AZ31B/TA15异种材料电阻点焊接头的疲劳寿命预测

对镁合金AZ31B/钛合金TA15异种材料电阻点焊拉剪接头进行了恒幅疲劳测试,并使用扫描电镜观察了疲劳断口特征.在实验中观察到,在不同的载荷水平下,试件有两种失效模式.在实验结果的基础上,对点焊试件建立有限元模型,分析了焊点附近的弹塑性应力应变.进而分别应用缺口应力法和局部应力应变法预测点焊接头的疲劳寿命,并与实验寿命...     

应力应变、疲劳与脆断、断裂力学

局部加热法影响转轮焊接残余应力的试验分析；工艺参数对板管间接点焊过程的影响；MoSi2／不锈钢连接梯度过渡层的残余应力；基于固有频率变化的两焊点接头的疲劳损伤参量；大型焊接构件疲劳寿命评估系统[编者按]     

激光焊接T型接头残余应力测试

采用YAG激光对2 mm厚SUS304不锈钢薄板T型接头进行焊接,用小孔释放法对其残余应力进行测试,并分析了线能量对残余应力分布规律的影响.研究结果表明:不锈钢激光焊接T型接头纵向残余拉伸应力约为120～140 MPa,而横向残余拉伸应力只有50～60 MPa.激光焊接线能量增加时,纵向残余拉应力峰值降低,而横向残余应力峰值随着焊接线能量的增加而变大.T型接头残余应力总体分布趋势与对接接头残余应力分布规律类似.     

铝合金搅拌摩擦点焊疲劳性能研究

研究了2mm厚的6082-T6铝合金搅拌摩擦点焊接头的疲劳性能。在最优的焊接工艺参数和良好的焊接接头的基础上,完成了点焊接头的疲劳实验,观察分析点焊接头薄弱环节的微观组织和疲劳断口的形貌,并测试接头显微硬度,得到了在一定范围内预测疲劳寿命的表达式。结果表明:疲劳裂纹在上下板间的接头根部起裂,在热影响区和热力影响区的交界处扩展直至断裂;微量元素形成的强化相在很大程度上影响点焊接头的疲劳性能;点焊接头的疲劳寿命随着应力强度因子的变小呈增大趋势。     

残余应力对激光修复紧凑拉伸试件疲劳性能的影响

以304不锈钢制作的含裂纹紧凑拉伸试样为研究对象,开展了裂纹尖端激光修复实验研究。基于热力顺序耦合有限元方法,模拟了激光作用后裂纹尖端修复区残余应力的分布情况,并分析了裂纹扩展对应力重分布和塑性区尺寸的影响;同时,得到了考虑残余应力影响的应力强度因子,并由此建立了改进的裂纹扩展速率预测模型以评价修复试件的疲劳性能。最后通过开展疲劳裂纹扩展实验验证了本文模型的有效性。结果表明,裂纹尖端激光修复会使修复区产生残余拉应力,裂纹的扩展会使残余应力场重新分布,并减小裂纹尖端的塑性区尺寸。残余拉应力的存在会增大试件所受载荷的有效应力比,提高疲劳裂纹扩展速率,降低构件的疲劳寿命。     

Al-Mg合金填充式搅拌摩擦点焊性能

为了确定Al-Mg铝合金填充式搅拌摩擦点焊性能,以Al-Mg铝合金中2 mm的5A06为研究对象,对填充式搅拌摩擦点焊接头进行了剪切拉伸、十字形拉伸、显微组织和疲劳性能等测试,并建立了焊点组织区模型.结果表明,接头显微组织可以分为焊核区、热影响区、热力影响区和母材区部分;旋转频率为2000 r/min时,剪切载荷均值7865 MPa,十字形拉伸载荷均值3480 N;通过SEM和OM分析,点焊接头疲劳裂纹均起始于上下板结合面的焊点边缘,该区域的环沟槽、孔洞及包铝层等缺陷和应力集中是造成疲劳破坏的主要原因.     

高频冲击对0Cr18Ni9/GH4169焊接接头残余应力和性能的影响

对3 mm厚的0Cr18Ni9与GH4169试板进行氩弧焊对接焊接,之后对试板焊接接头及附近区域进行高频冲击工艺处理,采用盲孔法对焊接试板进行残余应力检测,通过拉伸和疲劳试验,对比了高频冲击工艺处理前后的0Cr18Ni9/GH4169异种钢焊接接头力学性能的变化。试验结果表明：未经高频冲击处理的试验焊接试件焊趾残余应力均为拉应力,经过高频冲击处理之后的试验焊接试件焊趾残余应力均为压应力;经过高频冲击处理之后的试验焊接试件的抗拉强度和疲劳寿命均有明显提升,但塑性基本无变化。     

TC4钛合金残余应力场下裂纹扩展特性研究

为研究TC4钛合金在残余应力场下的裂纹扩展特性,设计含缺口疲劳实验件,对实验件分别进行56.7、60、63.7、70 kN四种载荷水平的预先拉伸处理引入不同应力水平的残余应力场,随后开展裂纹扩展实验。对比不同预拉伸载荷下裂纹扩展实验结果发现,预拉伸引入的残余应力场可有效减小裂纹扩展速率;随着预拉伸载荷的增大,不同预拉伸载荷下裂纹扩展寿命分别增大3.34%、8.49%、36.13%、89.53%。同时研究发现随着预拉伸载荷增大,有效残余应力增大。基于Franc3D软件建立考虑残余应力分布的裂纹扩展数值模拟方法,由于没有考虑加工硬化的作用,裂纹扩展寿命数值模拟结果高于实际值。     

钛合金薄板不同连接方法的拉剪和疲劳性能

以钛合金板材为对象进行压印连接、自冲铆接和电阻点焊连接,对这三种接头进行拉-拉疲劳试验,比较其疲劳性能.结果表明,电阻点焊接头的静力学性能远高于另外两种接头.压印接头和自冲铆接头的疲劳性能较好,其中在长寿命循环时压印接头的疲劳性能更有优势.以200万次为疲劳极限时,三种接头可承受疲劳载荷顺序为压印接头最高,自冲铆接头其次,点焊接头最低.分析是由于点焊接头的热影响区性能差,残余应力叠加等原因造成.而压印和自冲铆接头内部存在板材间隙等,在疲劳加载过程中存在相对滑动和一定的形变量,起到缓解应力集中的作用,因此接头的疲劳性能较好.     

连接工艺对铝合金结构件力学性能的影响

对7B04铝合金回填式搅拌摩擦点焊及铆接连接的结构件的静力与疲劳性能进行对比测试. 结果表明,由铆接与回填式搅拌摩擦点焊连接的典型结构的压缩静力载荷在117 ~ 124 kN范围内波动,剪切静载荷波动范围为89 ~ 95 kN,焊点间距对载荷的影响较小;铆接连接的典型件剪切疲劳寿命低于回填式搅拌摩擦点焊结构件寿命. 对于点焊结构而言,接头微观组织不均匀导致硬度不均匀,同时搭接面处钩状结构向上弯曲,最终使得疲劳试件的失效主要沿轴肩回抽路径.     

Q&P钢电阻点焊工艺和搭接接头疲劳性能试验研究

采用工频交流伺服焊枪进行QP钢的电阻点焊,探讨了焊接电流、焊接时间及电极压力对点焊接头熔核直径和拉剪强度的影响规律,并对焊接接头的显微组织和显微硬度进行了分析;采用液压伺服疲劳试验机对不同熔核直径的QP钢点焊接头进行了拉剪疲劳试验,获得了焊点的载荷寿命曲线,分析了焊点的裂纹扩展及失效形式。结果表明,接头熔核直径和拉剪强度随焊接工艺参数改变呈规律性变化,存在最佳值;熔核区组织为板条状马氏体;熔核直径对焊接接头的疲劳性能有影响但影响不大。     

TRIP800钢点焊接头疲劳性能

对TRIP钢点焊接头进行了检验,在疲劳试验机上进行了疲劳试验,并对其焊点的疲劳失效进行了分析。结果表明:点焊接头经过外观检验和力学性能测试,满足相关标准和实际生产需要;TRIP钢点焊接头的疲劳极限为50MPa,疲劳裂纹源起始于热影响区高硬度淬火马氏体区与贝氏体、残余奥氏体高温回火最低硬度区的交接部位,并沿热影响区切线方向向两侧母材扩展;点焊接头疲劳断裂发生的区域硬度、强度较低,易发生塑性变形,从而引起较大的应力集中,且该区域处于处于应力较高区和拉伸-剪切复合应力区,使得疲劳裂纹易于形成、扩展。     

TC4钛合金激光双光束焊T形接头疲劳性能及断裂机理

基于飞机机身壁板中T形接头在飞行过程中常因承受空气循环阻力而导致疲劳断裂的问题,分别采用激光双光束焊接技术和激光点焊接技术对TC4钛合金进行T形接头焊接,研究两种接头的显微组织特征、拉伸性能、疲劳性能及断裂机理。结果表明:利用两种不同激光焊接方法焊接后,熔合区组织均为针状α′马氏体组成的网篮组织;与激光双光束焊相比,激光点焊焊接接头网篮状组织中的α′网篮状组织的体积分数增大,针状α′马氏体尺寸增大且相间距减小。与母材拉伸性能相比,激光点焊接接头抗拉强度提高了5.5%,激光双光束焊接接头抗拉强度提高了5.8%。激光双光束焊接试件中值疲劳寿命提高2.23倍,主要原因在于网篮组织对焊接接头产生界面强化效果进而增加接头强度,而激光点焊试件的裂纹穿过焊点进入母材扩展导致试件的裂纹扩展抗力降低。     

工艺参数对钛/铝搅拌摩擦点焊成形及拉剪性能影响

对3 mm厚的TC4钛合金和3 mm厚的2A14铝合金进行直插式搅拌摩擦点焊试验,通过对各种工艺条件下的点焊接头焊点表面形貌观察和剪切拉伸试验。分析了不同工艺参数对点焊接头形貌和拉剪性能的影响。结果表明:在本次试验研究范围内,随着搅拌头旋转速度、轴肩下压量和停留时间等工艺参数变量的增加,焊点表面成型变好;当工艺参数增加的过大时,焊点表面成型又会重新变差。搅拌头旋转速度、轴肩下压量和停留时间等工艺参数对点焊接头剪切拉伸强度的影响都是随着该变量的增加呈现先增大后减小趋势;当搅拌头旋转转速为950 r/min、停留时间为9 s和轴肩下压量为0.3 mm时,焊点表面成型较好,此时接头的剪切拉伸载荷达到最大值,为7.262 k N。     

轨道客车用不锈钢等离子填丝搭接焊接头力学性能研究

针对板厚3mm SUS301L-MT与板厚5mm SUS304不锈钢板材搭接方式,分别采用等离子填丝焊工艺和电阻点焊工艺进行焊接,分析比较等离子填丝焊和电阻点焊两种方法搭接接头的准静态剪切拉伸性能和剪切拉伸疲劳性能。试验结果表明:在确定的焊接工艺参数条件下,等离子填丝焊和电阻点焊接头均符合铁道客车用不锈钢焊接接头的设计要求,且与电阻点焊接头相比,等离子填丝焊接头的剪切拉伸载荷提高约1.3倍,在循环寿命为2×106条件下的疲劳极限提高67.1%。     

拉剪载荷下超高强度钢点焊残余应力试验

点焊后焊接残余应力叠加工作载荷后,内部应力会重新分配.文中选用B1500HS超高强度钢薄板,制备焊接构件,并通过X射线衍射法测量焊核区、热影响区及母材区的表面残余应力.在施加拉剪载荷的情况下,分别从电极端面直径、焊接电流两方面考察点焊构件在施加拉剪载荷前后残余应力的分布情况.结果表明,点焊时电流变化对试件的残余应力有一定影响;电极端面直径增加使得焊核区的残余应力增大.施加拉剪载荷后,残余应力在焊核与热影响区有所释放,远离焊核区的释放较小.     

焊点间距和直径对波纹板组件疲劳寿命的影响

为了获得疲劳性能较好的波纹板组件,采用印记面法建立焊点模型,通过模拟仿真计算不同直径和间距下点焊连接的波纹板组件等效应力,并采用二因素无重复试验方差分析法研究了焊点直径及间距对波纹板组件受力情况的影响。结果表明,总体上焊点水平间距及直径对波纹板组件的等效应力无显著影响。在焊点水平间距为70 mm时,波纹板组件的等效应力随焊点直径增加而变化明显,且疲劳寿命随焊点直径的增大表现出明显提高。综合考虑波纹板组件的疲劳寿命及性价比,较优的焊点结构参数为焊点直径5 mm,焊点排列距U型板边缘左右边距10 mm,上下边距4 mm,且焊点间水平间距70 mm;此时波纹板组件疲劳寿命仿真结果为3.17×10~6次,物理试验下实际疲劳寿命超过2.00×10~7次,满足工况要求。     

新型双相高强钢点焊接头拉剪力学性能与组织分析

以新型双相高强钢为研究对象,采用不同的工艺参数进行正交试验,并对点焊接头进行拉伸测试,分析各因素对电阻点焊质量的影响;然后对点焊接头金相组织进行观察,分析新型双相高强钢点焊接头的失效模式和接头金相组织特征。结果表明,点焊接头抗剪载荷的最优工艺参数为:焊接电流8 k A,焊接时间15 cyc,电极力2k N,此时点焊接头的最大剪切力达到最大值。优质焊点在拉剪试验中最先从熔核边界附近开裂,随后延伸至母材部分,直至点焊接头全部断开。     

301L/Q235B异种钢电阻点焊显微组织及拉剪性能

对等厚2 mm+2 mm的301L不锈钢冷轧板和Q235B低碳钢热轧板进行电阻点焊试验,通过显微组织分析、显微硬度分析和拉伸剪切试验,研究了点焊接头拉剪性能的影响因素,基于抗剪强度和断裂模式确定了最佳的电阻点焊工艺。结果表明,二者点焊熔核向不锈钢侧偏移,熔核中由于马氏体的产生其显微硬度最高;当界面熔核直径大于6.8 mm时,在拉剪载荷下可发生301L钢侧熔核拔出断裂;在焊接电流11 kA,电极压力11 kN,通电时间350 ms的工艺参数下,可获得拉剪性能最优的点焊接头。     

回填式搅拌摩擦点焊结构的最佳焊点间距研究

采用XRD技术测量了单焊点接头与多焊点接头的残余应力,并分析了焊点间距对接头残余应力分布的影响规律。结果表明:单焊点接头焊点区域的纵向和横向残余应力均为拉应力,且随距焊点中心距离的增加而减小。多焊点接头中间焊点的纵向残余应力分布与单焊点相似但数值相应降低,其中沿x方向各点的纵向残余应力降低幅度较大。中间焊点的最大纵向残余应力随焊点间距增大呈现先降低后增加的趋势。焊点间距为20 mm的接头最大纵向残余应力值最小,为47 MPa。