基于平面压入技术研究焊接接头单轴应力-应变关系

目的 获取异种金属焊接接头母材和热影响区局部拉伸应力-应变关系。方法 对压水堆机组蒸汽发生器接管安全端异种金属焊接接头(20MND 5-INCONEL 52-Z2 CND 18.12控氮)进行研究,通过金相检验和显微硬度测试,研究DMWJ母材、热影响区、焊缝熔合线位置的金相组织和维氏硬度分布。采用等直圆棒拉伸试验获得DMWJ低合金钢(20MND 5)母材的应力-应变关系,采用基于能量等效理论的平面压入技术获得DMWJ低合金钢母材、热影响区和焊缝局部材料应力-应变关系。结果 DMWJ材料组织、力学性能不均匀,等直圆棒拉伸试验得到的低合金钢母材拉伸应力-应变关系与平面压入技术测得结果较为吻合。结论 基于能量等效理论的平面压入技术可精确测得DMWJ低合金钢母材、热影响区和焊缝局部材料应力-应变关系,对压水堆核电站DMWJ在役检测及结构完整性评价具有重要意义。     

基于能量中值等效原理的液压鼓胀毫微测试技术研究

目的 基于液压鼓胀毫微测试技术获取材料单轴拉伸力学性能参数.方法 借助能量中值等效原理和有限元辅助测试方法,提出了获取材料单轴拉伸力学性能的液压鼓胀毫微测试理论.结合小圆片试样液压鼓胀试验,获取了压水反应堆机组蒸汽发生器接管材料20MND5的屈服应力和应变强化指数.将其输入有限元,进而模拟小圆片试样液压鼓胀加载的全过程...     

海洋用钢焊接接头的海水腐蚀行为研究

目的研究海洋用钢焊接接头的海水腐蚀行为。方法采用海水暴露试验、电偶腐蚀试验和腐蚀电位测量等方法。结果获得了5种海洋用钢焊接接头的海水腐蚀结果。结论海洋用钢焊接接头的熔合区易产生腐蚀沟槽。在全浸区、潮差区和飞溅区条件下,同一焊接接头的腐蚀行为相同,焊接接头的腐蚀严重程度顺序为全浸区>潮差区>飞溅区。焊缝-母材的电偶腐蚀试验结果与焊接接头的暴露腐蚀结果一致。     

电焊作业危害因素分析及预防措施

电焊又称电弧焊,它是通过焊接设备产生的电弧热效应,促使被焊金属的截面局部加热熔化达到液态,使原来分离的金属结合成牢固的、不可拆卸的接头工艺方法.根据焊接工艺的不同,电弧焊可分为自动焊、半自动焊和手工焊.     

海洋环境钢结构焊接接头腐蚀与防护工艺研究进展

介绍了海洋腐蚀环境的特点,分析了钢结构焊接接头的腐蚀特性。在此基础上,总结了国内外学者关于焊接接头在海洋环境下的腐蚀机制和影响因素等研究成果,明确了焊接接头以电偶腐蚀、应力腐蚀和腐蚀疲劳为主导的电化学腐蚀行为。针对钢结构焊接接头的海洋腐蚀防护要求,总结了当前主要的腐蚀防护方案,如添加合金元素、焊接工艺优化、热处理、表面强化和防腐涂层等。最后,综合当前钢结构焊接接头海洋腐蚀与防护研究现状,提出了在海洋实际工况验证和防护手段不足等方面的问题。     

高温下复合材料螺栓接头强度的试验研究

目的研究高温环境对树脂基复合材料螺栓连接接头的强度和破坏模式的影响规律。方法以T300/BMP316复合材料为研究对象,在室温~310℃范围内对不同宽孔比的螺栓连接接头开展拉伸试验研究。结果获得了不同宽孔比、不同温度环境下树脂基复合材料螺栓连接接头强度和破坏模式的变化规律。结论不同宽孔比螺栓接头试件的载荷-位移曲线既具有共性特征,又具有明显的差异。宽孔比对复合材料螺栓接头的拉伸强度和破坏模式均具有明显的影响,在相同温度下,接头的拉伸强度随着宽孔比的增大而下降,其破坏模式将由拉伸-挤压破坏逐步向剪切-挤压破坏转变,宽孔比越大,拉伸破坏模式占的比重越小,而剪切破坏占的比重越大。试验温度虽然没有改变同一宽孔比复合材料螺栓接头的破坏模式,但对其拉伸强度影响明显,相同宽孔比下复合材料螺栓接头静载强度随着温度的升高而降低,这是由于随着温度的升高,树脂基体的性能下降明显,使得接头中更易出现拉伸破坏和挤压破坏等,进而大大降低了复合材料螺栓接头的强度。     

薄板单向和双向拉伸时的应力应变关系

对薄板材料在单向拉伸和双向拉伸状态下的应力应变关系进行了理论和实验研究,给出了两种应力状态下所得 n 值的相关性,分析了两者对预报成形极限的适用性。将研究材料在单拉及双拉时的应力应变关系用于深拉延成形的过程分析和成形极限参数计算,结果证明单向拉伸时的应力应变关系用于分析深拉延成形过程更为符合实验结果。     

低合金钢焊接接头腐蚀性能研究进展

详细介绍了低合金铜焊接接头的主要腐蚀破坏形式,包括应力腐蚀、氢致开裂、腐蚀疲劳和电偶腐蚀等,并探讨了焊后热处理和焊接热输入2项工艺参数对焊接接头耐蚀性的影响,提出了提高其耐蚀性能的措施。同时还对焊接接头腐蚀行为的研究方法作了简要概述,并提出了今后的发展方向。     

超声冲击处理改善X80管线钢环焊缝接头疲劳性能研究

目的 验证超声冲击处理(UIT)对X80钢管环缝焊接接头疲劳性能的延寿效果。方法 分别开展X80管线钢GMAW自动焊环缝超声冲击前后的疲劳试验,根据国际焊接学会(IIW)的规范处理试验数据,并对结果进行对比。结果 稳定地控制管道内壁焊根区域的显微未熔合等焊接缺陷,是保证X80管线钢环焊缝具有优异抗疲劳性能的关键延寿途径之一。采用最大应力固定为屈服强度+全厚度小尺寸试件的焊接接头疲劳试验方法能够替代足尺寸或全尺寸焊接结构疲劳试验,也适用于评价超声冲击处理焊接接头的疲劳性能。在严格控制错边量的前提下,X80管线钢GMAW环缝可以达到BS7608 D级设计曲线要求。结论 超声冲击处理可以显著提高X80管线钢环缝接头的疲劳性能,大约延长疲劳寿命4~10倍左右。     

残余应力对焊接角接头裂纹扩展性能的影响分析

目的 分析焊接残余应力对角接接头裂纹扩展特性的影响。方法 基于热弹塑性力学法,建立角接头的有限元模型,计算焊接温度场,并采用热机耦合方法计算焊接残余应力。采用断裂力学方法,分析计算焊趾部位的应力强度因子和裂纹扩展寿命,并对比分析残余应力对裂纹扩展的影响。结果 计算得到焊缝的残余应力达到了材料屈服极限,呈拉伸应力状态,其Von Mises应力值为345 MPa。在应力为200 MPa以内,考虑残余应力的前提下,分别使用文献试验得到的数据和IIW标准中的数据作为裂纹扩展参数,应力比R=–1时的裂纹扩展寿命分别为2.61×10⁶和6.84×10⁵次循环;在应力比R=0时的裂纹扩展寿命分别为1.16×10⁵和2.90×10⁴次循环。结论 残余应力会加速裂纹扩展。采用控制变量法,将应力范围设定为常值,当应力比R<0时,残余应力扩大了应力强度因子的范围;在应力比R>0时,残余应力一方面会增大最大应力强度因子,使其接近材料的断裂韧度,同时拉伸残余也提高了平均应力强度因子或者提高了应力比R,在这种情况下,残余应力均会加速裂纹的扩展速度。随着裂纹长度的增加,残余应力对裂纹扩展速率的影响会增大。外载荷和残余应力共同对裂纹扩展产生影响,应力比R和残余应力对裂纹扩展的影响机制相同,在焊接结构寿命评估时,需要综合考虑这2个影响因素。     

Experimental investigation on mechanical and metallurgical properties of super duplex stainless steel joints using friction welding process

Friction welding is one of the most economical and highly practicable methods in joining similar and dissimilar metals. In this study, high-quality welds are produced in the super duplex stainless steel by continuous drive friction welding successfully. Design of experiment was done using central composite design of response surface methodology. In the present work, the microstructure and mechanical properties of friction welded super duplex stainless steel (UNS S32760) were examined. The base material has a microstructure consisting of the ferrite matrix with austenite islands. Ferrite content was analyzed through the phase analyzer software and found that it is in the range of 42–55% in all weld metals. The phases were further analyzed through X-ray diffraction method. All the weld metals have higher hardness than the base metals. Weld transverse tensile failures consistently occurred away from the weld zone and exhibit more hardness, yield and ultimate tensile strengths than the base material. The austenite content increases with nitrogen concentration. Nitrogen could enhance the yield stress and ultimately tensile strength of super duplex stainless steel. Secondary phase precipitation is not observed in the welded joint probably due to the shorter heating times.     

Effect of oxide-based fluxes on mechanical and metallurgical properties of Dissimilar Activating Flux Assisted-Tungsten Inert Gas Welds

Present investigation is to study the “Effect of Activating Fluxes on Mechanical and Metallurgical Properties of Dissimilar Activated Flux-Tungsten Inert Gas Welds”. Effect of current, welding speed, joint gap and electrode diameter on weld bead dimensions on 6 mm thick dissimilar weld between carbon steel to stainless steel, was studied under Activated Flux-Tungsten Inert Gas Welding process. During this investigation three different types of oxide powders were used-TiO₂, ZnO and MnO₂. After welding samples were subject to mechanical testing, in addition to characterization via micro hardness and microstructures of Normal Tungsten Inert Gas Welds and Activated Flux-Tungsten Inert Gas Welds. Activating fluxes TiO₂ and ZnO are effective fluxes for Activated Flux-Tungsten Inert Gas Welding of dissimilar weld between CS to SS. Highest depth/width (D/W) ratio reported under TiO₂ and ZnO fluxes compare to Normal-Tungsten Inert Gas Welds. Lowest angular distortion was observed under TiO₂ flux compare to Normal-Tungsten Inert Gas Welds. Mechanical properties, Joint Efficiency of Activated Flux-Tungsten Inert Gas Welds are higher than normal-Normal Tungsten Inert Gas Welds. Tensile Test specimens of both the processes failed from the parent metal (carbon steel side). Carbon migration from CS to SS, had occurred which led to failure of weld joints from CS side.     

7A52铝合金及25CrMnSiA钢焊接件海洋大气应力腐蚀试验研究

目的研究7A52铝对接焊拉伸试样、25CrMnSiA钢对接焊拉伸试样的海洋大气应力腐蚀行为。方法利用自行设计制作的恒载荷大气应力腐蚀试验装置,在海南万宁站海洋大气环境中,分别采用7A52铝对接焊拉伸试样、25CrMnSiA钢对接焊拉伸试样进行海洋大气应力腐蚀试验研究。对试验中断裂的试样和未断裂的试样,进行表面腐蚀形貌、断口形貌、显微组织、显微硬度分布等分析。结果 7A52铝焊接件断裂在焊接部位,Cl-富集于SCC部分的含钙或含硫的第二相质点,促进了7A52铝焊接件应力腐蚀开裂。海洋大气应力腐蚀试验的25CrMnSiA钢焊接件断裂在母材部位,而实验室拉伸试验断裂在焊接部位。结论两种焊接件在海南海洋大气环境下均存在应力腐蚀开裂,裂纹萌生、扩展于朝向海洋方向的试样表面,存在"风脆"现象。     

基于数字图像相关方法的石墨高温杨氏模量测试

目的为了得到石墨在高温环境下的杨氏模量,为飞行器热防护系统和高温热结构的设计提供可靠的技术保障。方法基于数字图像相关(DIC)方法和通电电阻加热技术,建立一套测量材料在高温环境下力学性能的测试系统。利用该系统,测量高温下石墨试样的表面应变场和应力-应变曲线,计算相应温度下的杨氏模量。在1400℃实验环境下,采用基于DIC与高温引伸计的方法同时测量超高温陶瓷试件的拉伸应变数据,并进行比较验证。结果在1400℃实验环境下,采用基于DIC与高温引伸计方法测得超高温陶瓷的应变-时间曲线吻合良好,方差为1.3×10-7。1200~1900℃高温环境下,石墨的杨氏模量随温度的升高呈线性增长趋势。结论采用基于DIC方法准确有效,该方法可方便快速地实现对石墨材料在高温环境下杨氏模量的测量。另外,该方法也可应用于其他导电材料杨氏模量的测试。     

一种新型油井管材机械及防腐性能研究

目的重点评价一种新型油井管钢材00Cr9材质的拉伸强度、冲击韧性、硬度及螺纹连接等力学性能和防腐性能,为该新材质的使用条件提供理论依据。方法力学性能方面,根据GB/T 228—2002《金属材料室温拉伸试验方法》对00Cr9-110钢级的材料试样(2个)进行抗拉强度、屈服强度标准测试,参考API SPEC5CT(2011)对该材质(2个试样)的夏比V形缺口冲击韧性(CVN吸收能)进行测试。选取00Cr9管材(00Cr9-110钢级)和马氏体不锈钢13Cr两种材质进行显微维氏硬度对比测试,同时联合国家石油管材质量监督检验中心对00Cr9管材的螺纹连接性能进行实验分析。防腐性能方面,采用腐蚀质量损失实验和硫化氢环境下抗应力腐蚀开裂(Stress Corrosion Cracking,SCC)实验分别对其防二氧化碳(CO2)和硫化氢(H2S)的耐蚀性能进行评价。腐蚀模拟实验采用磁力驱动反应釜来模拟实际腐蚀工况环境,实验过程中通过调节釜的转速带动试片模拟流速。材料的常温常压SCC实验设计的实验条件为NACE A溶液,设计加载80%实际屈服强度,温度为24℃,实验气体为0.1 MPa H2S,实验周期为30天,加载强度的方式包括C形环及单轴拉伸。结果00Cr9材质较常规13Cr管材降低了金属中的含碳量,并细化了晶粒组织,使钢材中的杂质均匀化,减少了金相中的组织缺陷,从而提高了油井管的机械强度与耐蚀性能,大幅提高了现场作业效率。该材质的抗拉强度和冲击韧性满足要求,维氏硬度(HV1=256)出现硬度轻微超标的现象(规定HV1<250),螺纹连接性能达标。在低温含CO2的环境中点蚀速率很小,主要为均匀腐蚀,腐蚀质量损失满足要求。应力腐蚀开裂敏感性高,容易发生硫化物应力腐蚀开裂,不满足NACE MR0175抗硫要求。建议在90℃以下、含CO2和不含H2S的井下环境中使用。结论目前00Cr9材质油井管价格低于普通13Cr材质管材,在渤海区域大规模应用可降低油田开发成本,未来有望在渤海地区取代目前常用的13Cr材质油井管材。     

Experimental analysis of friction stir forming for dissimilar material joining application

Mass reduction of automotive body structures is a critical part of achieving reduced CO₂ emissions in the automotive industry. There has been significant work on the application of ultra high strength steels and aluminum alloys. However, the next paradigm is the integrated use of both materials, which poses a challenge of how to join the dissimilar materials. Friction stir forming is a new manufacturing process for joining dissimilar materials. The concept of this process is stir heating one material and forming it into a mechanical interlocking joint with the second material. In this research the process was experimentally analyzed in a position controlled robotic friction stir welding machine between aluminum and steel workpieces. New tool geometries were evaluated toward the goal of optimizing joint strength. The significant process parameters were identified and their optimized settings for the current experimental conditions defined using a design of experiments methodology. A scanning electron microscope was used to characterize the bonding and joint structure for single and multi-pin configurations. Two failure modes, aluminum sheet peeling and bonding delamination, i.e. braze fracture, were identified. It was found that the presence of zinc coating on the steel and overall joint geometry greatly affected the joint strength. The aluminum–zinc braze joint appears to be the largest contributor to joint strength for the single-pin joint configuration. The multi-pin geometry enabled a distribution of load to the four pins following fracture of the braze for increased joint toughness and ductility. Thus, the FSF method has been shown to exhibit potential for joining of aluminum to steel.