基于局部应变能密度的厚板T形接头焊趾和焊根疲劳性能分析

以装载机前车架疲劳寿命评估为目的,从前车架焊接结构关键部位中提取三种典型焊接接头,对其进行疲劳试验和分析.以局部应变能密度法为理论基础,对获得的试验数据进行处理,得到了基于局部应变能密度的疲劳寿命曲线,并采用文献中十字接头的疲劳数据验证该理论的准确性和适用性.结果表明,局部应变能密度法既可用于焊根失效疲劳评估,也可以用于焊趾失效疲劳评估;不同位置的疲劳裂纹会影响结构的刚度,进而影响结构的疲劳寿命.此外,研究了焊脚尺寸和熔深对焊接接头疲劳寿命的影响,推导了基于局部应变能密度法的疲劳失效位置转换区间.并通过文献中的疲劳数据验证了文中提出的焊趾失效和焊根失效转换区间的准确性,为合理设计未焊透厚板T形接头抗疲劳性能提供依据.     

P355NL1低合金钢焊补后力学性能研究

P355NL1低合金钢是转向架构架常用材料,对P355NL1低合金钢的焊接件和一次焊补件进行拉伸、冲击、弯曲和疲劳试验。结果表明,焊接修补对于接头显微组织无有害影响,并且可细化保留的下层焊缝的晶粒。经一次焊补后,焊缝硬度无明显下降。两种构件拉伸断裂均发生在母材,焊补对焊接接头的静载强度没有影响。与原始焊接件相比,由于焊补对上一次残余的焊接接头部分起到了热处理作用,细化了晶粒,改善了组织分布,一次焊补件冲击韧性和疲劳强度略有提高。     

铝合金搅拌摩擦与MIG焊接接头疲劳性能对比试验

根据疲劳S-N曲线试验结果,对5A06铝合金搅拌摩擦焊(FSW)和MIG焊接接头的疲劳性能进行了初步比较,分析讨论了搅拌摩擦焊过程中所产生的焊接缺陷对其疲劳性能的影响.结果表明,在焊态下由于焊接接头几何形状等的影响,FSW的疲劳强度明显高于MIG焊接接头;对FSW焊缝根部的"吻接"缺陷(kissing-bonds)是降低FSW焊接接头疲劳寿命的主要因素,旋转搅拌工具在焊缝表面形成的多余飞边将对疲劳行为产生明显影响.     

焊趾处理工艺对10Ni5CrMoV钢低周疲劳性能的影响

对原始焊态、焊趾氩弧熔修、焊趾打磨和焊趾针击处理的10Ni5CrMoV钢堆焊试板分别进行了四点弯曲低周疲劳试验、焊接残余应力测量和焊趾应力集中系数计算.结果表明,焊趾氩弧熔修对低周疲劳性能改善作用明显,疲劳寿命提高幅度平均达98%;焊趾打磨对低周疲劳性能无明显改善作用;焊趾针击处理对低周疲劳性能有一定改善,但改善幅度不如焊趾氩弧熔修,其对疲劳寿命的提高幅度平均为45%.对低周疲劳寿命、残余应力和应力集中系数的综合分析结果表明,应力集中是影响焊接接头低周疲劳性能的关键因素,改善应力集中是提高焊接接头低周疲劳性能的有效途径.     

厚板铝合金FSW和MIG焊接接头疲劳性能

对厚度10 mm的6082-T6铝合金搅拌摩擦焊(FSW)和MIG焊接接头的疲劳强度进行了试验研究,并与6082-T6母材疲劳性能进行了对比分析.结果表明,6082-T6母材的疲劳S-N曲线最高、MIG焊接接头S-N曲线度最低,而FSW接头的疲劳S-N曲线近似位于两者之间;在高应力区FSW疲劳强度低于MIG焊接接头、而在低应力区高于MIG焊接接头.大部分FSW试样疲劳裂纹启始于焊缝根部的"弱连接"缺陷,采用机械加工去掉1.4 mm厚度焊缝根部材料后,FSW疲劳强度明显提高并接近母材数据.厚板6082-T6铝合金FSW焊缝根部质量控制是影响疲劳性能的关键因素.     

深冷处理对AZ31B镁合金焊接接头疲劳性能的影响

研究了深冷处理对镁合金焊接接头疲劳性能影响。采用TIG焊接AZ31B镁合金,在-160℃、保温12 h深冷工艺下对镁合金焊接接头进行深冷处理。测试未深冷组和深冷组镁合金焊接接头疲劳性能,用最小二乘法拟合实验数据得到S-N曲线,计算2×106循环次数下,未深冷接头疲劳性能为36.42 MPa,深冷接头疲劳性能为41.26 MPa,深冷处理后接头疲劳强度提高13.29%。用盲孔法分别测试未深冷和深冷后垂直焊缝不同位置的残余应力。结果表明:深冷处理后焊接残余应力下降;深冷处理后焊缝晶粒比未深冷焊缝晶粒明显细化。未深冷接头疲劳断口为解理断裂,深冷后接头疲劳断口为韧性断裂,说明深冷处理可提高焊接接头韧性。深冷处理可以提高镁合金焊接接头疲劳性能。     

不同搭接间隙的电子束焊搭接接头的疲劳性能

对不同搭接间隙的电子束焊搭接接头的疲劳性能进行分析,确定搭接间隙对试样疲劳S-N曲线的影响.结果表明:不同搭接间隙电子束焊搭接接头的疲劳裂纹均启始于间隙尖端,沿焊缝表面板热影响区扩展,最终导致搭接焊接头疲劳破坏,即疲劳断裂主要是搭接间隙尖端的应力集中所引起的;搭接焊间隙对电子束搭接焊接头疲劳性能有较大影响,间隙增大应力集中增加,因而其疲劳性能降低.     

5A06铝合金焊接接头在超长寿命区间的疲劳性能

采用自行研制的TJU-HJ-I型超声疲劳试验系统对5A06铝合金TIG焊焊接接头在超长寿命区间的疲劳性能进行研究. 疲劳试验结果表明,圆柱状母材试件、圆柱状焊接接头试件和薄板状焊接接头试件,在经历107循环周次后,S-N曲线仍呈下降趋势,没有发现明显转折,传统意义上的疲劳极限并不存在. 焊接接头试件在107周次和109周次下的疲劳强度仅为母材的50%~70%. 通过扫描电子显微镜进行断口形貌观察发现:母材疲劳扩展区断口较焊接接头断口平整,瞬断区呈韧窝状,而无余高焊接接头试件存在气孔、夹杂等焊接缺陷,导致疲劳性能明显降低.     

SMA490BW钢激光-MAG复合焊T型接头疲劳性能

对激光-MAG复合焊和MAG焊T型接头进行了四点弯曲疲劳试验,采用最小二乘法拟合疲劳S-N曲线,估算了两种焊接方法 T型接头循环寿命为107时的疲劳强度。试验结果表明,当循环基数为107次时,激光-MAG复合焊接头的疲劳强度较常规MAG焊接头提高17.5%。观察两种焊接方法的疲劳断口发现,断口位置在熔合区的焊趾处,裂纹扩展区疲劳辉纹明暗相交,既短又不连续,呈韧性疲劳断口特征。但激光-MAG复合焊疲劳裂纹扩展区撕裂棱凸出较大,裂纹扩展时所需的动力更大,断裂韧性更高。分析发现,焊趾处圆滑过渡和细小的熔合区微观组织导致激光-MAG复合焊T型接头的疲劳强度高于MAG焊。     

6005A-T6铝合金高频脉冲MIG焊补新工艺

采用快速热启动工艺RTS(Rapid Thermal Start),对轨道车辆用6005A-T6铝合金(6 mm板)对接接头进行一次焊补,研究焊补后接头的组织和性能。试验结果表明,与传统焊补工艺相比,焊前经80℃的RTS,可以较明显地减少常规补焊所产生的气孔等缺陷;加热(起始)区域的焊趾处焊接残余应力会降低10%左右,而在其他区域的焊趾处焊接残余应力下降5%左右;在焊补后的新老焊缝交界区域,晶粒粗化现象不太明显,其微观组织优于常规焊补的; RTS一次焊补接头的强度系数达到了0. 6,且RTS一次焊补、常规的一次焊补接头的弯曲试验的弯曲角度为180°时,弯曲试样均无裂纹,接头塑性良好;经RTS一次焊补后,焊接接头的疲劳强度为77. 4 MPa,比常规的一次焊补的接头疲劳强度提高约为17%。     

Application of the local approach to the fatigue assessment for welded joints

The fatigue behavior of welded structures is currently determined by means of recommendations defined in terms of S-N curve corresponding to the detail classes of welded joints without taking account of the actual geometry of the weld. A new fatigue strength assessment method based on Dang Van multiaxial fatigue limit criterion was introduced, which is named the local approach and presented by lnstitut de Soudure recently. The local approach has advantages in taking welding residual stresses and the geometry of the weld toe and weld root into consideration. The application of the local approach to the fatigue strength assessment of low carbon steel Q235B welded joints was studied. The fatigue tests and finite element analysis results show that the local approach parameters recommended by lnstitut de Soudure were incorrectly for low carbon steel Q235B welded joints. With aluminum alloy welded joints being used widely, the parameters of the local approach used for aluminum alloy welded joints were obtained and verified on bases of the fatigue tests and finite element analysis.     

铝合金TIG焊非承载角焊缝十字接头疲劳强度的研究

对LF21铝合金非承载角焊缝TIG焊十字接头在应和比R=0及R=0.5的条件下进行了疲劳试验。结果表明：TIG焊铝合金焊接接头的疲劳强度与其它焊接方法获得的相同接头的疲劳强度相当,试图采用更高级别的S-N曲线进行应持慎重态度;LF21铝合金非承载角焊缝十字接头的疲劳性能对平均应力较为敏感。     

激光焊接对SPF/DBTi-6Al-4V合金疲劳性能的影响

研究了SPF/DB Ti-6Al-4V合金及其激光焊接接头静态拉伸性能和疲劳性能,并获得S-N曲线.通过观察组织特征和疲劳断口形貌,分析了激光焊接对SPF/DB Ti-6Al-4V合金疲劳性能的影响.结果表明,SPF/DB T-6Al-4V合金激光焊接接头的抗拉强度略低于母材抗拉强度,而疲劳强度明显低于母材疲劳强度,约为其抗拉强度的40%.SPF/DB Ti-6Al-4V合金组织为α+β等轴细晶组织,其焊接接头组织为含α,针状马氏体α'和少量β相的魏氏组织结构.焊接接头组织结构的不均匀性,以及组织的粗大化是导致激光焊接接头疲劳性能下降的重要原因.SPF/DB Ti-6Al-4V合金疲劳断裂为塑性断裂,其焊接接头疲劳断裂为准解理断裂,这显著降低激光焊接接头的疲劳性能.而焊接气孔等焊缝表层微小几何不连续缺陷的存在往往成为激光焊接接头疲劳断裂的裂纹源.     

不同返修次数对6082-T6铝合金对接接头疲劳性能的影响

对不同返修次数的高速列车用6082-T6铝合金搅拌摩擦焊对接接头进行脉动拉伸疲劳试验,并对疲劳断口进行扫描观察与分析。结果表明,焊接接头指定寿命为1×107次的中值疲劳极限随返修次数的增加而升高。搅拌摩擦焊返修两次时焊接接头的疲劳极限强度较高,疲劳试验中的试件断裂位置主要集中在背面焊缝边缘。启裂区和扩展区疲劳纹清晰,终断区为浅韧窝型韧性断口。     

航空发动机薄壁机匣疲劳裂纹修复焊接变形控制

分别采用恒定直流TIG焊、脉冲直流TIG焊、微束等离子弧焊等方法对航空发动机材料K4169试板进行了焊接试验,经测试脉冲直流TIG焊接头力学性能最优,采用该方法对机匣支板头通气孔附近的裂纹进行了修复试验,测试了裂纹所在支板头对应的内外环安装边的径向距离和距基面的距离,分析了热处理对焊接变形的影响.结果表明,机匣支板头通气孔附近的疲劳裂纹修复,导致机匣发生了径向伸缩和周向扭曲变形.热处理对于薄壁机匣疲劳裂纹修复后焊接应力的消减起到重要作用,可有效地减小焊接变形,保证装配精度.     

网格不敏感结构应力的焊接疲劳数据分布

为分析网格不敏感结构应力的焊接疲劳S-N数据分布具有高收敛性的机理,基于钛合金焊接接头疲劳试验数据,分别基于名义应力、主S-N曲线法中的结构应力及等效结构应力建立焊接疲劳数据坐标,并以最小二乘法拟合S-N曲线,应用粗糙集分析方法,以接头类型、相对板厚、载荷比、应力比等焊接疲劳主要影响因素作为条件属性,以疲劳数据对于S-N曲线的偏离度作为决策属性,对基于三种应力的焊接疲劳数据分布规律对比分析.结果表明,基于网格不敏感等效结构应力所建立的S-N数据分布更为集中和均匀,在预测焊接接头疲劳寿命方面具有更高的准确性.     

Improving the fatigue performance of longitudinal welded joints by low transformation temperature electrodes

0　IntroductionAfatigueisoneofthemainfailurescausesofweldedstructures.Manyexperimentshaveshownthatfatiguestrengthsofweldedjointsaremuchlowerthanthoseofbasemetal.Thefatiguecrackmainlyinitiatesatweldtoe ,becausetherearetensileresidualstressesandstressconcentrationinthisregion ,sothatthefatiguestrengthcanbeincreasedbybothmodifyingstressdistributionatweldtoeanddecreasingstressconcentration .Therearemanymethodstoimprovethefatiguestrengthsofweldedjoints[1,2 ] ,forexample ,TIGdress ing,hammerpeenin…     

焊趾TIG熔修对10Ni5CrMoV钢焊接节点疲劳性能的影响

对焊趾氩弧(tungsten-arc inert-gas welding,TIG)熔修与否的10Ni5CrMoV钢大角度焊接节点进行了疲劳试验,比较了相同加载条件下的疲劳寿命、载荷与位移关系及疲劳裂纹启裂位置,同时测量了焊接接头残余应力,并采用有限元计算方法对承载条件下焊接节点的应力应变场进行了分析.结果表明,焊趾TIG熔修显著提高了10Ni5CrMoV钢焊接节点的疲劳性能,在相同承载条件下使焊接节点的疲劳寿命提高了34%.其主要原因在于TIG熔修能有效改善焊趾处的几何形状、降低应力集中程度,从而降低焊趾在承载条件下的应力应变水平,使焊接接头疲劳性能得到提高.     

等离子喷涂法改善焊接结构的疲劳性能

采用低碳钢涂层对1Cr18Ni9Ti不锈钢横向与纵向角焊缝接头进行喷涂处理,测试了涂层的显微硬度和结合强度,并分别在焊接状态和喷涂处理状态下进行疲劳对比试验.试验结果表明,等离子喷涂层的显微硬度、结合强度约为火焰喷涂层的2倍.等离子喷涂后1Cr18Ni9Ti接头疲劳性能明显改善.横向接头焊接状态试件的疲劳强度为169.8 MPa,火焰喷涂试件为186.2 MPa,等离子喷涂试件为213.8 MPa,与焊接状态试件相比,等离子喷涂试件的疲劳强度提高25.9%,火焰喷涂试件提高9.7%.纵向接头焊接状态试件的疲劳强度为91.1 MPa,等离子喷涂试件为100.4 MPa,等离子喷涂后疲劳强度提高10.2%.     

FATIGUE STRENGTH DETERMINATION OF BUTT WELDED JOINTS BY FEM

1.IntroductionThe design of welded constructions subjected to alternating stresses, taking into account their fatiguestrength,wasbasedtillnowonthestress(S)-cycle number (N) relations (S-NWohler curves). Unfortunately,thismethodhassomelimitationsduetonotmakingallowancefortheinfluenceofthegeometricshapeofthejointonthefatiguestrengthoftheweldedstructure,especiallyatthetoeoftheweld(transitionfromtheweldfacetotheparentmaterial).Toassessthefatiguelifeofweldedconstructions,the"localapproach"hasbeen…