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2022年 第65卷 21期
刊出日期：2022-11-01
封面文章
专稿
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专题
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1
本期封面
2022 Vol. 65 (21): 1-1 [
摘要
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本期电子刊
1
本期电子刊
2022 Vol. 65 (21): 1-152 [
摘要
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73
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6
本期目录
2022 Vol. 65 (21): 6-8 [
摘要
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77
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专稿
14
高速冲击表面处理对金属材料表面完整性的影响
高玉魁，王瑞，陶雪菲
DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2022.21.014
喷丸、激光冲击和表面机械研磨等高速冲击表面处理技术可有效提高金属材料的抗疲劳性能、耐应力腐蚀性能和耐磨损性能等，已广泛应用于国内外航空航天、汽车、船舶以及核工业等领域。本文对喷丸、激光冲击和表面机械研磨的基本原理和工艺特点进行介绍，综述了相关高速冲击表面改性技术对铝锂合金、高温合金、钛合金和高强度钢等先进材料表面粗糙度、表层残余应力、显微硬度以及表层微观组织等表面完整性参数的影响规律，最后对高速冲击表面处理技术在国内的研究与发展进行了展望。
2022 Vol. 65 (21): 14-27 [
摘要
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257
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封面文章
28
基于混合推理的飞机结构件变型设计
郝博，汪万炯，张鹏，刘力维
DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2022.21.028
基于规则推理（Rule-based reasoning，RBR）与实例推理（Case-based reasoning，CBR）相混合的推理方式，对飞机结构件智能设计方法进行了研究。首先，结合模糊理论和规则推理技术，对飞机结构件设计要求的模糊属性进行处理，设计了飞机结构件智能选型系统，实现对飞机结构件的类型选择；其次，运用最近相邻算法与灰色关联分析理论，对飞机结构件设计要求的数值属性进行处理，实现了飞机结构件的实例检索与评价，此后将得到的最佳相似实例进行变型设计，得到目标实例；最后，以型材为例验证了混合推理智能设计系统的可行性。
2022 Vol. 65 (21): 28-35 [
摘要
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172
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论坛
38
AZ31 厚板镁合金双面搅拌摩擦焊接头组织及性能研究
陈玉华，钟宇，谢吉林，张体明，王善林，戈军委
DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2022.21.038
采用单轴肩搅拌摩擦焊实现了40 mm 厚的AZ31 镁合金双面对接焊接，对接头组织及力学性能进行了分析研究。结果表明，双面搅拌摩擦焊（Ds–FSW）接头光滑整洁，无缺陷。接头可划分为母材（BM）区、热影响区（HAZ）、热力影响区（TMAZ）、焊核区（NZ）和重叠区（OZ）5 个区域，其中OZ 是Ds–FSW 接头所独有的。OZ 中存在的超细晶粒和弥散分布的沉淀相Al
8
Mn
5
，显著提高了此区域的极限抗拉强度（UTS）和断后伸长率（EI），分别为217.7 MPa 和14.65%，从而使其获得较高的接头强度系数，约为母材的85.81%。接头主要断裂在前进侧NZ 和TMAZ 交界处，其断裂机制为韧性断裂和准解离断裂的混合断裂机制。
2022 Vol. 65 (21): 38-44,53 [
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141
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45
碳纤维增强热塑性复合材料/ 钛合金激光焊接模拟仿真研究
焦俊科，徐纪豪，井成虎，曾堃，孙圣元，茹浩磊，张文武，王斌
DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2022.21.045
为研究碳纤维增强热塑性复合材料（CFRTP）与钛合金激光高速旋转焊接接头形成机理，探索工艺参数对接头质量的影响规律，建立了CFRTP/ 钛合金激光高速旋转焊接数学模型，利用有限元方法对焊接接头温度分布进行理论计算，分析了激光功率、焊接速度和光斑半径等工艺参数对接头熔宽和熔深的影响规律，并将理论计算结果与试验结果进行了对比分析。结果表明，利用有限元模拟仿真能够较好地预测CFRTP/ 钛合金接头的温度场分布；通过对温度场求解结果的数值分析，可以实现CFRTP/ 钛合金激光焊接过程中接头熔深、熔宽的预测；理论计算结果与试验结果基本吻合，表明模拟仿真能够为CFRTP/ 钛合金高质量激光焊接提供理论支持。
2022 Vol. 65 (21): 45-53 [
摘要
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54
基于RBFNN-ACO 的铝合金搅拌摩擦搭接焊工艺参数优化
岳玉梅，韩松，郭芮秀，姬书得
DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2022.21.054
采用尖部半螺纹搅拌针进行6151 铝合金搅拌摩擦搭接焊试验，并基于径向基神经网络与蚁群算法相结合的方法优化工艺参数，达到改善搭接界面结构特征，进而实现最大化接头承载能力的目的。研究结果表明，当转速、焊速和下压量分别为1504 r/min、207 mm/min 和0.12 mm 时接头的拉剪载荷最大达5.06 kN/mm，比优化前的最大拉剪载荷提高了6.08%。径向基神经网络与蚁群优化算法相结合的智能方法为优化焊接工艺参数，进一步提高铝合金搅拌摩擦搭接接头强度提供了一种有效途径。
2022 Vol. 65 (21): 54-53 [
摘要
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203
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62
面向航空航天的金属多孔夹层结构钎焊研究现状及发展趋势
罗云，胡胜鹏，李子寒，刘亚洲，宋晓国，曹健
DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2022.21.062
金属多孔夹层结构具有质轻，比强度、比刚度高，耐高温、耐腐蚀，消音、隔热等优异性能，在航空航天领域高端装备的应用受到越来越多的关注。钎焊法是实现金属多孔夹层结构芯体与面板连接的首选方法。然而夹芯与面板大面积钎焊过程中易产生钎料对薄壁母材溶蚀、焊合率低、焊接变形大、界面易形成连续脆性反应产物等缺陷，因此金属多孔夹层大面积钎焊仍有较大难度，迫切需要开展金属多孔夹层钎焊基础研究。国内外学者针对连接界面微区反应产物的种类和分布调控、薄壁母材的溶解预测、薄壁夹芯的焊接热变形控制等难题，研究了钎焊界面组织调控新方法、钎焊工艺– 钎角形态– 接头组织– 接头力学性能的整体对应关系，阐明接头的组织演化规律，优化接头的力学性能，具有重要的科学意义及工程应用价值。本文从金属多孔夹层结构钎焊接头界面微区调控、基于力学性能优化的钎焊接头微观形态设计、钎焊过程对结构力学性能的影响及焊后强化方法和液态钎料对母材的溶解预测模型等国内外研究进展进行综述。
2022 Vol. 65 (21): 62-70 [
摘要
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241
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71
异态TC17 钛合金线性摩擦焊接头微观组织与断裂韧性研究
马核，李菊，王月，李晓红，张田仓，张彦华
DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2022.21.071
根据钛合金双性能整体叶盘制造的需要，研究了异态（双态组织与网篮组织）TC17 钛合金线性摩擦焊接头的微观组织与断裂韧性。结果表明，接头焊合区（WZ）为剧烈破碎的含亚稳定相细晶组织，热力影响区（TMAZ）为热塑性变形组织，且部分初生α
p
相发生了溶解。焊态接头WZ 与TMAZ 的断裂韧性与母材相比有较大幅度降低，产生了明显的脆性倾向，而焊后退火热处理可使接头中的亚稳定相分解并形成平衡态α+β 组织，可在一定程度上缓解接头的脆性倾向。
2022 Vol. 65 (21): 71-77 [
摘要
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148
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78
铝/ 钢异种金属电磁脉冲焊研究新进展
张丽萍，谢吉林，余曦，文金鹏，尹立孟，陈玉华，张鹤鹤，张龙
DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2022.21.078
铝/ 钢异种金属焊接结构具有比强度高、耐蚀性好、综合力学性能优异等特点，在航空航天、核电能源、轨道交通、电子电器等行业应用广泛。但由于铝/ 钢异种金属在物理、化学、冶金等方面的性能差异显著，导致二者的优质连接面临极大的挑战。电磁脉冲焊接技术是一种固相焊接方法，能够有效克服异种金属由于性能差异带来的焊接问题，目前被广泛应用于铝/ 钢等异种金属的焊接。本研究简述了铝/ 钢异种金属焊接中存在的问题，电磁脉冲焊接技术的焊接原理和工艺参数。从工艺研究、设备优化、接头性能、界面形貌与结合机理、数值模拟和多种焊接方法复合方面对电磁脉冲焊接技术新进展进行了分析，对今后技术发展提出了相应的建议。
2022 Vol. 65 (21): 78-86 [
摘要
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231
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87
超声波作用下多孔Si
3
N
4
陶瓷的快速润湿机理研究
李政玮，许志武，陈姝，张睦坤，任勃旭，闫久春
DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2022.21.087
为解决多孔陶瓷真空钎焊润湿时温度高、保温时间长、需真空环境和活性元素等缺点，利用超声波辅助方法实现多孔陶瓷的快速润湿，研究了超声功率对润湿效果的影响。结果表明，超声波作用下Sn9Zn 非活性钎料在230 ℃ 时仅需10 s 即可实现对多孔Si
3
N
4
陶瓷的润湿。超声功率为333.3 W 时，钎料可渗入陶瓷基体25 μm；渗入层的宽度随超声功率的增加而增大；超声功率为1000 W 时，渗入层的厚度可达80 μm。因焊接温度低，冷却后渗入层内的残余应力很小，陶瓷和钎料结合紧密、无裂纹。透射电镜的测试结果表明，润湿界面主要富集O 元素和Zn 元素。本文中多孔陶瓷的快速润湿可归因于钎料内的超强声空化作用，空化泡溃灭产生极高的温度、压力和液体流速，使非活性钎料在极短的时间内完成对陶瓷的润湿。
2022 Vol. 65 (21): 87-91,111 [
摘要
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92
中间层对NiTi/Ti6Al4V 激光焊接接头组织性能的影响
崔江梅，陈龙，周志杰，TESHOME Fissha Biruke，柯文超，喻红梅，曾志
DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2022.21.092
为了提升NiTi/Ti6Al4V 异种材料激光焊接接头的力学性能，减少脆性金属间化合物的形成，分别通过添加Co、Zr 中间层开展NiTi/Ti6Al4V 激光焊接。研究了中间层材料对焊接接头微观组织、物相结构与力学性能的影响规律。结果表明，NiTi/Co/Ti6Al4V 和NiTi/Zr/Ti6Al4V 接头熔合区微观组织均由等轴枝晶、柱状枝晶以及部分宏观偏析区组成，Co 与Zr 元素分别能取代Ti
2
Ni 脆性金属间化合物中Ni 和Ti 的位置，从而抑制Ti
2
Ni 脆性相的生成。此外，NiTi/Co/Ti6Al4V 和NiTi/Zr/Ti6Al4V 接头均在NiTi 边界附近出现硬度最大值，分别为543HV 和467HV，且均在NiTi 边界处发生脆性断裂，其中NiTi/Zr/Ti6Al4V 接头有着较大的抗拉强度315.9 MPa 和断裂应变1.74%。
2022 Vol. 65 (21): 92-97 [
摘要
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98
Ti
2
AlNb/Ti60 线性摩擦焊接头组织特征及力学性能
郭震国，马铁军，陈曦，杨夏炜，李文亚，陶军
DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2022.21.098
对Ti2AlNb 及Ti60 合金进行了线性摩擦焊接（LFW）试验，利用光镜和扫描电镜对接头各区域微观组织进行了表征，测试了接头的力学性能。结果表明，接头两侧热力影响区（TMAZ）组织沿摩擦方向变形，Ti
2
AlNb 侧TMAZ 发生了α
2
→B2 和O→B2 相转变，B2 相体积分数相比母材显著增高，Ti60 侧TMAZ 发生了β→ 亚稳β→α 相转变，析出了细小的层片状次生α 相。接头两侧焊缝区（WZ）发生了动态再结晶，Ti
2
AlNb 侧WZ 完全转变为B2 相并在快速冷却后保留下来，Ti60 侧WZ 在高温下首先转变为高温β 相，焊后快冷过程中发生β→α′ 相转变，析出α′ 马氏体。接头界面发生了溶质元素的互扩散，形成了宽约为1 μm 的元素扩散层，界面两侧晶粒实现“共生”。在TMAZ 组织的形变强化、沉淀强化，WZ 组织的细晶强化、沉淀强化的综合作用下，接头拉伸强度（939 MPa）不低于Ti60 母材，断裂模式为韧性断裂。
2022 Vol. 65 (21): 98-103 [
摘要
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163
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104
镁– 铝超声辅助瞬态液相扩散连接机理研究
李卓霖，符军红，王健，卫首敬，宋晓国，卞红
DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2022.21.104
镁– 铝复合散热结构件在航空工业领域具有较好的应用前景。针对镁– 铝异种材料连接中极易产生脆性Al
12
Mg
17
、Al
3
Mg
2
金属间化合物的关键问题，本试验采用超声辅助瞬态液相连接工艺（Ultrasonic-assisted transientliquid phase bonding，U-TLP Bonding），以纯Zn 作为中间层，在350 ℃下实现了Mg/Zn/Al 接头的可靠连接；研究了超声作用时间对接头微观组织演变和力学性能的影响，在最优工艺参数下，接头中主要为Mg+MgZn 共析组织，接头平均抗剪强度达到50.2 MPa。
2022 Vol. 65 (21): 104-111 [
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专题
112
航空整体结构件数控加工变形预测及控制技术研究进展
国凯，武冲，孙杰
DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2022.21.112
航空整体结构件数控加工过程中受多种因素的耦合作用，导致其加工后产生不同程度的变形，对产品的精度保障、加工效率的提升与制造成本的控制产生严重的不利影响。航空整体结构件数控加工变形是航空制造业面临的严峻挑战之一。首先对航空整体结构件数控加工变形的影响因素、内在机制和变形预测技术进行综述分析，进而阐述航空整体结构件数控加工变形控制及变形校正技术的研究现状，最后对航空整体结构件加工变形预测与变形控制技术的发展趋势进行了展望。
2022 Vol. 65 (21): 112-127 [
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128
走刀路径对梯形框体薄壁件加工变形影响
杨东，伊力扬，陈建彬
DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2022.21.128
整体薄壁结构件被广泛应用于航空航天领域，然而刚性差，易发生加工变形等影响薄壁结构件的生产效率和产品合格率。针对梯形框体类薄壁结构件加工变形问题，采用基于Python 脚本控制的生死单元法开展加工变形仿真研究，从走刀策略入手，分析由内到外走刀、由外到内走刀、并行走刀、之字形走刀等走刀路径对加工变形的影响规律。试验及仿真结果表明，由外到内走刀可以获得较小的加工变形量。此外，在采用由外到内走刀的策略下，相比于大端下刀，从工件小端下刀可以使工件最大加工变形量和平均变形量减小。最后给出面向梯形框体结构件加工变形控制的优选走刀方案，使梯形框体薄壁件加工变形得到有效改善。
2022 Vol. 65 (21): 128-134 [
摘要
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135
中机身蒙皮骨架变曲率截面桁条滚弯精确成形工艺研究
陈明和，谢兰生，冯瑞，文松涛，罗志辉
DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2022.21.135
为解决C919 国产大飞机蒙皮骨架非对称截面桁条的精确成形难题，基于2 形及L 形型材的2099–T3 和T83 铝锂合金性能测试评价，获得材料的本构模型和回弹规律。同时提出一种分段式等曲率渐近滚弯新工艺，结合滚弯成形理论分析计算，建立等曲率四轴滚弯有限元模型，并分析了两种型材的滚弯回弹及曲率半径影响因素，模拟结果确定了非对称截面型材的合理滚弯成形工艺参数为：型材与滚轮摩擦系数为0.10~0.12，型材和滚轮之间间隙为0.2 mm，2 形型材和L 形型材滚弯的左右滚轮极限抬升高度分别为43 mm 和30 mm。最终采用分段等曲率渐近滚弯的方法，通过MC4P431IAS 数控滚弯机成功生产出合格的变曲率型材，最大间隙值为0.76 mm，成功验证了变曲率滚弯成形方案的可行性和准确性。目前，该研究成果已成功应用于C919 中机身蒙皮骨架长桁的滚弯成形生产中。
2022 Vol. 65 (21): 135-142 [
摘要
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111
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143
预变形与电磁成形对铝合金曲面件回弹的影响
杜志浩，杨欢，崔晓辉，王世鹏，阳光
DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2022.21.143
以铝合金单曲率蒙皮为研究对象，采用冲压和电磁渐进成形相结合的方法解决板料回弹大的问题。采用有限元和试验手段，研究了定间隙和变压边两种预变形方案对板料变形和回弹的影响。与定间隙冲压相比，变压边预变形后板料回弹被大大降低，回弹量为47.6 mm，再采用带弹性垫的蒙皮件电磁渐进方法继续降低板料回弹。通过模拟发现，放电后板料的切向拉应力减小，并且产生微小塑性应变。零件内的塑性应变能增加，弹性应变能降低，回弹降低。当线圈在6 个位置依次放电8 kV 后，板料的回弹量为10.4 mm，比准静态冲压下板料回弹量降低了78.1%，并且零件表面光滑。通过试验验证，发现试验结果与模拟一致。本研究为实现铝合金蒙皮件的精确制造提供了可靠手段。
2022 Vol. 65 (21): 143-149 [
摘要
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138
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