高强度桥梁钢焊缝疲劳裂纹萌生机理的研究

利用高频疲劳试验机研究高强度桥梁钢焊缝金属在不同应力循环次数下位错形态的变化,揭示高强度桥梁钢焊接接头疲劳裂纹的萌生机理.结果表明:高强度桥梁钢焊缝金属随着疲劳载荷下循环次数的增加,依次形成位错纠结→位错墙→位错胞→亚晶,亚晶界开裂从而形成裂纹.     

FSW与MIG补焊的6005A-T6铝合金型材FSW接头疲劳性能研究

针对6005A-T6铝合金型材搅拌摩擦焊接头缺陷,分别采用搅拌摩擦焊(FSW)和熔化极气体保护焊(MIG)进行补焊,对补焊后的接头疲劳性能进行了研究。结果表明,在循环次数N107时,FSW补焊接头的疲劳强度为100MPa,可达母材疲劳强度的84.53%,MIG补焊接头的疲劳强度为80 MPa,可达母材疲劳强度的67.62%。FSW补焊接头的疲劳断口裂纹源位于焊缝底部,裂纹扩展区有典型的疲劳辉纹,瞬断区为剪切型断口,为撕裂棱和韧窝组合形貌。MIG补焊接头疲劳断口的断面有微气孔,裂纹源位于夹杂气孔缺陷处,扩展区为准解理断裂,瞬断区为韧性断裂和脆性断裂的复合形式。     

Hastelloy C-276薄板激光焊接接头疲劳性能EI北大核心CSCD

对0.5 mm厚Hastelloy C-276薄板激光焊接接头进行疲劳试验,结合应力-寿命(S-N)曲线和疲劳断口形貌,研究母材及焊接接头的疲劳性能,分析母材和焊接接头的疲劳断裂机理。结果表明:0.5 mm Hastelloy C-276薄板焊接接头和母材的S-N曲线斜率基本相同,焊接接头疲劳性能和母材的基本相当;母材疲劳断口疲劳裂纹起源于试样侧表面,主要沿宽度方向扩展,随着应力的减小,疲劳源数目减少,疲劳裂纹扩展速率减小;焊接接头在母材和焊缝处随机断裂,焊接接头母材区断口形貌和母材断口形貌基本一致,而焊接接头焊缝区断口的疲劳裂纹起源于侧表面棱角处和焊缝表面,焊缝表面是主要疲劳源,裂纹主要沿厚度方向进行扩展,疲劳裂纹扩展区呈现出准解理断裂特征。     

TC4钛合金薄板激光焊接接头的疲劳寿命及断口分析

研究了TC4钛合金薄板激光焊接接头及母材的疲劳性能,并对其疲劳断口进行了观察.结果表明,接头的疲劳寿命在低应力水平时高于母材,在高应力水平时低于母材.母材疲劳裂纹萌生于试样表面;在裂纹扩展区有平行排列的弯曲的二次裂纹和期间更细的疲劳辉纹,瞬断区为细小的等轴韧窝.焊缝疲劳裂纹起源于表面的气孔,源区有笔直且平行排列的二次裂纹;在裂纹扩展区,断口形貌与组织有关,细晶区为韧窝,在细晶与柱状晶交界处为敞口浅韧窝,柱状晶和粗晶区为晶粒大小的刻面,上有大量的微剪切滑移带,断裂机理为滑移带形成及开裂.     

Hastelloy C-276薄板激光焊接接头疲劳性能

对0.5 mm厚Hastelloy C-276薄板激光焊接接头进行疲劳试验,结合应力-寿命(S-N)曲线和疲劳断口形貌,研究母材及焊接接头的疲劳性能,分析母材和焊接接头的疲劳断裂机理。结果表明:0.5 mm Hastelloy C-276薄板焊接接头和母材的S-N曲线斜率基本相同,焊接接头疲劳性能和母材的基本相当;母材疲劳断口疲劳裂纹起源于试样侧表面,主要沿宽度方向扩展,随着应力的减小,疲劳源数目减少,疲劳裂纹扩展速率减小;焊接接头在母材和焊缝处随机断裂,焊接接头母材区断口形貌和母材断口形貌基本一致,而焊接接头焊缝区断口的疲劳裂纹起源于侧表面棱角处和焊缝表面,焊缝表面是主要疲劳源,裂纹主要沿厚度方向进行扩展,疲劳裂纹扩展区呈现出准解理断裂特征。     

循环载荷幅值对7075-T7451铝合金疲劳裂纹扩展行为的影响

在不同幅值循环载荷条件下对7075-T7451铝合金紧凑拉伸(CT)试样进行拉伸疲劳试验,对其疲劳裂纹扩展速率和应力强度因子幅值ΔK进行了研究,并用扫描电子显微镜观测试样的断口形貌。结果表明：随着循环载荷幅值的增大,试样的疲劳寿命缩短,裂纹的扩展速率增大;试样宏观断口形貌的裂纹稳态扩展区域减小,而瞬时断裂区域增大。稳态扩展区主要以疲劳条带扩展机制为主,且疲劳条带间距随循环载荷幅值的增大而增大;瞬断区的断口形貌以韧窝断裂为主,韧窝尺寸随循环载荷幅值的增大而减小。     

7075铝合金FSW接头腐蚀疲劳性能及断裂特征

以7075-T6铝合金搅拌摩擦焊接头为研究对象,对其显微组织结构、3.5% NaCl(质量分数)溶液腐蚀疲劳寿命和腐蚀疲劳断裂特征进行了研究,分析了7075铝合金搅拌摩擦焊接头的腐蚀疲劳性能及断裂过程.结果表明,7075-T6铝合金搅拌摩擦焊接头腐蚀疲劳S-N曲线方程为lgN=5.845-0.014S,随着应力幅增大,腐蚀疲劳寿命大幅度降低;腐蚀疲劳裂纹起源于接头的热影响区,逐渐扩展最终断裂于接头的焊核区.腐蚀疲劳断口存在多个裂纹源,且受到应力集中作用的影响,裂纹源萌生于腐蚀坑处.高应力作用加剧了试样边角部分的腐蚀损伤,导致边角比平面位置腐蚀程度更严重.裂纹扩展区出现了明显的晶间断裂和疲劳辉纹;在腐蚀介质和交变载荷的共同作用下,裂纹扩展区腐蚀程度最重,晶界处产生了阳极溶解现象并产生了“冰糖块状”和“蚁巢状”的形貌特征;瞬断区产生了大量解理台阶和二次裂纹,为脆性断裂,在第二相粒子分布区域存在孔洞形貌特征.     

不锈钢光纤激光熔透焊接头微观结构对疲劳性能的影响分析

利用光纤激光器对不锈钢实施熔透焊试验,分析不锈钢光纤激光熔透焊接头微观结构对疲劳性能的影响。通过微观结构分析方法分析不锈钢光纤激光熔透焊接头微观结构对疲劳性能、硬度、拉伸强度的影响规律。试验结果表明：母材的疲劳寿命比焊接接头的高;在室温腐蚀试验下,循环次数越大焊接接头最大应力荷载下降越明显,腐蚀时间越长,对疲劳性能影响越大;室温疲劳试验中,同等循环次数下,光纤激光熔透焊接头疲劳强度随厚度增大而提高;在瞬断区显微组织对疲劳裂纹扩展断口形貌没有太大影响,母材比焊接接头在疲劳裂纹扩展时更容易出现疲劳条带;焊缝数量可提高焊接接头疲劳性能,在焊缝数量一样时,增加2倍焊缝长度,能够提高疲劳极限,但提升幅度不大;焊缝硬度高于母材的;焊接试样的拉伸测试指标均低于母材的拉伸测试指标。     

CP800钢的低周疲劳特性研究

CP800钢是一种汽车用800 MPa级复相钢。采用加载频率为1 Hz、应力比为-1的拉压疲劳试验研究了汽车用CP800钢的低周疲劳特性。采用Coffin-Manson方程对试验数据进行拟合绘制拟合曲线得到疲劳参数σ'_f、b、ε'_f、c。预测循环次数2N_f与应变幅Δε_t/2之间的关系方程为Δε_t/2=2269.4/2.3×10~5(2N_f)~(-0.107)+0.72(2N_f)~(-0.779)。采用体视显微镜和扫描电镜观察分析疲劳试样断口的宏观和微观形貌。分析发现:CP800钢疲劳试样断口有多个裂纹源,裂纹扩展区有明显的疲劳辉纹,瞬断区存在大量韧窝。钢的循环应力变化的效果为:疲劳寿命的前半段试样承受应力较大,并逐渐硬化;后半段承受的应力减小发生软化。     

40Cr钢的冲击疲劳性能及疲劳断口分析

采用超声疲劳试验法研究40Cr钢在105～1010周次,受到冲击前后的疲劳性能,用扫描电镜分析疲劳断口形貌特征.结果表明,40Cr钢的S-N曲线始终保持下降趋势,随着疲劳循环数的增加,循环应力的变化幅度减小;受冲击后,在105～1010周次循环范围内,40Cr钢的疲劳寿命下降的趋势明显加快.在280MPa的应力下,40Cr钢未受冲击时的疲劳寿命为28.359×106周次,而受冲击后的疲劳寿命骤降到18.653×106周次,两者存在明显差距.40Cr钢受冲击前后的断口形貌无明显差异,受冲击后试样的疲劳裂纹在两侧的扩展速度更快,瞬断区面积偏大较为明显,从扩展区断口显微形貌观察到明显的疲劳辉纹.     

低匹配对接接头应力集中系数计算及回归分析

针对高强钢低匹配的横向对接接头形状设计,以最大限度提高接头静载承载能力和疲劳强度为目标,采用有限元计算的方法,考察了焊缝余高、焊趾过渡圆弧半径、盖面焊道宽度、板厚等几何参数对焊趾和焊根处应力集中的影响,回归分析得出的焊趾和焊根处的应力集中系数的经验方程式,对高强钢低匹配对接接头设计具有指导意义.     

P92钢焊缝金属高温低周疲劳行为分析

P92钢常用于锅炉高温、高压主蒸气管道等部件,其焊接接头性能的优劣直接关系到机组的安全可靠运行. 文中通过P92钢焊缝金属在630 ℃下的低周疲劳试验,研究了低周疲劳行为及其循环应力应变关系,采用塑性应变能密度对其低周疲劳进行了寿命预测,并根据断口形貌,分析了P92钢焊缝金属的断裂机理. 结果表明,P92钢焊缝金属表现出循环软化特征;其低周疲劳寿命与应变幅值满足Coffin-Manson关系;采用塑性应变能密度的方法可以很好地预测P92钢焊缝金属低周疲劳寿命. 二次裂纹密度的增加是其在高应变幅下寿命下降的主要原因.     

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。     

焊缝材料抗疲劳断裂的可靠性计算方法

以焊缝材料疲劳断裂前裂纹长度为输出参数,根据金属材料疲劳断裂的过程理论,利用可靠性技术中的漂移设计原理,对焊缝材料在一定循环次数下的失效率或给定不失效率的循环次数的可靠性计算方法进行了探讨.结合实例,对在给定循环次数和可靠度的条件下,对焊缝材料抗疲劳断裂强度进行了可靠性设计.     

TRIP800高强度钢激光焊工艺

针对TRIP800高强度钢进行激光焊接工艺研究。实验结果表明:1.8 mm厚的TRIP800高强度钢在纯度大于99.9%的氩气保护下,采用光纤激光器焊接,在焊接速度7 mm/s、激光功率570 W、离焦量0 mm的工艺参数条件下可以获得优质的焊缝;焊接接头的抗拉强度660 MPa,断裂方式为塑性断裂。最佳工艺参数条件下的焊缝硬度呈现"M"形分布,接头的最高硬度出现在热影响区,焊缝区硬度较高,母材硬度最低。     

X70钢管道采用铜衬垫根焊的焊接接头疲劳性能

利用成组法,在应力比r=0.1的情况下分别对采用铜衬垫与陶瓷衬垫进行根焊的X70钢管道焊接接头进行了高频疲劳试验,并在一定的疲劳载荷及循环次数下,对比两种试样焊趾处疲劳裂纹的启裂情况. 结果表明,X70钢管道根焊采用铜衬垫焊接过程中,其背部的渗铜对构件疲劳强度基本没有影响,两种试样的S-N曲线基本一致,疲劳裂纹均起始于根焊背部焊趾处. 在相同的应力及循环条件下,焊趾处裂纹萌生情况无明显区别. 在此基础上,采用SEM方法进一步对疲劳断口进行了分析.     

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.     

FV520B钢十字焊接接头的疲劳性能

用金相显微镜和扫描电镜观察了FV520B钢焊接接头母材、焊缝及热影响区的微观组织;并通过透射电镜给出了母材和焊缝的微观形貌。结果表明:母材组织为细小均匀的回火马氏体、弥散分布的析出相及高密度位错,而焊缝为粗大的板条马氏体及少量的析出相,说明母材力学性能优于焊缝。利用疲劳实验获得了高平均拉应力下接头的疲劳强度及S-N曲线等。通过对疲劳断口的观察,发现疲劳断裂主要有两种形式:破坏于焊趾处和焊接缺陷处,由于这里严重的应力集中,加速了疲劳裂纹的萌生。     

搅拌摩擦焊和熔化极气体保护焊6082铝合金疲劳性能分析

对10 mm厚6082-T6铝合金进行搅拌摩擦焊(FSW)和熔化极气体保护焊(MIG焊)焊接,利用疲劳性能试验机、光学显微镜、扫描电子显微镜等手段对6082铝合金FSW和MIG焊接头的疲劳力学性能、微观组织、裂纹扩展特征、疲劳断口进行了分析. 结果表明,在疲劳寿命为2×106周次时,6082铝合金母材及其FSW和MIG焊接头的名义应力分别为126.3,110.2,84.2 MPa;在高应力水平下(Δσ=160 MPa),FSW接头疲劳寿命明显大于MIG焊接头、与母材的疲劳寿命相当. MIG焊疲劳断口均位于焊趾处,焊缝内的气孔缺陷为其主要裂纹源;FSW疲劳断口大多发生在轴肩边缘. 接头的微观断口具有准解理特征,断口中存在疲劳条纹和韧窝.     

方波加载对20CrMo钢焊缝疲劳裂纹扩展的影响

利用拉-拉疲劳法和金属磁记忆检测法研究了20CrMo钢焊缝在方波加载方式下疲劳裂纹扩展与自发射磁信号的相关性,用扫描电镜对疲劳断口特征进行了研究.结果表明,裂纹到达焊缝中心前,随着疲劳寿命的增加,焊缝处的自发射磁信号也随着增加,疲劳裂纹扩展速率先增加后减小,当裂纹越过焊缝后,随着疲劳寿命的增加,焊缝处的自发射磁信号开始减小,疲劳裂纹的扩展速率却迅速增加.在焊接接头的不同区域,疲劳裂纹扩展速率也不相同,其中热影响区扩展速度较快,而在其它区域扩展速率相对较慢.断口扫描分析表明方波加载方式下的疲劳断口为类解理断裂.