超声冲击法改善LF21铝合金焊接接头的疲劳性能

利用自行研制的超声冲击实验装置,对提高LF21铝合金焊接接头的疲劳强度进行了研究,进行了TIG焊LF21铝合金非承载十字与T型接头的焊态及冲击处理态对比疲劳试验,结果表明：使用TIG焊获得LF21铝合金原始焊接接头的疲劳强度与其它焊接方法得到的同样接头的疲劳强度基本相当,试图采用更高强度级别的S－N曲线对其进行设计时应持慎重态度,在应力比R＝0．5时,超声冲击处理使LF21铝合金非承载十字焊接接头（拉伸载荷）的疲劳强度提高了26％,接头寿命延长了2－4倍,在应力比R＝0．1时,超声冲击处理使T型接头（三点弯曲载荷）的疲劳强度提高了37％,接头寿命延长了4－8倍,在应力比R＝－1时,超声冲击处理使T型接头（三点弯曲载荷）疲劳强度提高了44％,接头寿命延长了5－10倍。     

承载超声冲击提高TC4钛合金焊接接头的疲劳性能

利用自行研制的HJ-II型超声冲击处理装置对钛合金十字接头焊趾处进行了处理,并对接头的疲劳性能进行了研究.结果表明,在应力比R=0.5加载条件下,非承载超声冲击处理的TC4钛合金焊接接头较原始焊态的疲劳强度提高了约73.5%,寿命延长了12~17倍左右,承载超声冲击处理的TC4钛合金焊接接头较原始焊态的疲劳强度提高了148.1%,寿命延长了23~26倍左右.同时,从超声冲击前后应力集中系数的改变、焊接接头残余应力的改变、接头焊趾区表层塑性变形及硬度的变化等几个方面阐述了超声冲击提高焊接接头疲劳性能的机理,特别是承载超声冲击提高TC4钛合金焊接接头疲劳性能的原因.     

承载超声冲击下焊接接头疲劳性能的改善

采用承载超声冲击处理的方法对20号钢T形管接头进行处理,并与原始焊态、非承载冲击处理态试件进行了对比.结果表明,在高应力比R=0.75的加载条件下,与原始焊态接头相比,非承载超声冲击和承载超声冲击的疲劳强度分别提高了23%和70%,疲劳寿命分别延长了1.4倍和5.6～8.5倍.从超声冲击处理区域表层组织、接头焊趾区表层硬度、焊接接头残余应力等方面比较了承载和非承载超声冲击提高焊接接头疲劳性能的异同,并采用有限元软件ABAQUS模拟了两种超声冲击处理下焊接接头的应力分布,与非承载冲击处理试件相比,承载冲击处理试件表面压缩应力值大,压缩应力层深.     

Improving the fatigue property of welded joints for AZ31 magnesium alloy by ultrasonic peening treatment

The fatigue property of AZ31 magnesium alloy and its TIG welded joints were investigated. The ultrasonic peening treatment (UPT) was used to improve the fatigue property of the TIG welded joints, which was treated at the weld toe by the UPT process. The test results show that the fatigue strength of the base metal of AZ31 magnesium alloys is 57.8 MPa, and those of the fillet joint and the transverse cross joint are respectively 20.0 MPa and 17.2 MPa at 2×106 cycles. The fatigue strengths of two kinds of welded joints treated by the UPT are respectively 30.3 MPa and 24.7 MPa, which have been improved by 51.5% and 43.6%, respectively. The fatigue life of the fillet joint specimens is prolonged by about 2.74 times and the fatigue life of the transverse cross joint specimens is prolonged by about 1.05 times when the stress range is at 40.0 MPa.     

超声冲击处理管接头疲劳设计曲线

采用T形管接头形式进行了20钢及奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti焊态与超声冲击处理态的疲劳对比试验,对超声冲击处理管接头疲劳设计问题进行了研究.结果表明:(1)用热点应力表征,对于承载前进行超声冲击处理的管接头,其疲劳设计曲线的斜率m采用10较为合适,而对于承载后进行处理的管接头,m采用3.0较为合适;(2)当应力比R=0,20钢及奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti承载前超声冲击处理管接头的相应疲劳设计S-N曲线(热点应力表征)为lgN=30.78-101gS;(3)当R=0.5,20钢承载前和承载超声冲击处理管接头的疲劳设计S-N曲线(热点应力表征)分别为lgN=28.0-101gS和lgN=13.37-31gS.     

高温超声冲击处理Q345钢焊接接头的疲劳性能

利用自行研制的超声冲击处理装置,对Q345钢对接接头焊趾区分别进行了室温(20℃),250,350及450℃下的高温超声冲击处理,并对处理后接头的疲劳性能进行了研究.结果表明,在应力比R=0.1的条件下,室温及高温超声冲击处理均能有效改善Q345钢对接接头的疲劳性能,且250℃超声冲击处理接头的疲劳性能与原始焊态相比,改善程度最大,高达99.41%.此外,在残余应力和应力集中因素的影响下,焊接接头疲劳强度的改善程度随超声冲击温度的升高呈先上升后下降的趋势.     

超声冲击法对钛合金焊接接头疲劳性能的改善

利用自行研制的HJ-II型超声冲击装置, 研究了超声冲击处理对BT20钛合金焊接接头的疲劳性能的影响, 并对TIG焊与电子束焊接接头的焊态及冲击处理态进行了对比疲劳试验. 结果表明 超声冲击处理使BT20钛合金TIG焊接接头(拉伸载荷)的疲劳强度提高了27%, 寿命延长了3～10倍; 而电子束焊接接头的疲劳强度提高了38%, 寿命延长了29～40倍.     

超声频分量双周疲劳载荷作用下焊接接头疲劳行为

使用带超声频载荷分量的双周疲劳试验装置对Q345钢焊接接头分别进行纯低周、纯高周以及双周循环加载条件下的疲劳试验.应力比R为O.5,高周载荷频率约19 kHz.结果表明,叠加于大幅低周循环载荷上的小幅高周循环载荷及叠加于大幅高周循环载荷上的小幅低周循环载荷都能够对焊接接头造成严重的疲劳损伤.通过按外包络线表征双周疲劳强度,如果疲劳寿命使用低周载荷循环周次表征,低估了高周载荷分量对焊接接头造成的损伤;如果疲劳寿命使用高周载荷循环周次表征,又高估了低周载荷分量对焊接接头造成的损伤.     

焊接接头疲劳评定的局部法研究现状

局部法(Local Approach)是近年来发展起来的焊接接头疲劳评定的一种新方法。目前已提出了多种焊接接头疲劳评定的局部准则，如缺口应力强度因子法(N—SIF)、等效应力强度因子法(E—SIF)、临界距离法(CDM)包括点(PM)、线(LM)和面(AM)法、临界面法及体积法。文中对这些局部法的基本原理、分析步骤及影响因素进行了介绍，综述了局部法研究现状并对目前局部法研究存在的问题进行了讨论。     

热点应力法评定焊接接头疲劳强度的影响因素

将三种方法确定的热点应力作为控制应力,引入焊接接头的疲劳切口系数,由Taylor的临界距离理论得到该系数.通过讨论接头类型、焊缝局部尺寸、板厚以及热点应力的确定方式对疲劳切口系数的影响,揭示热点应力法进行焊接接头疲劳评定的影响因素.结果表明,腹板厚度与焊缝局部几何尺寸对疲劳切口系数的分散性影响较小,但主板厚度的效应明显,由疲劳切口系数得到的板厚效应预测与试验结果接近;以两种外推法为基础构成的热点应力法能明显减少疲劳数据的分散性及其对接头类型与载荷形式的依赖性.     

基于结构应力的焊接接头疲劳分析

基于结构应力法对来自相关文献中的16Mn钢十字非承载焊接接头、十字承载接头和纵向立板角焊缝接头的疲劳强度的试验数据进行了分析.推导了适合有限元计算的离散结构应力计算公式,得到焊接接头的结构应力集中系数.证实了该方法具有网格划分不敏感性,给出了应用结构应力法进行疲劳评定时适合上述各类接头的结构应力S-N曲线.结果表明,同名义应力法相比较,采用结构应力表示的焊接接头疲劳试验数据其分散性较小.     

利用低相变点焊条熔修方法改善焊接接头疲劳强度的试验

焊趾部位存在应力集中和残余拉伸应力,使得接头处的疲劳强度远低于基体金属.通过对纵向环绕焊接接头和横向角接焊接接头试样的疲劳试验表明,低相变点焊条(low transformation temperature electrode, LTTE)熔修是提高焊接接头疲劳强度的有效方法.具体结果是,LTTE熔修的上述两种焊接接头在2×106循环周期下其疲劳强度试验结果分别为154.7MPa和173.9MPa,而TIG熔修处理的则分别为152.6MPa和173.3MPa,前者分别是后者的101.4%和100.3%.这表明,LTTE熔修方法与TIG熔修方法相当,但前者较后者简单得多,因此LTTE熔修具有极大的推广应用价值.     

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.     

用局部法评定焊接接头的疲劳性能

采用16Mn钢非承载十字焊接接头疲劳试验结果对使用Dang Van准则的疲劳评定局部方法进行了研究。结果表明，有限元分析中应力集中区单元尺寸对局部参量计算有明显影响，为获得比较合理的预测结果需对焊趾应力集中区所划分的单元尺寸限定，当接头焊趾半径在0．15-0．8mm变化时应选择最小单元尺寸0．32-0．62mm计算局部参量；在此基础上Dang Van准则可以对焊态接头做出合理的评定，但Dang Van建议的卢值偏安全。此外，通过计算发现焊趾半径只影响局部很小区域(约0．5mm内)的应力集中分布，在某一深度(约0．5mm)后存在稳定的应力集中，因而建议采用距应力集中区最大应力处某一深度的应力参数计算Dang Van局部参量可能更为合理，这将减小局部参数对焊趾半径及单元尺寸的依赖性。     

双周疲劳载荷作用下焊接接头线性累计损伤分析

采用自制的超声频分量双周疲劳(CCF)试验装置,对16Mn的焊接接头试件进行低频疲劳载荷与超声频分量(高频)载荷复合加载,采用线性累计损伤理论来估算双周疲劳载荷作用下16Mn对接接头的疲劳寿命,并计算两个疲劳载荷分量各自造成的累计损伤比例.结果表明,使用Miner法则计算双周疲劳试件的疲劳累积损伤时,如果高低周疲劳载荷只是简单按照比例计算,会严重低估两个分量疲劳载荷之间的耦合作用;而低周疲劳载荷按外包络线计算的方法则能够很好的考虑到高低周疲劳载荷间的耦合作用.     

Major factor causing improvement in fatigue strength of butt welded steel joints after laser peening without coating

Abstract

Laser peening without coating (LPwC) can introduce compressive residual stress to the surface and, therefore, is effective in enhancing the fatigue strength. This study used butt welded structural steel joints to investigate changes in the residual stress and the hardness near the toe of the welded zone and to examine the major factor causing the improved fatigue strength due to LPwC. It is concluded that the generation of compressive residual stress by LPwC is the major factor improving the fatigue strength, because the reduction in compressive residual stress due to stress relief annealing decreased the fatigue strength to the same level as that of butt welded joints without LPwC.     

超声冲击对7A52铝合金焊接接头疲劳性能的影响

文中对超声冲击处理前后的7A52铝合金焊接接头显微组织、显微硬度以及残余应力进行了分析,并对超声冲击处理前后的接头在不同循环应力比的加载条件下进行了疲劳试验.结果表明,经超声冲击处理后接头塑性变形层厚度在45~70 μm左右,母材区表面硬度提高了170%,焊缝区硬度提高了大约70%,改变了焊态残余应力分布,成功引入了压应力;在疲劳试验中,循环次数为2×106的条件下,加载应力循环比为0.1时,冲击态接头的疲劳强度为60.26 MPa,比疲劳强度为40.74 MPa的焊态试样提高了47.9%,而在加载应力循环比为0.45时,冲击态接头的疲劳强度为46.53 MPa,比疲劳强度为39.97 MPa的焊态试样提高了16.4%.     

盐雾环境对超声冲击前后铝合金焊接接头力学性能的影响

对6005铝合金焊接接头进行超声冲击处理,对冲击前后焊接接头进行残余应力测试.结果表明,超声冲击后,6005铝合金焊缝及热影响区(HAZ)均变为残余压应力,应力分布较为均匀.对冲击前后试样进行盐雾腐蚀试验.超声冲击后的试样在腐蚀不同时间后,其腐蚀产物均少于未冲击试样,超声冲击后焊接接头硬度得到提高,焊缝及HAZ的硬化层深度分别为1.5 mm及2.1 mm,腐蚀14天后,硬化层能够保持在0.9 mm,可有效地保护基体.另外,腐蚀同样时间后,冲击后的焊接接头试样能够保持较好的综合力学性能.     

超长寿命区间16Mn钢焊接接头疲劳性能

使用自行研制的TJU-HJ-Ⅰ型超声疲劳试验系统装置进行了16 Mn钢母材和焊接接头试件的超声疲劳性能试验,以探索其在超长疲劳寿命区间的疲劳行为.结果表明,无论母材还是焊接接头,其S-N曲线都是一条连续下降的曲线;在106～107循环周次范围内焊接接头不存在传统概念上的疲劳极限,载荷循环周次超过107甚至109以后,试件依然发生疲劳断裂.在超长寿命区间,焊接接头疲劳强度远低于母材的疲劳强度.使用现有疲劳极限数据去设计工作在超长寿命区间的焊接结构件是很危险的.     

加载频率及焊接缺陷对5A06铝合金TIG焊接头超高周疲劳性能的影响

采用自行研制的TJU-HJ-I型超声疲劳试验系统及常规疲劳试验系统对5A06铝合金TIG焊接头的疲劳性能进行研究. 通过扫描电子显微镜对超声疲劳断口形貌进行观察. 结果表明,加载频率对5A06铝合金TIG焊接头的疲劳性能影响不大,超声疲劳试验结果可以用于表征其机械结构长期使用的安全性. 当焊接接头中气孔作为裂纹源时,不考虑气孔尺寸,气孔中心距表面的距离越近,疲劳寿命越低. 焊接过程导致的焊缝内的夹杂类型为氧化物,其密度较大,对疲劳性能产生影响.