AZ31B镁合金薄板的钨极氩弧焊组织与性能研究

探讨了2 mm厚的AZ31B镁合金钨极交流氩弧焊焊接的工艺特点, 利用金相显微镜、X射线衍射仪、万能拉伸试验机、扫描电子显微镜等手段对焊接接头显微组织、焊缝相组成、接头力学性能、断口形貌特征等进行了分析。结果表明: 焊接电流为50 A时,外观成型良好, 焊缝质量高, 内部几乎无气孔和裂纹等缺陷, 焊接接头的抗拉强度达到210 MPa, 约为母材强度的87%, 断裂发生在焊缝区, 表现为韧-脆混合断裂。 焊缝区组织呈细小的等轴晶, 主要存在α-Mg和Mg₁₇Al₁₂两种相, 热影响区组织较粗大。硬度测试结果显示, 焊缝区域的硬度高于母材。     

加载方式与冲击速度对煤裂纹扩展规律的影响

为研究加载方式与冲击速度对煤裂纹扩展规律的影响,采用非对称加载半圆弯曲试件开展了冲击载荷下Ⅰ型、Ⅱ型及Ⅰ-Ⅱ复合型3种加载方式下多种冲击速度的断裂试验与数值模拟,研究了加载方式和冲击速度对煤样动态断裂裂纹扩展过程、裂纹起裂时间和煤样破坏形式的影响规律。结果表明:煤样在Ⅰ型动态加载下,裂纹呈直线形式;在Ⅰ-Ⅱ复合型和Ⅱ型加载下,裂纹呈向左上方扩展的曲线形式;3种不同加载方式下,煤样裂纹起裂时间均随冲击速度增大而减小,其影响逐渐减弱,煤样在Ⅱ型加载下起裂时间明显大于其他2种加载方式;煤样破坏程度均随冲击速度的增大而加大,Ⅰ型加载影响较小,Ⅰ-Ⅱ复合型和Ⅱ型加载影响较大。     

用SHPB径向冲击边裂纹平台圆环(ECFR)的动态断裂实验

为了研究岩石的Ⅰ型动态断裂韧度测试方法,用大直径(100 mm)分离式霍普金森压杆(SHPB)对边裂纹平台圆环(edge cracked flattened ring,ECFR)砂岩试样进行径向冲击实验。分别用普通应变片和高精度裂纹扩展计2种测试元件监测试样起裂时刻和测定裂纹传播速度,比较了它们的准确性和合理性。用实验-数值结合普适函数分析测定了砂岩的动态起裂韧度和动态扩展韧度,初步探讨了动态加载率影响动态起裂韧度的原因,以及裂纹扩展速度对动态扩展韧度的影响,对ECFR试样裂纹扩展路径弯折现象也进行了理论分析。研究结果表明：裂纹扩展计测定比应变片更为灵敏、准确、合理。加载率在(0.74~4.48)×104 MPa·m1/2/s范围内动态起裂韧度随动态加载率的增大而增大,裂纹扩展速度在(0.24~0.34) cR范围内动态扩展韧度随裂纹扩展速度的增大而提高。     

大线能量工程结构钢热影响区模拟力学研究

利用热模拟仪、金相、扫描电镜等显微结构观察及力学性能表征手段模拟研究了一种大线能量用钢粗晶热影响区域的组织微观特征,结果表明:模拟试样具有优秀的综合力学性能,其微观组织主要由晶内针状铁素体与贝氏体组成,复合夹杂物由分布在颗粒内部的Ti2O3、Zr O2、Al2O3和位于表层的Mn S组成。这种复合夹杂能够促进形成针状铁素体,进而细化组织,而位于原奥氏体晶界上的夹杂物则能够促进形成多边形铁素体。     

冲击加载下的砂岩动态断裂全过程的实验和分析

采用圆孔内单边裂纹平台巴西圆盘(HSCFBD)新型试样在直径为100 mm的分离式霍普金森压杆上进行径向冲击加载,完成I型动态断裂实验,首次研究了砂岩的动态断裂全过程。实验表明,在低加载气压(0.16~0.17 MPa)驱动炮弹条件下,炮弹撞击速度为3.7~4.4 m/s,检测到试样的破裂历经裂纹的动态起裂、扩展和止裂3个阶段,止裂后到第2次起裂开始,裂纹停滞较长一段时间。采用裂纹扩展计测得裂纹起裂、扩展和止裂完整过程的瞬时时间,以此确定试样的动态起裂时刻、裂纹扩展速度和止裂时刻,并运用实验-数值-解析法分别得到砂岩的动态起裂韧度、扩展韧度和止裂韧度。从微观角度分析了动态起裂韧度和起裂时间的加载率效应。最后,初步讨论了试样内应力波反射对止裂的影响。     

切槽定向断裂控制爆破的数值模拟研究

针对切槽定向断裂控制爆破进行了ABAQUS数值模拟研究,采用内聚力模型(CZM)成功模拟了爆生主裂纹的起裂和扩展过程。数值模拟结果表明,炸药起爆后,切槽炮孔在20μs时首先在切槽尖端产生损伤,在25μs时产生爆生裂纹,并在130μs时扩展至模型边界;炮孔切槽周围形成了较强的拉伸应力区,拉应力使爆生裂纹沿切槽方向优先起裂扩展,切槽方向的最大主拉应力峰值随时间呈先增大后减小的趋势;而在非切槽方向形成了压应力区,压应力的存在限制了非切槽方向裂纹的张开;切槽方向拉应力区形成的裂纹生长区和非切槽方向压应力区形成的裂纹抑制区的共同作用,使爆生裂纹沿切槽方向起裂、扩展,并最终形成断裂面。     

防喷钻杆塞焊缝断裂失效分析与优化设计

针对防喷钻杆塞焊缝焊接缺陷导致的杆体断裂质量事故,采用金相显微镜对杆体塞焊缝断口进行制样分析。研究表明,塞焊缝焊接及焊缝热处理工艺参数选取不合理直接导致杆体塞焊缝出现明显的裂纹源、微观裂纹及未熔合等严重缺陷。该组织缺陷直接降低防喷钻杆杆体力学性能,使钻杆焊缝在低进尺钻进情况下过早发生断裂而掉钻。通过工艺研究,优化了防喷钻杆的设计结构,彻底消除了塞焊缝的裂纹组织,规避了裂纹源的产生,防喷钻杆综合力学性能及钻进进尺大幅提升,提高了产品质量。     

工艺参数对螺旋钻杆焊接接头组织性能的影响

采用全自动焊接工艺对螺旋钻杆翼片进行焊接试验,通过对焊接接头的宏观结构和微观组织研究以及显微硬度测试,研究焊接电流、焊接电压、焊接速度3项工艺参数对螺旋钻杆焊接接头组织和力学性能的影响。结果显示,焊接电流与焊缝熔深、余高呈正相关;焊接电压与焊缝熔深、余高均呈负相关,与焊缝熔宽呈正相关;焊接速度与焊缝熔深、熔宽、余高均呈负相关;焊接电流、电压增大使焊缝区的粒状贝氏体转变为条状贝氏体,且伴有马氏体产生;焊接电流和电压的增大使热影响区的粗晶区增宽,并有淬硬倾向,导致硬度上升,焊接速度的减小致使焊缝区变宽,高硬度范围变广。基于螺旋钻杆结构设计要求,得到最优焊接工艺参数,即焊接电流160 A,焊接电压24 V,焊接速度1 cm/s。     

特厚F690海工钢焊接接头的组织及腐蚀磨损研究

选择OK Tubrod 15.27S为焊丝,利用自动埋弧焊技术对厚度为80 mm的特厚F690海工钢板进行了双面多层焊接,观察了F690海工钢焊接接头的显微组织,测试分析了F690海工钢焊接接头在3.5%NaCl溶液中的摩擦磨损行为、腐蚀行为。结果表明:在焊接电流450 A、焊接速度52 cm/min条件下得到的接头组织致密,焊缝区显微组织主要由细小的板条状贝氏体和粒状贝氏体组成。在3.5%NaCl溶液中,焊缝区比热影响区表现出更好的耐磨性;焊缝区和热影响区的磨损机制与载荷大小有关,10 N时表现为磨粒磨损,20 N和30 N时表现为磨粒磨损和粘着磨损的混合磨损。与热影响区相比,焊缝区的自腐蚀电位较高、钝化区较小,耐蚀性较低。     

高压氮气致裂增透实验系统的研发及应用

以气体射流冲击和高压氮气的准静态膨胀作用理论为基础,自主研制了高压氮气爆破致裂煤岩体实验系统,开展了不同氮气压力(5、7.5、10 MPa)和不同高压容器体积(1、2、3 L)条件下的高压氮气爆破致裂实验,以获得煤岩体在高压氮气爆破致裂过程中的动态变化规律。结果表明:随着氮气压力的提高,试块从最初的纵向主裂纹扩展为纵横2条主裂纹,次生裂纹更加发育,试块的裂纹增多、破碎度和裂纹扩展断裂区增大;同等压力下,随着高压容器体积的增大,试块主裂纹长度明显增加,次生裂纹扩展受到抑制。由高压氮气爆破致裂的p-t曲线分析,可将高压氮气爆破致裂过程根据其特点的不同分为3个阶段:气体射流冲击阶段、起裂阶段和断裂阶段。     

DP590双相钢激光胶接点焊接头的疲劳强度分析

为对比分析DP590双相钢激光胶接点焊接头和激光点焊接头的疲劳强度,针对1.5mm厚的DP590钢板,以焊接功率、焊接时间、离焦量为变量,进行三因素三水平的激光点焊和激光胶接点焊正交实验,通过拉剪实验获得两种接头的失效载荷;应用方差分析方法辨析焊接工艺参数对两种接头焊接质量的影响程度;开展疲劳实验,建立接头的载荷-寿命曲线,并对胶接点焊接头进行疲劳断口分析。结果表明,胶接点焊接头的拉剪失效载荷和疲劳强度均大于点焊接头;对胶接点焊接头和点焊接头的力学性能影响最大的工艺参数分别是焊接功率、焊接时间;胶接点焊接头的疲劳裂纹主要起源于热影响区,疲劳裂纹扩展区存在明显的疲劳条带,瞬断区出现典型韧窝形貌。     

液压支架用1000MPa级高强钢焊接性试验研究

对煤矿机械中液压支架用1 000 MPa级高强钢的焊接性进行了试验研究。采用热影响区最高硬度试验、斜Y形坡口焊接裂纹试验和窗形拘束度试验测试了该钢对冷裂纹的敏感性,并研究了不同热输入焊接工艺参数下及焊后热处理焊接接头的力学性能变化规律。结果表明,该钢具有一定的冷裂倾向,在适当的预热条件下可避免冷裂纹产生。焊接过程要合理控制热输入及道间温度以保证接头力学性能。焊后高温消除应力处理应慎用。该研究对高端液压支架的焊接具有一定的参考意义。     

6061-T4铝合金激光焊接接头组织与力学性能研究

对汽车用6061-T4铝合金板材进行激光焊接，采用金相显微镜、透射电镜、扫描电镜、维氏硬度测试、拉伸试验等研究了激光焊接接头微观组织、显微硬度、强度和塑性、拉伸试样断口形貌。结果表明，6061-T4铝合金激光焊接接头的母材区组织为粗大条状晶粒; 焊缝中心组织为细小的铸态树枝晶，针状β"析出相在晶界偏聚，位错密度降低; 激光焊接接头的强度(硬度)和塑性均比母材有一定下降。     

转速对2524铝合金搅拌摩擦点焊组织与性能的影响

对2524铝合金薄板进行搭接搅拌摩擦点焊试验, 研究了搅拌头转速对其组织与性能的影响。结果表明, 随转速增加, 焊点外侧飞边越加严重, 组织畸变程度增加, 焊核区宽度增大, 有效连接宽度先增大后减小。母材区硬度最大, 热影响区硬度最低;在焊核区内, 显微硬度随转速增加而增大, 当转速为1 100 r/min时达到最大133.9HV, 而热影响区在300 r/min时硬度最大。在单向拉伸试验中, 接头剪切强度随转速增加先增大后减小, 在700 r/min时达到最大值3 510 N;接头呈现出两种断裂模式: 即低转速下平行于两板面断裂和高转速下沿倾斜方向断裂;断口呈现明显的剪切韧窝形态, 韧窝小而浅, 焊接接头为韧性断裂。     

Zn-Cu-Ti合金搅拌摩擦焊与激光焊接头组织与性能对比研究

通过金相显微镜、扫描电镜和显微硬度测试等分析手段,研究了Zn-Cu-Ti合金搅拌摩擦焊接头与激光焊接头的组织和性能。结果表明,Zn-Cu-Ti合金搅拌摩擦焊接头主要分为母材区、热机影响区、焊核区,其显微组织分别为纤维组织、拉伸弯曲变形组织、细小的晶粒;接头各区域硬度分布为:母材区>热机影响区>焊核区;接头的抗拉强度153.8 MPa,延伸率为6.7%,发生偏向脆断的准解理断裂。激光焊接头主要分为母材区、熔合区、焊缝区,焊缝区中心位置上下表面有凹坑,其内部有多条排列规则且形状近似抛物线的熔合线,并存在较明显的夹杂;接头各区域硬度分布为:母材区<熔合区<焊缝区;接头的抗拉强度为110.3 MPa,延伸率仅为4.7%,发生脆性断裂。     

BTi-62421s合金板钨极氩弧焊接头组织性能研究

研究了焊前热处理、焊接工艺及焊后热处理对BTi-62421s板材钨极氩弧焊接头组织性能的影响。结果表明: BTi-62421s合金板材钨极氩弧焊较佳焊接工艺为: 焊接电流110 A, 焊接速度5 mm/s, 主喷嘴氩气流量20 L/min, 拖罩氩气流量12 L/min, 单面焊接, 此工艺下双重退火态BTi-62421s合金焊接接头抗拉强度σ_b为1 033 MPa, 为母材的96.5%, 延伸率δ为5.5%, 为母材的38.5%; 焊缝组织为针状马氏体, 热影响区组织为初生α组织、β转变组织和针状马氏体组织; 合金焊前双重退火和去应力退火对焊缝组织组成影响有限, 但双重退火有助于焊接接头塑性的提高; 焊后热处理促进合金接头α'→α+β相转变, 有利于焊接接头塑性的提高, 较佳焊后热处理工艺为700 ℃/2 h, 空冷, 此工艺下双重退火态BTi-62421s合金焊接接头延伸率δ为7.1%, 为母材延伸率的49.5%。     

基于内动力的非均匀岩石材料I型断裂扩展过程分析

天然岩石材料由不同矿物组成同时包含孔洞、裂隙等微结构面,组成材料和结构非均匀。载荷作用下的破坏主要是由于这种非均匀性所致,引入内动力的概念,分析非均匀岩石材料裂纹扩展、演化规律。根据裂纹扩展的内外区概念,选定结构非均匀即含有预制裂纹的岩石材料,对于内区材料的均匀和非均匀性分别进行计算,分析其裂纹扩展过程。从计算结果可以看出:内区材料均匀岩石即只有结构非均匀时,裂纹扩展沿预制裂纹平直扩展,内动力的最大值始终位于裂纹的尖端,各个时步裂纹扩展长度相同;内区材料非均匀即结构、材料都不均匀时,裂纹扩展不再平直而是成锯齿状延伸,应力状态图不规则,成散射状,在原有裂纹扩展到一定程度后不再沿预制裂纹扩展,而是产生新的开裂点。     

DW型单体液压支柱柱体焊接工艺

现有焊接工装没有自动化变位装置,并且在焊接中容易产生热裂纹等缺陷。针对单体支柱柱体焊接中出现的问题,通过改进焊接工装,调整焊接工艺参数、焊后处理等,编制一套焊接工艺指导生产,提高了产品质量。