45钢构件电磁热裂纹止裂后残余应力分析

对带有半埋藏裂纹的45钢金属构件进行电磁热止裂实验发现,止裂后,半埋藏裂纹裂尖处熔化、钝化,并有金属喷射现象;采用超声波对比测试法,分析了止裂前后试件内残余应力的变化情况,实验测得止裂后超声波声程减小,表明试件内部残余应力增大;通过ANSYS有限元软件,采用间接耦合方法,对半埋藏裂纹电磁热止裂过程进行数值分析,得到了止裂后构件内残余应力场的具体类型及分布情况。     

含圆形埋藏裂纹金属构件的止裂应力强度因子

采用理论分析和数值模拟两种方法,对带有圆形埋藏裂纹金属构件通入强脉冲电流前后综合应力强度因子进行分析。通过具体算例,得到放电后综合应力强度因子KI比放电前应力强度因子KσI降低了70%,证明了电磁热止裂的可行性;焊接接头内圆形埋藏裂纹止裂实验,验证了数值模型及结果;数值和理论分析放电后的综合应力强度因子相差11.6%,在工程计算误差范围内,数值分析验证了理论分析的正确性。     

9Cr2凸模半埋藏疲劳裂纹电磁热止裂的实验与模拟研究

电磁热效应止裂技术的发展为金属模具中半埋藏裂纹的止裂问题提供了有效的解决途径。文章采用实验和数值模拟分析方法研究了对带有半埋藏裂纹的9Cr2凸模进行脉冲放电,实施电磁热止裂。实验结果表明,脉冲放电瞬时半埋藏裂纹尖端附近金属温升超过熔点,裂尖熔化形成焊口,并且由于裂纹是半埋藏状态,熔化的金属在裂尖处形成堆焊,其周围发生有利于遏制裂纹扩展的组织细化,有效地遏制了裂纹的扩展;数值模拟结果表明,脉冲放电瞬间,裂纹尖端附近很小的区域内,温度和温度梯度变化极大,裂纹尖端金属迅速熔化,导致半埋藏裂纹尖端曲率半径增加几个数量级,数值模拟分析结果与实验结果相吻合。     

超超临界锅炉水冷壁T23/12Cr1MoV异种钢焊接接头焊后热处理裂纹分析

分析了T23/12Cr1MoV异种钢焊接接头焊后热处理裂纹的宏观和微观特征、断口形貌及接头的显微组织,测试了接头的硬度分布,在此基础上讨论了裂纹的性质及形成原因,并提出了防止裂纹的措施。结果表明,裂纹启裂于T23钢侧焊趾部位,沿粗晶粒热影响区(CGHAZ)晶界扩展,为典型的再热裂纹。焊后热处理明显降低了异种钢焊接接头两侧热影响区的硬度,T23钢侧CGHAZ产生再热裂纹与其在焊后热处理过程中晶界析出碳化物有关,其析出促进了孔洞的形成。在焊后热处理前,对异种钢焊接接头进行一次550 ℃×1 h的中间热处理有利于抑制再热裂纹的产生。     

电磁热止裂对冷锻钢力学性能影响分析

对产生圆形裂纹的45号冷锻钢进行了电磁热止裂数值模拟,分析了止裂后裂纹前缘处的温度场、热应力场及残余应力场的变化。结果表明:在止裂瞬间裂纹前缘处的金属材料达到熔点而迅速熔化,在冷却至室温过程中裂纹前缘处应力场始终处于压应力状态,对防止二次裂纹产生和阻止裂纹继续扩展具有重要作用;通过电磁热止裂实验分析表明,强化后试件断口呈现出小而均匀的韧窝;与未强化试件相比强化后试件的抗拉强度提高了14.8%,在相同电压下止裂效果与裂纹的大小成反比,但与未强化前相比止裂效果有明显提高。通过数值模拟和实验分析,验证了电磁热止裂技术对提高冷锻钢力学性能的有效性,为后续工程应用提供了参考。     

带有埋藏裂纹的焊接接头电磁热强化及力学性能分析

采用ANSYS分析软件对45钢焊接接头电磁热强化过程进行了数值仿真,并对其强化后的温度场和残余应力场进行了分析.结果表明,电磁热强化使焊接接头内部裂纹尖端钝化,减少了应力集中,焊接裂纹尖端形成了3向残余压应力场.通过ZL-2型脉冲放电装置对45钢焊接接头进行了电磁热强化试验,并对其进行了强化前后力学性能对比分析.经过脉冲放电强化后的焊接接头抗拉强度和断后伸长率均有所提高,其力学性能得到了改善.数值分析和试验研究均证实了电磁热强化技术应用到焊接领域的可行性.     

16Mn模具钢电磁热止裂与激光熔覆再修复的数值模拟研究

利用ANSYS对脉冲放电电磁热止裂温度场和应力场进行模拟,然后对电磁热止裂后的16Mn钢试样熔覆Ni45合金粉末的表面温度场瞬时变化进行模拟。结果表明,在8000 V高压脉冲电压下,裂纹尖端的温度可达1500℃以上,裂尖部分熔化,进而使裂尖钝化,脉冲放电后1000 s时构件的温度基本接近室温。脉冲放电瞬间接近裂尖处的残余应力较大,而远离裂尖处的压应力较小。激光熔覆过程中垂直于激光扫描方向存在着一定的温度梯度。     

构件中半埋藏裂纹在线止裂及力学性能分析

依据热-电耦合数值分析结果选择合适的脉冲放电电压,应用ZL-2超强脉冲电流发生装置,对带有半埋藏裂纹的45号试件进行拉伸载荷下脉冲放电止裂研究。放电止裂后,裂纹尖端瞬间熔化、钝化,达到了裂纹止裂目的。止裂中,试件在拉伸载荷作用下没有瞬间开裂。对止裂前后的拉伸试件通过冲击试验机、扭转试验机进行了冲击和扭转力学性能测试。研究结果表明,电磁热裂纹止裂可以有效提高试件的抗冲击和抗扭力学性能。     

脉冲放电对焊接接头的强化分析

对含有裂纹的16Mn焊接接头脉冲放电后的拉伸过程进行了数值模拟,分析了脉冲放电强化对裂纹前缘应力状态的影响.数值分析表明,经脉冲放电强化后,焊接接头受拉时裂纹前缘处的应力集中降低,抗拉性能得到了提高;对含有裂纹的16Mn焊接接头试件进行脉冲放电和拉伸性能试验.结果表明,通过脉冲放电强化,裂纹前缘钝化并产生了硬而韧的白亮层组织,试件的断口变得均匀、拉伸性能平均提高了17.8%.数值模拟和试验证实了电磁热止裂技术对降低焊接接头应力集中、提高其抗拉性能的有效性.     

脉冲放电对6061铝合金焊接接头组织及力学性能的影响

采用电磁热止裂强化方法对6061铝合金焊接接头进行强化研究,通过ZL-2型超强脉冲放电装置对焊接接头进行放电强化实验,并对焊接接头力学性能、硬度和显微组织进行对比分析。对含埋藏孔洞缺陷的焊接接头进行了脉冲放电数值分析,得到放电瞬间的温度场和热应力场。结果表明:放电瞬间焊接接头缺陷处温升达到材料熔点,孔洞钝化并产生有利的热压应力;经放电处理后,焊接接头Mg_2Si强化相增多,且晶粒变的细小,焊接接头处力学性能和显微硬度均得到提高。     

强度失配焊接接头的裂纹尖端张开位移数值分析

采用有限元方法对平面应变条件下含裂纹不同强度失配的平板拉伸焊接接头进行了弹塑性分析,研究了焊缝与母材强度失配、裂纹长度、母材应力应变曲线类型等因素对焊接接头裂纹尖端张开位移的影响.结果表明,强度失配系数增大,焊接接头裂纹尖端张开位移值降低,裂纹长度越短,强度失配的影响越显著.母材无屈服平台时,裂纹尖端张开位移随外加应变的增大呈单调上升趋势,母材有屈服平台时,在高匹配或者裂纹长度较短时,裂纹尖端张开位移曲线会出现阶段性变化,这主要是由于母材形变硬化滞后焊缝变形所产生的.     

Study on ductile crack initiation limit from notch root of pipeline girth welded joints with strength mismatch

This study investigated ductile crack initiation limit of pipeline girth welded joints with different strength mismatches. The ductile crack initiation limit for the girth welded joints was evaluated by conducting three-point bending fracture toughness tests and wide plate tensile tests with a surface notch. In addition, effect of heat input on the ductile crack initiation limit of weld metal (WM) was evaluated on the assumption that a welding condition would be varied in the field in the actual pipeline construction. As the results, the equivalent plastic strain at the notch tip for the ductile crack initiation of the three-point bending tests was consistent with those of the wide plate tests, and the heat input hardly affected the ductile crack initiation limit within the range of this study. This meant that the ductile crack initiation limit of the pipeline girth welded joints with strength mis-match was able to be estimated using the equivalent plastic strain obtained from the three-point bending tests. Based on these results, we proposed a procedure to determine the rational fracture toughness requirements which took into account the difference in the plastic constraint between standard fracture toughness test and pipeline girth welded joints. This procedure was also possible to determine the required strength matching level for a strain-based design for girth welded joint containing surface notch in the centre of the WM in terms of preventing the ductile crack initiation.     

力学失配对电子束焊接接头疲劳裂纹扩展行为的影响

研究了高温合金电子束焊接接头区的疲劳裂纹扩展行为,深入分析了接头区力学失配对疲劳裂纹扩展方向及疲劳裂纹扩展速率的影响规律。结果表明,由于力学不均匀性的影响,电子束焊接接头的疲劳裂纹扩展具有不稳定性,位于高匹配焊接区的疲劳裂纹偏离原裂纹扩展方向,跨越焊接区与母材,呈复合型扩展;焊接区疲劳裂纹的集团使得裂纹尖端有效应力强度因子减小,因而焊缝区裂尖局部有效裂纹扩展驱动力下降,导致接头的疲劳裂纹扩展速率下     

钢箱梁焊接接头的断裂韧度评定

采用冲击试验评定钢箱梁焊接工艺存在局限性,指出用裂纹尖端张开位移(CTOD)试验评定钢箱梁焊接工艺的优越性.介绍了焊接工艺CTOD断裂韧度评定的方法.针对港深西部通道香港段后海湾大桥钢箱梁焊接建造,运用英国标准BS7448对两项拟用焊接工艺进行CTOD试验评定.结果表明,埋弧自动焊工艺焊接接头的CTOD断裂韧度较高,该工艺可以直接用于钢箱梁焊接施工;而焊条电弧焊工艺焊接接头的CTOD断裂韧度较低,经扫描电子显微镜断口分析和X射线分析,发现其原因是焊缝中心存在气泡、微裂纹、夹杂物和硫等有害元素.试验评定结果为港深西部通道香港段后海湾大桥钢箱梁焊接质量控制提供了依据.     

Fatigue properties of welded joints using steel with high resistance to fatigue crack growth

It has been generally recognized that the fatigue life of welded joints is little influenced by the strength of steels owing to the high-stress concentration and the tensile residual stress near the weld toe. In this paper, improvement of the fatigue life of welded joints using steel with high resistance to fatigue crack growth (ferrite/martensite (F/M) steel) is investigated. F/M steel has a microstructure with an elongated and banded martensite phase distributed in a ferrite matrix and a fatigue crack growth rate of about one-half to one-tenth in the thickness direction, compared with conventional steel. As a result, the fatigue life of an out-of-surface gusset-welded joint increases with the decrease of the fatigue crack growth rate. The fatigue life of welded joints using F/M steel with the highest resistance to fatigue crack growth increases to about twice that of joints using conventional steel. Whereas the fatigue crack growth rate decreases significantly, the fatigue life of welded joints increases only slightly. This can be attributed to the stress ratio independent of the fatigue crack growth rate. In other words, the fatigue crack growth rate of F/M steel increases with the increase of the stress ratio, approaching that of conventional steel. In the case of welded joints, even if a fatigue test is carried out at a low-stress ratio, the region near the weld toe is under a high-stress ratio due to tensile residual stress. Therefore, improvement of the fatigue life of welded joints becomes comparatively small so that the effect of fatigue crack retardation of F/M steel decreases.     

复合材料界面裂纹焊接接头塑性发展方向与复合角依存关系的数值分析

针对熔合线含裂纹的不同强度组配焊接接头,应用弹塑性有限元方法对其裂端场塑性区和复合角进行数值计算,讨论了强度组配与裂端场塑性区的发展规律以及裂端场塑性区发展方向与复合角的关系.结果表明,强度匹配对其裂端场塑性区发展规律有很大影响,即裂端场塑性区优先向屈服强度较小的材料发展;在同一载荷作用下,低组配接头裂端场塑性区比高组配大;裂端场塑性区随着复合角的增大而减小,对于不等组配接头,在载荷小于裂纹两边材料中较小的屈服强度值作用下,其塑性区发展方向与复合角呈现线性关系,而在载荷大于裂纹两边材料中较小的屈服强度值作用下则呈现非线性关系.     

搅拌摩擦焊AA7075-T651铝合金接头的疲劳裂纹扩展(英文)

研究12 mm厚AA7075-T651铝合金板搅拌摩擦焊接头的疲劳裂纹扩展行为。从搅拌摩擦焊接头以及母材中截取试样,对试样进行疲劳裂纹扩展实验。对搅拌摩擦焊接头以及母材的横向拉伸性能进行评估。用光学显微镜和透射电镜分析焊接接头的显微组织。用扫描电镜观察试样的断裂表面。与母材相比,焊接接头的ΔKcr降低了10×10-3 MPa·m1/2。搅拌摩擦焊AA7075-T651接头的疲劳寿命明显低于母材的,其原因可归结于焊缝区的析出相在搅拌摩擦焊接过程中的溶解。