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铜合金具有良好的导电性和力学性能，应用前景广阔，是一种发展潜力巨大的基础材料和功能材料。机械合金化能够突破合金的成分局限，通过原子扩散实现合金化，获得非晶、金属间化合物及超饱和固溶体等亚稳相。机械合金化法获得的亚稳态铜基复合粉末，在制备高性能铜合金方面显示了独特优势。 本文利用中型卧式高能振动棒磨机对Cr-Mo二元合金体系和Cu-Cr-Mo三元合金体系的机械合金化过程展开研究，对比不同合金元素比例与不同机械合金化过程对Cu-Cr-Mo块材性能的影响。研究机械合金化Cu-Cr-Mo粉末的退火处理与热压烧结工艺，以期获得块材综合性能上的提升。本文通过机械合金化法制备出良好综合性能的高强度导电Cu-Cr-Mo合金块材，并在研究过程中获得以下结果。 对Mo:Cr=1:1（wt%）的粉末，研究机械合金化高能棒磨过程中棒磨振幅、棒料比、棒磨时间对粉末合金化过程的影响，在中型棒磨机上于棒磨振幅15mm，棒料比60:1，批料150g的条件下棒磨30h、36h可分别获得Cr(Mo)固溶体和Cr(Mo)非晶。将纯铜粉末与Cr-Mo粉末进行二次机械合金化，发现其合金化过程不仅与棒磨条件有关，而且与Cr-Mo粉末组成相与含量密切相关。在二次机械合金化中，提高Cu-Cr-Mo粉末中的Cr-Mo含量有利于提高固溶度，且Cr(Mo)固溶体或Cr(Mo)非晶比Cr-Mo两相更易于固溶。 二次机械合金化Cu-Cr-Mo合金粉末在烧结前需退火处理，合适的退火处理工艺为在600℃左右、真空、无活性炭条件下保温1h，粉末的加工硬化得以消除，溶质原子开始析出，有利于块材综合性能的提升。二次机械合金化制备的Cu-Cr-Mo合金块材的晶粒大小、析出相数量以及第二相数量受Cr-Mo含量的直接影响，Cr-Mo含量决定其综合性能。通过二次机械合金化法制备出良好综合性能的Cu-2wt.%Cr(Mo)块材（抗拉强度≥600MPa，导电率≥55%IACS）和超高强导电Cu-6wt.%Cr(Mo)块材（抗拉强度≥900MPa，导电率≥45%IACS）。二次机械合金化过程中使用不同相组成的Cr-Mo粉末与不同棒磨时间均影响Cu-6wt.%CrMo块材性能。 热压烧结过程对机械合金化Cu-Cr-Mo合金块材的综合性能有一定程度影响。模具烧结方式优于包套封焊烧结，特别是在块材导电性能方面。热压烧结工艺参数影响块材的综合性能，尤以烧结温度与降温速率最为显著，加载压强大小也至关重要，而一定范围内延长保温时间并未引起综合性能改变。在原烧结工艺参数（850℃、150MPa热压烧结0.5h）基础上，通过提高烧结温度至900℃、提升烧结压强至250Mpa或降低降温速率后均可制备出高强中导的Cu-2wt.%Cr(Mo)块材（抗拉强度≥600MPa，导电率≥60%IACS）。

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Cu合金 高强度 机械合金化 热压烧结

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超导磁体是关系到国家科学发展和技术进步的高端重要装备，实现超导磁体需要的液氦浸泡式低温恒温器是超导磁体应用的必备基础条件。 超导磁体用低温恒温器设计涉及物理、低温、材料、机械、超导、真空以及焊接等众多学科，是一套跨学科的集成系统设计，而且产品一体化封焊，不可重复拆卸，设计制作难度很高。低温恒温器结构和系统控制线路不可避免的导致热传导和热辐射，因此超导磁体用低温恒温器需要定期补充液氦，这也影响了超导磁体的持续便捷运行，制约了超导磁体的应用范围。 本文通过理论计算结合有限元模拟分析，在传统的低温恒温器结构基础上，对超导磁体用低温恒温器的机械结构和传热设计进行优化，将低温容器内漏热所挥发的氦气再冷凝回流到液氦容器里，实现了无须补充液氦的零挥发式超导磁体用低温恒温器。 本文中超导磁体用低温恒温器设计工作的创新点主要有： 1.通过有限元模拟方法完成超导磁体零挥发低温恒温器机械结构的优化。针对内部结构复杂、低温下材料物理特性的变化、结构设计空间尺寸小等情况，在有限的空间范围内完成机械结构设计和强度校核等优化设计，设计的要求是既满足磁场强度和有限的室温孔尺寸要求，同时又保证结构在低温下安全稳定可靠运行。 2.通过有限元模拟方法完成超导磁体零挥发低温恒温器热设计的优化，在保证结构强度要求的前提下，考虑低温下材料的物理特性数值的变化，在结构的支撑和传导连接的每一个细节结构上进行优化设计，最大限度减少低温恒温器的漏热。 3.通过对优化后的超导磁体零挥发低温恒温器系统进行制作及检测，验证了理论设计结果。对优化设计后的方案进行加工制造，并在4.2K低温下进行了性能检测，实验结果证明本超导磁体低温恒温器机械结构满足理论设计值，测量漏热和理论计算基本相符。 对优化的超导磁体用低温恒温器系统进行制作，成功实现了零挥发性能下的长期稳定运行，充分验证设计理论的正确性及工程应用的可行性，具有重要的应用价值。

Keyword ：

超导磁体 低温恒温器 零挥发 数值模拟 制冷机

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本文以蒸汽发生器管板维修用焊接堵头堵管后管板模拟体的可靠性评价方法为研究对象，对堵管模拟体进行研究。针对焊接堵管对管板堆焊层的Inconel690合金进行自熔焊焊缝性能试验以分析其裂纹敏感性和焊缝的焊接工艺合理性；对Inconel690合金堵头密封焊缝进行焊缝性能试验和分析，探讨其完整性对焊接堵管可靠性的影响；在堵管模拟体的残余应力进行试验测量，分析残余应力水平是否会为应力腐蚀破坏提供条件进而影响堵管的可靠性；对堵管模拟体的残余应力整体分布情况进行有限元模拟，分析整个管板体上的残余应力水平。 通过研究取得了以下主要成果。（1）采用既定的自熔方式及焊接工艺条件，得到的管板焊缝成型良好，未见微裂纹、气孔等缺陷存在，重熔焊接焊缝未出现影响堵管可靠性的晶间腐蚀裂纹，重熔焊接焊缝与原堆焊层抗晶间腐蚀性能相当或更优。试验后观察到试样表面情况良好，堆焊层表面、重熔焊缝表面及重熔焊缝内外侧均未发现腐蚀现象出现，经120小时腐蚀试验后，其质量损失比为0.136%。因此，目前采用的焊接工艺是一种合理的焊接堵管管板密封焊缝焊接工艺，Inconel690合金的焊接裂纹敏感性不高。（2）堵管模拟体密封焊缝成型良好，未见宏观缺陷存在；典型微观金相图显示密封焊缝边缘呈现柱态树枝晶状，熔池中心区域晶粒较细；在一定放大倍数下观察密封焊缝根部，可观察到大于标准要求值0.1mm的根部缺陷，且根部裂纹均沿堆焊层与密封焊缝熔合线向前扩展；扫描电镜照片可清晰看出焊缝根部不连续裂纹的形态；能谱分析可看出产生焊接热裂纹处相比于其它区域的C、O元素含量上升，Ni、Cr、Fe元素含量都有很大下降。焊接堵管管板模拟体焊缝存在微观裂纹形式的不连续缺陷，根部裂纹是堵管后完整性破坏的主要形式，影响着堵管的可靠性。（3）堵管前正常管板体的焊缝不存在有利于应力腐蚀的拉伸残余应力，正常管板体焊缝热影响区存在较低水平的拉伸残余应力；胀管区在径向和切向上残余应力都表现为压缩残余应力，不存在拉伸残余应力，不会促进应力腐蚀破坏的发生，压缩残余应力起到消除管板缝隙的作用，进而防止发生缝隙腐蚀。在一定范围内，胀接处的压缩残余应力越大，传热管和管板或焊接堵头和管板之间的结合越牢固，其可靠性越高，胀接工艺越成功；堵管模拟体焊缝热影响区存在较高的拉伸残余应力，有可能在堵管后的服役过程中发生应力腐蚀破坏，影响管板体的可靠性；安装焊接堵头进行维修后的管板相比于正常管板体从压缩残余应力变成拉伸残余应力，并且堵管后出现的拉伸残余应力水平相对较高，堵管后较高的残余拉伸应力水平会成为管板体可靠性的重要威胁因素，因此堵管后残余应力水平的测量可作为评价焊接堵管可靠性的评价方法。（4）有限元模拟所表现的残余应力水平与试验测量的残余应力水平状况情况大体相同，并对实际测量无法测到的轴向残余应力进行了模拟，结果显示径向、轴向、周向三个方向的残余应力中，轴向拉伸残余应力最大，轴向拉伸残余应力也是影响堵管体可靠性的重要因素，进而证明了有限元模拟可作为焊接堵管可靠性的评估方法。

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残余应力 焊接堵管 可靠性 裂纹敏感性 完整性

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本发明公开了一种析出强化型铁镍钴基高温合金的制备方法，属于合金材料制备技术领域。首先将选取的纯元素粉末作为原料，采用机械合金化工艺制备超饱和纳米晶和非晶混合的预合金粉末，然后将预合金粉末置于不锈钢包套中进行真空封焊，再将真空封焊后的不锈钢包套进行热压烧结，最后将烧结完成的试样经冷却、卸压及破真空处理，制得析出强化型铁镍钴基高温合金。本发明采用不锈钢包套进行热压烧结，不再使用传统阴模模具，有利于烧结更大块材零件，也有利于提高烧结过程中粉末流动性，不仅可以净化粉末，还可以在此基础上制备出体积更大致密度更高的块材合金。本发明方法操作简单，对设备要求低。

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目的：探索增进磁吻合用钕铁硼材料生物相容性的方法，研制能够长期体内留置的新型磁吻合器，促进血管磁吻合重建技术的临床转化应用。 方法： 1. 不同镀层的钕铁硼磁体体内埋植实验 通过电镀、等离子气相沉积、等离子磁控溅射技术实现钕铁硼磁体表面镍（Ni）、氮化钛（TiN）、类金刚石（DLC）、聚四氟乙烯（PTFE）镀层，对各种镀层磁体的一般性能进行鉴定，将镀层磁体埋植于实验兔背部肌肉及腹腔内，通过3月及6个月大体标本、扫描电镜和组织染色的方法研究各种镀层对钕铁硼磁体的防护能力，评价镀层磁体体内留置的生物相容性。 2. 壳核结构钛-钕铁硼磁性自吻合复合体研制 选用生物相容性优良的医用TC4（Ti6Al4V）钛合金精密加工制作钛合金外壳；以钕铁硼磁环为内核、TC4钛合金为外壳采用脉冲激光密封焊接技术将两种材料复合，制备成适用血管磁吻合重建用的同时具备良好生物相容性及磁性能的密闭性壳核结构钛-钕铁硼磁性自吻合复合体。重点研究激光焊接参数对焊缝形貌的影响，采用室温拉伸试验、显微硬度测量及真空氦质谱检漏的方法对激光封焊样品的总体机械性能和密封性能进行探讨。 3. 壳核结构钛-钕铁硼磁性自吻合复合体体内应用评价 通过动物体内应用探讨壳核结构钛-钕铁硼磁性自吻合复合体在犬门静脉部分切除联合同种异体血管磁吻合（MCA组）快速重建手术中的作用和价值，并与传统手工缝线吻合（TSM组）重建方法的手术时间、术后吻合口愈合质量等相比较，评价磁性复合体在血管重建手术中的简便性、快捷性及体内长期应用的生物相容性。 结果： 1. Ni、TiN、DLC和PTFE镀层分别呈现银白色、金黄色、亮灰色和黑色光泽，各种镀层均匀一致，磁体表面光滑完整，磁体横断面扫描电镜显示各种镀层厚度分别为22.31±1.25μm，25.09±2.14μm，24.16±3.41μm和27.16±0.48μm (P＞0.05)，组间差异无统计学意义。体内短期植入3个月显示，Ni镀层发生腐蚀，TiN、DLC和PTFE镀层磁体表面光滑，色泽光亮，SEM显示镀层完整性较好，组织学评价为轻度刺激；体内长期植入6个月显示，4种镀层磁体完整性均破坏，镀层腐蚀剥脱，磁体碎裂，组织学评价为重度刺激。2. 激光焊接速率为400mm/min、功率为80W时能够得到均匀、平滑、致密，具有银白色金属光泽高质量焊缝的壳核结构钛-钕铁硼磁性自吻合复合体。其焊缝最大拉伸载荷为4.29 ±0.59KN、抗拉强度为715.9±77.12MPa、韦氏显微硬度为367±46HV，真空氦质谱检测漏率为4.5±1.6×10-9 Pa.m3/s。 3. MCA组及TMS组完成门静脉部分切除后联合同种异体血管吻合口重建时间为8.16±1.25min和36.24±2.17min，两组吻合口重建时间比较差异有统计学意义(P<0.05)。壳核结构钛-钕铁硼磁性自吻合复合体长期体内留置无腐蚀，长期生物相容性好。吻合口血流通畅，无血栓、狭窄，扫描电镜组织学显示MCA组吻合口内膜排列整齐规律，愈合质量显著高于内膜排列紊乱无序的TMS组。 结论： 1. TiN、DLC和PTFE镀层能在一定程度上增进钕铁硼材料的生物相容性，短期体内埋植镀层无明显腐蚀，生物相容性较好，长期体内埋植镀层发生腐蚀，生物相容性变差。单纯的磁体镀层技术尚不能完全满足钕铁硼磁性材料体内长期植入的生物相容性要求。 2. 在焊接速率为400mm/min、功率为80W工艺条件下，激光密封焊接能够实现壳核结构钛-钕铁硼磁性自吻合复合体研制，满足人体植入器件的机械强度及密封性要求。 3. 壳核结构钛-钕铁硼磁性自吻合复合体能够显著增进钕铁硼磁体的生物相容性，提高磁体的抗腐蚀能力。磁性复合体成功应用于血管的磁吻合重建，显著降低手术难度，提高吻合质量，能够满足体内长期留置的生物相容性要求。

Keyword ：

磁吻合 钕铁硼 生物相容性 钛合金 血管吻合

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本发明公开了一种层状双金属复合材料高效对接激光焊接方法，在靠近复层一侧的基层上设置基层保留层，构成I型坡口；借助了在激光熔透型焊接过程中，熔池内上下两个部位的液态金属在金属蒸汽摩擦和温度梯度的作用下在各自的位置上进行Marangoni对流，而彼此之间发生很少的对流交换的特征与层状双金属复合材料的层状特征相匹配的特性，保证了焊缝中两种金属材料各自的性能特性。其优点在于：实现了复层金属和部分基层金属的一次性对接焊接成型；省略了传统复合板或复合管对接焊接时的封焊和过渡层焊接工序；减小了剩余基层坡口的深度和宽度，即减小了基层焊接量。

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基于碳钢基体/不锈钢内衬复合管两种材料间存在着一定性能差异的特点,对碳钢/不锈钢复合管封焊接头断裂性能进行了分析.针对复合管成型特点,采用两次腐蚀、分别拍照的方法,对接头各区域微观组织、封焊层与不锈钢所形成的焊缝形貌以及两层材料间存在的微米级间隙进行了分析.结果表明,由于不锈钢和碳钢之间存在间隙,而封焊层组织晶粒取向相高度一致,因而具有较高的裂纹敏感性.碳钢/不锈钢复合管接头如不改进封焊层金属组织成分、凝固方法和封焊位置,则封焊部位极有可能成为后续焊接过程中的裂纹起源位置.

Keyword ：

堆焊 封焊 金相分析 裂纹敏感性

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U形热管换热元件及U形热管换热器，所述U形热管换热元件由一个整体弯曲成型的180°的弯头和两个连续延伸的直段组成，所述U形热管换热器包括冷却工质进口集箱、热工质出口集箱以及连通冷却工质进口集箱和热工质出口集箱的多个冷却工质套管，还包括所述的多个U形热管换热元件作为热管，热管的上部插入冷却工质进口集箱，并插入冷却工质套管内，热管的两个直段顶端封焊并插入热工质出口集箱内；热管未插入冷却工质进口集箱内的部分为蒸发吸热段，插入冷却工质进口集箱内的部分为冷凝放热段；蒸发吸热段安装在静电除尘器的进口扩展段中段内部，冷凝放热段置于静电除尘器的进口扩展段中段烟道外上部；本实用新型适合火电厂、石油化工等大型装备的换热器结构。

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U形热管换热元件及与静电除尘器一体化的U形热管换热器，所述U形热管换热元件由一个整体弯曲成型的180°的弯头和两个连续延伸的直段组成，所述U形热管换热器包括冷却工质进口集箱、热工质出口集箱以及连通冷却工质进口集箱和热工质出口集箱的多个冷却工质套管，还包括所述的多个U形热管换热元件作为热管，热管的上部插入冷却工质进口集箱，并插入冷却工质套管内，热管的两个直段顶端封焊并插入热工质出口集箱内；热管未插入冷却工质进口集箱内的部分为蒸发吸热段，插入冷却工质进口集箱内的部分为冷凝放热段；蒸发吸热段安装在静电除尘器的进口扩展段中段内部，冷凝放热段置于静电除尘器的进口扩展段中段烟道外上部；本发明适合火电厂、石油化工等大型装备的换热器结构。

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复杂焊接过程广泛存在于工程制造领域，焊接过程中的应力变形特接头的使用性能具有很大影响。因此采用快速高效的数值计算方法对复杂焊接问题进行焊前数值研究，不仅可为实际施工提供理论依据，又可提高生产效率，节约成本。本文基于快速高效原则，针对多种复杂焊接过程中的应力变形状态进行了数值研究，并深入探讨了多种工艺优化措施对接头应力变形分布的改善作用。研究结果表明，利用优化焊接顺序、优化坡口形式以及保持热输入在合理范围内等方式，均可有效改善复杂焊接过程的应力变形状态。针对大型厚壁筒体斜插弯管结构多道焊过程冗长且重复的特点，建立了分别简化了焊道数与热源移动过程的基于过程简化方法的计算模型，对比了各简化方式在计算厚壁筒体斜插弯管接头应力分布中的异同。结果表明，简化焊道数与简化热源移动过程的方式均可大幅减少计算载荷步，从而使数值计算时间大幅减少，同时可保证一定的计算精度。复杂焊接过程如利用三维数值模型进行计算，将具有自由度多，计算量大的问题。本文针对管板相交结构，探讨了采用模型维数减少方法降低计算自由度的可行性。文中分别利用二维轴对称模型与增加了“弹簧单元”的改进型二维平面应变模型，针对管板相交结构焊接及焊后不对称加载过程进行了数值研究，并与相应的三维模型计算结果进行了对比。结果表明，利用二维轴对称模型以及增加了“弹簧单元”并耦合了自由度的改进型二维平面应变模型，可进行轴对称及非对称中空结构的二维数值计算。大型厚壁结构多采用多层多道填充焊，而在填充焊过程中熔覆金属滴入坡口时已具有熔点以上温度，且随后受电弧影响而升温的过程极为短暂。因此利用能量守恒方式，采用施加线性温度与改进型分段移动热源相结合的热源模型，忽略填充焊的上述升温过程，可使计算时间大幅减少。此外，文中针对高能束焊接中存在小孔效应及大梯度现象的特点，采用了适合小孔及熔池形貌的“旋转高斯曲面体热源”，最大限度的适合了小孔及大梯度特点，提高了计算精度。在利用过程简化方法的基础上，采用施加线性温度与改进型分段移动热源相结合的加载方式，对T型板复合结构的多条多道焊过程进行了数值研究，并分析了改变焊接顺序，以及施加焊后熔修、堆焊工艺后接头的应力优化情况。计算结果表明采用交替焊接的方法以及施加焊后熔修工艺，均可有效减小焊缝部位的应力数值，改善接头应力梯度状态。而在焊缝交叉处实施堆焊工艺，并不会明显改变接头的应力分布。通过采用基于维数减少方法的二维轴对称模型，对大型球壳结构焊接及工艺优化过程进行了数值研究。结果表明，采用交替焊接比采用各面分别焊可得到更低的残余应力和更小的变形，而采用不对称坡口会形成“噘嘴”缺陷。增大线能量不会明显影响接头的应力变形状态，盖面焊过程中应尽量减小线能量的数值。文中同时利用“有限元屈曲分析”方法，对球壳接头承受均布外压下的临界失稳载荷进行了计算。在结合了过程简化、施加线性温度热源以及降低模型维数等多种快速计算方法的基础上，对碳钢/不锈钢复合管接头的断裂性能进行了数值研究。分析了利用封焊工艺对复合管两层材料进行密封的可行性。通过对接头多道焊过程温度、变形的实时测量，提出了复合管焊接过程的危险时段。分析了采用改变坡口形式及焊接顺序的方法提高接头抗裂性能的可行性。结果表明，改变坡口形状，碳钢层采用U型坡口，不锈钢层无坡口无间隙，可使接头应力分布达到最优状态。通过建立小尺寸微米级精细计算模型，并采用三级过渡网格、施加适当热源模型，在保证精度的基础上，对激光深熔焊精细接头的大梯度现象进行了数值研究。表征了大梯度温度与应力状态的典型特征，分析了形成大梯度现象的原因及影响因素。通过对小孔形貌及大梯度状态的分析，提出了激光焊接可得到最优性能接头的控制因素。研究结果表明，保持激光焊接热输入在中等程度最有利于接头质量的提高。

Keyword ：

大梯度 多道焊 焊接应力 简化计算 球壳

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