钛合金曲面焊缝TIG焊接工艺研究

针对某钛合金曲面焊缝结构提出的高难度TIG焊接难题,分别开展了精确分区间、不同脉宽比、增设叠加脉冲电流等的对比焊接试验。采用尺寸检验、外观检验、金相检验等手段对曲面焊缝性能进行检验,最终确定了TIG焊接工艺。焊缝成形和熔合线长度均满足要求。该研究结果对高技术要求曲面焊接及其他特殊结构焊缝的焊接工艺研发具有重要的参考意义。     

321/690异种金属焊接接头的腐蚀疲劳行为研究

采用1/2紧凑拉伸(compact tension,CT)试样,研究了690镍基合金与321不锈钢异种金属焊接接头在同一温度下含氧和除氧两种环境下的裂纹扩展行为,以及在相同含氧量的情况下应力强度因子对焊接接头的腐蚀疲劳裂纹扩展速率的影响规律。结果表明,含氧和除氧两种水环境中,裂纹扩展速率均随应力强度因子K的升高而升高,并且焊接接头在除氧环境中有较高的开裂敏感性。     

模块化小堆Inconel690/321异种金属接头残余应力有限元分析

使用ANSYS有限元分析软件,建立模块化小堆中Inconel690/321异种金属接头的二维有限元模型,模拟其焊接过程的温度场和应力场,获得了焊接接头的残余应力分布。结果表明,焊缝根部产生较大的径向残余压应力,而径向残余拉应力主要集中在焊缝外表面;环向残余拉应力集中分布于最后一道焊缝及紧邻两侧,拉应力值低于材料的抗拉强度;距离焊缝较远的母材的残余应力几乎为0。     

基于XRD的Inconel 690和321不锈钢异种金属焊接残余应力测试与分析

某小型反应堆的异种金属环形焊接接头经由一百余道焊接后,会出现残余应力累计、变形严重等问题,影响焊接接头的抗应力腐蚀、抗疲劳破坏性能。采用X射线衍射法对该焊接接头表面残余应力测试,获得了环向、径向残余应力分布规律。结果表明:接头表面环向、径向残余应力基本呈现出拉应力状态,分布类似抛物线形状,呈现出中间高、两边低的形态;由于奥氏体不锈钢母材侧熔合线为典型的异种金属焊接区域,残余应力梯度明显偏大,焊缝有柱状晶的存在,焊缝中心处亦存在较大的应力梯度。     

焊接结构中的残余应力

本文讨论了焊接结构中残余应力的性质,包括其大小、方向性、空间分布、范围和种类。以下因素均会对残余应力产生影响：材料性能、材料制造、焊接构件的几何形状和加工工艺、焊接工艺、焊后处理工艺和服役条件。本文给出了板对接焊缝、管对接环焊缝以及表面堆焊中的残余应力分布实例。这些实例表明,不同几何形状的焊接接头,其残余应力的大小和分布是不同的。本文验证了各构件材料的力学性能、热学性能和相组成对残余应力的影响,以及在焊接过程中残余应力对焊道顺序和焊接中所使用约束的敏感性,并采用管材和压力容器的对接环焊缝的一般范例来进一步阐明测量点到焊缝的距离及焊后热处理对残余应力的影响。残余应力的实测值或模拟计算值存在大的分散性和不确定性。这种分散性可能是由测量点或材料性能的差异等系统因素造成的,或者是由所测数据的实验误差、模拟分析时的错误假定,或者是由预先存在的残余应力、记录不全的焊接或制造工艺和未记录的局部修复等未知因素导致的。为了提高残余应力的预测准确度和降低不确定性,需要更好地记录焊接结构及其零部件材料的制造过程、服役史,并更好地理解和分析许多可能影响残余应力的工艺过程。     

异种金属环焊接接头裂纹分析与控制

核级不锈钢与镍基合金异种金属环接头在焊接过程中发生裂纹是主要缺陷。从合金元素、打底焊工艺、焊接热输入、约束状态等方面对异种金属环接头焊接裂纹开展成因分析与控制,通过接头射线检验、金相检验、残余应力分析等手段对接头开展性能评价,有效消除了不锈钢与镍基合金异种金属环接头焊接裂纹,降低了焊接接头的残余应力水平。该研究结果对不锈钢与镍基合金异种金属环接头焊接裂纹的控制具有重要的参考意义和实用价值。     

AZ31镁合金搅拌摩擦焊接头腐蚀疲劳裂纹扩展行为

文中研究了AZ31镁合金搅拌摩擦焊接头的腐蚀疲劳裂纹扩展行为。结果表明,在1%NaCl溶液(质量分数)中,AZ31镁合金接头各区域的腐蚀疲劳裂纹扩展门槛值和强度均低于在空气环境中的结果,但裂纹扩展速度较高。在空气环境下,在裂纹扩展起始阶段,母材区域门槛值最低,裂纹最容易扩展,而在裂纹稳定扩展区域,焊核区域的裂纹扩展速率最快,为da/dN=7.80×10~(-6)(ΔK)~(2.78),前进侧热力影响区的裂纹扩展速率最慢,为da/dN=1.94×10~(-5)(ΔK)~(1.73)。在腐蚀疲劳环境下,母材区域的门槛值最小,最容易发生扩展行为,进入稳定扩展阶段时,后退侧热力影响区扩展最快,为da/dN=3.12×10~(-4)(ΔK)~(1.71),焊核区域扩展最慢,为da/dN=2.78×10~(-4)(ΔK)~(1.50)。AZ31镁合金搅拌摩擦焊接头各区域的腐蚀疲劳裂纹扩展机理主要是裂纹尖端的阳极溶解和氢脆机理。裂纹扩展路径曲折复杂,裂纹中部发现裂纹"闭环"和分叉形貌,裂纹尾部细小,出现裂纹"跳跃"情况,裂纹尖端附近的施密特因子分布不均匀,裂纹尖端附近的组织整体呈现较软的取向,裂纹总是沿着易于滑移的软取向组织扩展。     

CRDM上端Ω焊缝返修堆焊残余应力分析

针对一项自主研发的核电厂控制棒驱动机构（CRDM）上端Ω焊缝堆焊维修技术,本文采用XRD测试法和焊接数值模拟法进行了应力分析评价。研究结果表明,应力计算值与实测值吻合程度达86.4%,焊接模拟计算结果具有实际参考价值。整个堆焊构件的残余应力呈轴对称分布,堆焊构件平均应力水平约为100MPa,应力超过400MPa的区域小到可以忽略。堆焊技术造成试件的变形量最大不超过0.32mm,即构件基本不发生变形。经实测,在CRDM的工作状态下,整个堆焊构件的表面应力最终得以释放,全部转化为压应力。     

退火热处理对TA17钛合金激光选区熔化成形件的力学性能影响研究

针对TA17钛合金激光选区熔化成形(SLM)试验件高强度、低塑性的问题,开展不同温度、冷却方式下的退火热处理工艺研究,通过研究退火热处理前后试件的力学性能测试结果,分析退火热处理工艺对TA17钛合金SLM试件力学性能的影响.结果表明:经过900～950℃真空保温2 h后空冷的退火热处理,SLM试件的强度降低,塑性与韧性得到明显提高,整体力学性能较均衡,满足技术要求.