焊接残余应力对高强度钢低匹配对接接头静载强度的影响

采用有限元方法研究了焊后拉伸条件下高强度钢等匹配和低匹配对接接头内部应力的变化情况。结果表明,焊后横向和纵向拉伸载荷增至临界失效载荷期间,等匹配和低匹配接头的焊缝区和母材区应力均一直持续增加,但焊缝及近缝母材区应力在焊接残余应力基础上的增加较远端母材区缓慢;最终近缝母材区的应力明显高于远端母材区,未表现出内应力完全调匀的特征;这意味着由于焊接残余应力的存在,高强度钢宽板等匹配焊接结构的静载强度可能略有损失,而高强度钢宽板低匹配焊接结构更将在焊缝低强的影响下损失更大的静载强度。     

一种针对低匹配焊接接头的"等承载"设计方法

为提高高强钢低匹配接头承载能力,提出了低匹配接头与母材具有相等的静载承载能力和疲劳抗力的"等承载能力"(ELCC)概念.从安全性角度出发,焊接结构必须同时具有足够的强度和应力松弛能力,而强度失配接头的断裂模式类型能够同时反映接头的强度、塑性变形能力以及焊缝与母材之间塑性变形的非均匀程度.母材先于焊缝发生塑性变形的全面屈...     

地铁用SUS301L奥氏体不锈钢激光焊接头残余应力研究

对地铁用SUS301L奥氏体不锈钢激光焊和熔化极活性气体保护焊(MAG)焊接接头的残余应力进行了X射线衍射测试分析.测试结果表明:激光焊和MAG焊接头均存在较大值的残余拉应力,残余应力分布趋势相同.激光焊接头残余应力峰值低于MAG焊接头残余应力峰值,这是由于激光焊热输入量较小,对母材热影响较小,母材塑性压缩效应低造成的.     

焊缝屈服强度对SM490A钢焊接残余应力预测精度的影响

基于有限元分析软件MSC. Marc,开发了用于模拟焊接温度场、焊接应力场和应变场的热-弹-塑性有限元计算方法. 以低合金高强度钢SM490A为研究对象,采用移动热源和实测得到的YGT50焊缝与母材高温热物理性能和力学性能数据,数值模拟了SM490A钢单道堆焊接头的焊接残余应力. 并重点讨论了高组配接头焊缝的屈服强度对焊接残余应力的峰值和分布的影响. 结果表明,对于高组配接头,当把焊缝和母材不加区分(等强匹配),两者都采用母材的屈服强度来计算焊接残余应力时,得到的焊缝处纵向残余应力明显低于实测值;当分别采用焊缝和母材的屈服强度来计算焊接残余应力时,得到的焊缝处纵向残余应力与试验值非常接近.     

疲劳加载下A7N01铝合金焊接残余应力演变研究

采用超声法研究A7N01铝合金焊接接头的残余应力分布及其在疲劳加载过程中的变化。A7N01铝合金焊接接头的残余应力峰值出现在焊缝区域,且为拉应力,母材区的残余应力为压应力。在低应力水平下,焊接接头焊缝区的残余应力值先增大后减小,应力的释放率与外加应力以及自身残余应力水平有关。外加载荷越大,焊接接头的残余应力释放越多,焊缝区的残余应力峰值降低,但100 MPa以下的应力不能释放母材区的残余应力。     

焊接接头损伤条件下的断裂力学参量数值模拟

利用弹塑性损伤-应变耦合有限元方法研究了不同强度匹配焊接接头中母材区断裂应变的变化对焊缝区裂纹断裂力学参量J积分的影响规律.结果表明,对于强度高匹配、等匹配和低匹配的焊接接头,在焊缝区各项力学性能参数保持不变的条件下,随着母材区断裂应变的减小,焊缝区的塑性应变及裂纹扩展驱动力J积分均有明显的提高;随着接头强度匹配比M的降低(母材屈服强度的升高),母材区断裂应变的变化对J积分值的影响作用减小.     

强度失配对接接头残余应力分布的有限元预测

针对高强钢的低匹配接头应用,采用有限元计算的方法,考察了匹配比、盖面焊道加宽对对接接头残余应力分布的影响.结果表明,强度匹配的影响虽仅限于包围焊缝的小区域,但该小区域包含了疲劳破坏的所有危险区域;随匹配比增加,焊趾横向残余应力降低,纵向残余应力增加;随焊道加宽低匹配对接接头的横向残余应力和纵向残余应力仅稍有增加,但峰值位置改变,普通低匹配对接接头横向残余应力峰值位于母材区,而焊道加宽的等承载设计对接接头横向残余应力峰值位于焊趾.     

钛合金激光焊接接头的组织和力学性能

对2.5mm厚BT20钛合金激光焊接接头各区域(包括焊缝和热影响区)的组织特征进行了观察,并测试了焊接接头各区域的显微硬度分布以及室温条件下的接头拉伸、弯曲、疲劳及断裂韧度等力学性能.研究结果表明,焊接接头各区域的微观组织均以"网篮状"马氏体组织为特征,接头各区域显微硬度均高于母材.接头静抗拉强度基本与母材相当,塑性略低于母材.接头中值疲劳寿命与应力水平有很大的关系.在低应力水平下,接头中值疲劳寿命与母材相当,而在高应力水平下,接头中值疲劳寿命远低于母材.接头焊缝金属的断裂韧度显著低于母材,而热影响区断裂韧度则介于母材和焊缝金属之间.     

基于等承载能力原则的低匹配对接接头设计

根据对接接头的应力分布特点,提出了低匹配接头焊缝与母材具有相等静载承载能力的条件,即焊根处应力集中因子与接头匹配比（焊缝金属与母材的屈服强度的比值）相等。通过有限元计算及其结果的回归分析,建立了对接接头几何参数与焊根处应力集中因子经验方程。针对高强钢焊接结构的应用,以焊缝与母材静载等强承载为原则,进行了低匹配对接接头的几何形状设计。结果表明,该几何形状设计不仅可在较大范围内选择匹配比而不必降低应用载荷,而且接头断裂模式由局部屈服断裂向整个接头的全面屈服断裂转变,该接头设计对于高强钢低匹配接头的应用具有重要意义。     

转向架用SMA490BW钢激光-MAG复合焊接头残余应力

利用X射线衍射法对转向架构架用SMA490BW耐候钢激光-MAG复合焊和单MAG焊接接头进行残余应力测试和分析。结果表明:激光-MAG复合焊接头与单MAG焊接头残余应力分布趋势相同,焊缝及近缝热影响区均存在较大的残余拉应力。激光-MAG复合焊接头残余应力峰值和拉应力区间均小于单MAG焊接头,主要原因是激光-MAG复合焊接头焊接过程中热输入较小,对母材的塑性压缩效应较低。     

低匹配十字接头的“等承载”设计

为提高低匹配接头的静载承载能力和疲劳抗力,根据提出的“等承载”设计思想和实现条件,在确定十字接头应力集中最小化的焊缝形状方案的基础上,通过有限元计算及其结果的回归分析,建立了十字接头几何参数与焊趾、焊根应力集中系数的关系方程,进行了0.571匹配比十字接头等承载目的的接头形状参数设计. 结果表明,设计延缓了拉伸及弯曲过程中低强焊缝和焊趾应力的增长速度,低强焊缝不先于母材屈服,应变集中先位于焊趾,随后向母材转移,接头断裂模式转变为安全的全面屈服断裂. 该设计对高强度钢低匹配接头的应用具有重要意义.     

换热器管与管板接头焊接残余应力的有限元分析

基于ANSYS平台对换热器伸出管板角接头和平焊接头的焊接残余应力进行数值模拟,获得了焊接接头的残余应力分布.有限元分析结果表明,接管环焊缝的残余应力分布具有局部性的特点,最大等效应力出现在焊根处.本文焊接条件下管接头环焊缝在焊接热影响区位置上径向为压应力,环向为拉应力,这种径向受压,环向受托的应力状态下更容易引起径向裂纹的萌生和扩展.     

6N01S-T5铝合金高速激光-MIG复合焊接工艺

针对高速列车侧墙6N01S-T5铝合金熔化焊时存在焊接变形大,接头软化严重等问题,提高激光-MIG复合焊的焊接速度降低热输入,并通过显微硬度、拉伸试验测试,结合金相及扫描电镜下的EDS分析,对比了高、低焊接速度两种工艺下接头力学性能及微观组织的差异;采用三坐标测量仪和X射线残余应力测试仪对试样焊接变形和残余应力进行测试分析.结果表明,当焊接速度达到4.8 m/min时焊缝仍能保证较好的成形;相比于0.6 m/min低速焊接,焊接效率大幅度提高,焊缝金属填充量减少68%,接头软化区宽度减小约60%;试件焊后变形及高应力分布区域变窄;焊缝组织细密,接头平均抗拉强度为207 MPa,达到母材强度的71%.     

16Mn钢埋弧焊接头疲劳裂纹扩展速率的研究

对16Mn钢双面埋弧焊CT试样的焊缝、热影响区、母材及垂直焊缝方向的疲劳裂纹扩展速率进行了研究。结果表明,焊接接头的不同部位疲劳裂纹扩展速率不同,平均应力、焊接残余应力、金相组织对疲劳裂纹的扩展速率都有一定的影响。     

V形坡口和K形坡口Q345/SUS304异种钢对接接头残余应力和变形

以ABAQUS软件为平台,开发热-弹-塑性有限元方法模拟了V形坡口和K形坡口Q345/SUS304异种钢多层焊对接接头的温度场、残余应力和焊接变形.同时采用试验的方法测量了接头的残余应力和角变形.计算结果与试验测量结果吻合良好,验证了计算方法的妥当性.数值结果表明,不同坡口Q345/SUS304异种钢接头的Q345母材与焊缝交界处的应力分布均出现不连续性,且SUS304侧的高拉伸残余应力区明显宽于Q345侧;K形坡口开口朝向Q345侧相较于开口朝向SUS304侧的接头,Q345/焊缝交界处附近的峰值应力和高拉伸残余应力区均明显较小.试验和数值结果表明,坡口形式对接头的角变形有明显的影响.     

接头形式对陶瓷/金属连接残余应力的影响

采用有限元数值模拟方法研究了用AgCuTi钎料并添加Kovar中间层对氧化铝陶瓷/不锈钢进行钎焊连接接头残余应力的分布情况,分析接头形式对残余应力的影响.结果表明,采用等壁厚直接对接接头时,接头最大等效应力高达600 MPa以上,而将不锈钢壁厚减半后再进行对接时,接头最大等效应力可以降低近200 MPa;两种情况下最大等效应力均出现在靠近连接界面的陶瓷中,断裂易在此位置发生.考查了各应力分量对最终残余应力的贡献,结果显示轴向应力和剪切应力在靠近界面的陶瓷侧有较大残余拉应力是造成接头强度降低的主要因素.     

Fatigue properties of friction stir welded butt joint and base metal of MB8 magnesium alloy

The fatigue properties of friction stir welded(FSW) butt joint and base metal of MB8 magnesium alloy were investigated.The comparative fatigue tests were carried out using EHF-EM200K2-070-1A fatigue testing machine for both FSW butt joint and base metal specimens.The fatigue fractures were observed and analyzed using a scanning electron microscope of JSM-6063 LA type.The experimental results show that the fatigue performance of the FSW butt joint of MB8 magnesium alloy is sharply decreased.The conditional fatigue limit(2 × 10~6) of base metal and welded butt joint is about77.44 MPa and 49.91 MPa,respectively.The conditional fatigue limit(2 × 10~6) of the welded butt joint is 64.45%of that of base metal.The main reasons are that the welding can lead to stress concentration in the flash area,tensile welding residual stress in the welded joint(The residual stress value was 30.5 MPa),as well as the grain size is not uniform in the heat-affected zone.The cleavage steps or quasi-cleavage patterns present on the fatigue fracture surface,the fracture type of the FSW butt joint belongs to a brittle fracture.