口内锥面线性“痕迹”微区Cr、Ni含量存在偏析，化学钝化工艺过程加速该区域的腐蚀溶解，腐蚀溶解处经扩口张大显示为线性“痕迹”。采取控制不锈钢管扩口前化学钝化槽液硝酸浓度及钝化时间至工艺下限值的技术措施，线性“痕迹”问题得以有效解决。此研究成果可为业内同行提供一定工艺参考和研究思路。
热处理 | 9310钢内花键齿轮淬火过程温度场及应力应变场模拟仿真

热处理 | 9310钢内花键齿轮淬火过程温度场及应力应变场模拟仿真

摘要：对9310钢齿轮热处理过程中的温度场、应力场和应变场变化规律展开研究。赋予模型耦合相变的9310钢相关物理性能及油淬火边界条件。在温度场中，油淬时齿轮外表面温度最低且下降慢，淬火初期下部温度低，随时间推移，表面温度持续降低，且油淬初始41s内是控制齿轮结构和尺寸的关键期，此阶段表面与心部温差大，热应力影响显著，随后温差逐渐减小直至温度平衡。在应力场中，Mises应力随油淬时间递增，冷却初期内应力大，相变后心部应力剧增，表面应力在特定时间内变化剧烈，不同位置应力变化有差异，25s后残余压应力呈双峰值变化，最终应力增加源于热应力引发的弹性收缩。在应变场中，齿轮外盘位移量随淬火时间减小，表面特征点位移量在升温后齿顶最大，冷却时先骤减后微升，最后趋于稳定；特征路径上，点4位移变化幅度大于点6，冷却41s时点1位移量达最大值，心部点6位移量相对较小。研究结果明确了9310钢齿轮热处理过程中各场的变化规律，对相关工艺优化和质量控制有重要指导意义。
热处理 | 脉冲电流对AI-Yb共晶合金组织及力学性能的影响

热处理 | 脉冲电流对AI-Yb共晶合金组织及力学性能的影响

摘要：采用传统铸造法制备了不同Yb含量（ 15% 、 21% 及 29% ）的A1-Yb二元共晶合金，通过金相显微镜(OM）、扫描电子显微镜（SEM）、拉伸力学性能测试和显微硬度检测等手段，研究了不同脉冲电流参数对合金共晶组织的影响，分析了合金组织及性能变化的原因。结果表明：Al-15Yb、Al-21Yb和A1-29Yb的组织，分别为典型亚共晶、完全共晶和过共晶组织，A1-15Yb的共晶区存在极细共晶层片结构，层片间距为 100～ 200nm 。经过脉冲电流处理后，A1-21Yb的共晶组织层片结构转变为短棒状和圆点状，材料发生软化，抗拉强度由铸态的167MPa降到脉冲电流处理后的 143MPa ，伸长率由铸态的 4% 最高增加到 7% 。在实际应用中，脉冲电流处理可作为一种高效的手段，用于提升共晶合金的塑性变形能力。
热处理 | 1Cr11Ni2W2MoV不锈钢真空低压渗碳组织与性能研究

热处理 | 1Cr11Ni2W2MoV不锈钢真空低压渗碳组织与性能研究

摘要：为改善1Cr11Ni2W2MoV不锈钢零部件的表面硬度和耐磨性能，采用真空低压渗碳技术对其进行渗碳处理。重点研究了不同渗碳温度及时间！ (900-1100^°C ）×（3～5h）对1Cr11Ni2W2MoV不锈钢试样表面组织及耐磨性能的影响规律。结果表明：随着渗碳温度及时间的增加，渗层厚度及硬度也随之增加；当渗碳温度及时间为 (950～1050^°C ） × 3h时，试样表面硬度均达到了60HRC，较原始试样硬度40HRC提高了 50% 以上；当渗碳温度及时间为 1000^°C×3h 时，可得到细小的回火马氏体，试样表面磨痕深度最小，耐磨性能最好。
热处理 | 挂车轴轴承位淬火感应器设计与工艺调试

热处理 | 挂车轴轴承位淬火感应器设计与工艺调试

摘要：挂车轴是挂车的关键部件，起传递动力、保持车轮定位、缓冲减振及支撑4个关键作用，因此挂车轴轴承位的耐磨性和精度对车辆安全至关重要，针对其服役工况复杂、易磨损、疲劳失效等问题，重点聚焦挂车轴轴承位淬火感应器设计、淬火形式、参数调整及变形控制。
铸造与锻造 | 低压及差压铸造工艺对ZL114A铝合金铸件组织和性能的影响

铸造与锻造 | 低压及差压铸造工艺对ZL114A铝合金铸件组织和性能的影响

摘要：使用低压铸造工艺和差压铸造工艺对比研究了某ZL114A铝合金铸件的组织和性能差异。结果表明：两种铸造工艺下合金铸态组织主要由 a -A1基体、共晶硅相组成，经过T6处理后，铸态中的粗大共晶硅相转变为细小的球状。差压铸造工艺下合金的抗拉强度、屈服强度和伸长率平均值分别为345MPa、 306MPa ！ 5.3% ，相较于低压铸造工艺分别提升了 6.2% 、 9.3% 、 17.8% 。这是由于差压铸造工艺在金属液凝固过程中可以提供更好的补缩能力，合金组织更为致密，合金的晶粒细化效果好，且组织中第二相分布更弥散、均匀，第二相强化效果好。两种铸造工艺下合金的断裂机制均为韧-脆混合型，但差压铸造工艺下合金塑性特征更明显。
铸造与锻造 | 运载器高性能轻质金属舱段材料工艺探讨

铸造与锻造 | 运载器高性能轻质金属舱段材料工艺探讨

摘要：金属舱段是航天运载器重要主结构，要求产品高性能、轻质、低成本制造，长期可重复使用，运载器要求结构更可靠。高性能铝合金在金属舱段结构材料应用中占比最大，砂型铸造、高性能变形铝合金锻造、旋压成形及连接装配等加工工艺仍是结构的主要制造方式；而高性能镁合金结构减重显著，应用潜力较大；同时，增材制造应用呈快速上升趋势。结合工程研究及有关文献，对相关材料工艺应用特点与发展现状进行了分析，提出了应用与研究方向建议。基于产品全生命周期的需求，综合权衡分析进行材料合理选择与工艺优化，深化关键高性能材料工艺研究与应用，以实现产品高性能和可靠性，生产高效顺畅。
增材制造 | 等离子熔覆Ni基Ti (C,N) 复合增强涂层研究

增材制造 | 等离子熔覆Ni基Ti (C,N) 复合增强涂层研究

摘要：Q235钢存在耐磨性能及硬度较差等问题。采用等离子熔覆技术在Q235钢表面制备了Ti（C，N）增强Ni基复合涂层，研究了不同含量的TiC和TiN颗粒对Ni基复合涂层微观组织与性能的影响。结果表明：Ni基增强涂层主要由 FeNi₃ ， Cr₂Ni₃ 、NiTi等基体相，以及Ti（C，N）等硬质相组成。涂层的显微硬度随TiC含量增加而增大，当添加质量分数为 20% TiC和 10% TiN时显微硬度最高，可达847.6HV1.0。同时具有最低的磨损失重率1.21×10^-3g/ （N·h），随着TiN含量的升高由氧化磨损向黏着磨损、磨料磨损和氧化磨损转变。
增材制造 | 基于金属粉末注射成形技术的TC4钛合金塑性优化研究

增材制造 | 基于金属粉末注射成形技术的TC4钛合金塑性优化研究

摘要：针对金属粉末注射成形技术（MetalPowder Injection Molding Technology，MIM）成形TC4合金存在的低塑性问题，采用MIM制备TC4钛合金试样，研究并讨论不同的双重热处理工艺下试样塑性微观结构变化情况，以期提高MIM制备的TC4合金的综合力学性能。研究发现：经工艺2处理后，MIM制备的TC4钛合金的断面韧窝数量最多，在相同视野下韧窝拥有较大的直径和深度，平均韧窝尺寸较其他各组工艺最大，为 11.8μm 。韧窝尺寸在 6～14μm 的占比达 74% 。且热处理态钛合金试样的硬度及熔融指数均最高，分别达到539.76HV、 1893.06g/10min 。同时，经过工艺2热处理后MIM制备TC4合金的屈服强度和抗拉强度变化不大，而塑性提升了 13.75% 。结果表明：热处理工艺2可以改善TC4钛合金的综合力学性能，提高其产业化生产并扩大实际应用范围。
增材制造 | 激光定向能量沉积TB6钛合金组织和性能各向异性研究

增材制造 | 激光定向能量沉积TB6钛合金组织和性能各向异性研究

摘要：采用激光定向能量沉积（LDED）技术制备了TB6钛合金，分析了试样不同方向显微组织与力学性能的各向异性特征，并研究了固溶时效处理对材料各向异性的影响。结果表明：沉积态试样垂直沉积方向截面为近等轴晶组织，而平行于沉积方向截面为柱状晶/等轴晶复合结构；不同截面的显微组织均为层片状网篮组织，其中垂直沉积方向截面的α相形貌更为细长。这种晶粒结构与 αa 相的差异使得横向试样表现出高的显微硬度（389.6HV）、高的抗拉强度（ 1337MPa ）及低伸长率（ 2.9% ），与纵向试样相比，力学性能各向异性特征明显。经固溶时效处理后，片状a相粗化且宽度差异减小，使伸长率的各向异性指数IPA从沉积态的99.1降至33.2，断口形貌由浅小韧窝转变为深大微孔结构，有效弱化了力学性能各向异性。
检测 | 低负荷工况下锅炉短管焊接失效检测研究

检测 | 低负荷工况下锅炉短管焊接失效检测研究

摘要：锅炉水中的P、S元素可能导致点腐蚀，会在焊缝金属的局部区域形成腐蚀坑，逐渐侵蚀并减薄焊缝金属的壁厚。一旦穿透焊缝金属，就会导致介质泄漏，引发锅炉系统失效。因此，提出低负荷工况下锅炉短管焊接失效的检测方法。利用激光诱导击穿光谱仪（LIBS）技术对锅炉短管焊接处进行高质量的光谱测量，通过优化测量架构避免了氧化层和沉积层对检测效果的影响。针对锅炉短管内部金相组织结构的非均匀性导致的光谱特征波动，采用光谱修正技术，包括Savitzky-Golay卷积求导和最小二乘拟合，以提高光谱数据的准确性。利用K-SVM-RFE算法对光谱数据特征进行选择，结合线性核SVM的决策函数实现低负荷工况下锅炉短管焊接失效检测。结果表明：在低负荷工况下，设计方法的失效检测仅出现3次检测错误，且灵敏度在0.95以上，可以实现低负荷工况下的锅炉短管焊接失效检测。
检测 | 某燃煤锅炉水冷壁管鼓包失效分析

检测 | 某燃煤锅炉水冷壁管鼓包失效分析

摘要：某电厂燃煤锅炉检修期间发现前墙水冷壁多处位置出现鼓包现象，通过宏观观察、化学成分分析、拉伸试验、硬度检测、金相及垢层分析等方式确定鼓包原因。结果表明：锅炉前墙水冷壁管因内壁结垢而引起局部超温，使材料显微组织球化速率加速，导致强度性能下降。随着时间的推移，在高温高压服役环境下管子发生塑性变形形成鼓包。

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