高温下带焊缝实验室试样的力学行为及其预测能力

由于焊格或母材的性质均很难反映焊缝的整体温度，用带焊缝的试样进行试验提供了合理评价焊接接头工艺性能的可能性，但是实验室的带焊缝试样能否起初地反映焊接构件的力学行为，则仍是需要进一步研究的问题。根据实验室单轴试验和计算模拟，揭示了同带焊缝试样的局限性，用于高温强度评价基本上是合适的，但用于模拟实际焊接构件的力学行为则误差甚大，这取决于焊缝的受力状况。     

900 MPa级高强钢应变疲劳行为研究

通过应变控制疲劳试验,对1种900MPa级高强钢的循环软硬化行为、循环应变机制及塑性应变能与循环软化的关系进行研究.结果表明：试样的循环软硬化行为随应变幅增加而发生改变,应变幅低于0.3％时,试样主要发生弹性变形,循环行为表现为循环稳定,应变幅为0.4％时,试样的变形行为由弹性变形为主过渡到塑性变形为主,循环行为由循环稳定过渡为循环软化,应变幅高于0.6％时,试样主要发生塑性变形,循环行为表现为循环软化;试样的塑性应变能密度受应变幅的影响且具有循环相关性,应变幅高于0.6％时,试样的塑性应变能密度较高,但随周次变化较小,应变幅低于0.4％时,试样的塑性应变能密度较小,但随周次变化较大;试样的循环软化率随塑性应变能吸收量的增加而提高.     

管线钢力学性能均匀性研究

对高钢级管线钢中不同层厚、不同部位,包括横向、纵向、焊缝及距离焊缝90°和180°位置,取不同直径的拉伸试样,进行了力学性能变化规律研究,发现距离焊缝180°的管体Rt0.5最低,此处为易破裂点.     

融冻过程中约束方式对冻土力学性质的影响

不同的冻结-融化条件将极大地影响土体的性质,分析了融冻过程中约束方式对冻土力学性质的影响.将试样分别装在乳胶套、有机玻璃模具和铜质模具中进行不同次数的融冻循环试验,然后对试样进行单轴压缩试验.结果表明：经历融冻循环后,装在乳胶套中试样的峰值应变小于20%,试样中间发生鼓胀,且出现明显裂纹,试样强度最低;装在有机玻璃模具中试样的峰值应变大于20%,试样两端被挤压,并出现裂纹,试样强度居中;装在铜质模具中试样的峰值应变在20%左右,试样中间发生鼓胀,但没有明显裂纹,试样强度最高.所有试样的强度随融冻循环次数的变化规律一致,初始冻结状态时的试样强度最高,经历第1次融冻循环后试样的强度大幅度降低,随着融冻循环次数的增加,试样强度继续降低,但降低幅度变小,经历多次融冻循环以后,土体强度又有增加的趋势.     

应变强化奥氏体不锈钢焊接接头冲击试验研究

为了研究9%应变强化工艺对焊接接头冲击性能的影响,给应变强化奥氏体不锈钢焊接接头冲击试验指标的制定提供依据,以奥氏体不锈钢S30408为研究材料,对9%应变强化前、后焊接接头焊缝区和热影响区的标准尺寸和5mm厚小尺寸夏比V型缺口试样进行-196℃低温冲击试验.研究结果表明:9%应变强化对冲击功与侧向膨胀量在统计学上无影响;试样的冲击功与侧向膨胀量均保持线性关系,且线性关系在应变强化前、后在统计学上无明显差异;除焊缝区标准试样外,其余试样在冲击功满足指标要求时,对应的侧向膨胀量也能满足指标要求;应变强化前、后小尺寸试样冲击功与标准尺寸试样冲击功比值在焊缝区内均大于0.5,在热影响区内均等于0.5.     

5A06铝合金变动送气TIG焊焊缝组织与力学性能

为了研究5A06铝合金变动送气TIG焊焊缝微观组织与力学性能,采用(Ar-Ar)变动送气TIG焊和传统连续送气TIG焊接方法对4 mm厚的5 A06铝合金板进行表面堆焊,观察比较传统送气和变动送气下焊缝的表面,对焊缝金相组织进行观察,并且对1 Hz变动送气下的5 A06铝合金对焊板试样进行抗拉强度测试.结果表明:变动送气对熔池具有搅拌和冲击作用,熔深比传统送气下的明显增大了,相比于传统送气下的焊缝组织,变动送气下的焊缝组织中析出较多的强化相,而且强化相分布弥散均匀,增加了焊缝的强度,从而提高了焊缝质量.相对于母材,变动送气下的5 A06铝合金对焊板试样的塑性下降,为母材抗拉强度的95％,断裂位置在焊缝处,断裂形式属于韧性断裂.     

旋风分离器中心筒失效分析及焊接工艺探究

循环流化床锅炉的旋风分离器是电站重要部件,本文以某电站循环流化床锅炉的旋风分离器中心筒焊缝运行中开裂,并在修复焊缝过程中焊缝数次断裂现象为例,通过宏观检查、化学成分分析、金相分析、断口分析等技术手段进行失效分析。结果表明:母材内外壁边缘有较多缩孔及微裂纹,焊缝工艺控制不当,组织老化严重为失效主要原因。最后讨论了此类构件焊接时的焊接工艺,为现场操作提供参考价值。     

湿H2S环境中含缺陷Q345R钢焊接接头的应力腐蚀试验研究

在圆棒试样上加工出不同类型的缺口来模拟焊接凹坑,并采用慢应变速率(SSRT)应力腐蚀试验研究含该缺陷的Q345R钢焊接接头在湿硫化氢环境下的应力腐蚀行为.结果表明:在204,612mg/L的湿H2S环境中,焊缝区无缺口试样的应力腐蚀敏感性明显小于含缺口试样.含缺口试样在拉伸过程中,受湿硫化氢和应力集中的协同作用,随焊缝区试样缺口半径的增大,其对应的应力腐蚀敏感性指数逐渐减小,断裂所需时间和延伸率均逐渐增大;断口均呈现明显的应力腐蚀断裂特征;相同缺口半径的试样,在612mg/L湿H2S环境中的应力腐蚀敏感性较高.     

钢结构厚板对接焊缝的低温断裂韧性试验

随着钢板厚度的增加,焊接难度加大,且存在焊接裂纹缺陷的可能性也增大.为防止钢结构厚板焊接接头的脆性断裂,采用三点弯曲试样,以裂纹尖端张开位移(CTOD)为指标,对厚度为150mm的Q345B钢板对接焊缝低温下的断裂韧性进行试验研究. 分析了焊缝金属和热影响区断裂韧性CTOD值δm随温度的变化关系,并用Boltzmann函数对断裂韧性-温度曲线进行拟合,结合试样断口的扫描电镜图分析了断裂的微观机理. 试验结果表明:焊缝金属和热影响区的CTOD值δm随温度的降低而降低,从20 ℃~-60 ℃,降幅分别达78％和91％;热影响区CTOD值δm比焊缝金属和母材均要小. 试验积累了厚板对接焊缝的断裂韧性数据,为低温地区钢结构厚板对接焊缝脆性断裂的预防提供了技术基础.     

初始损伤–载荷–冻融作用下红砂岩的孔隙结构及力学特性

中国寒区的岩体支护、边坡开挖等工程需要深刻认知、准确评估载荷和冻融诱发岩体的损伤情况,尤其是裂隙岩体的损伤。研究采用核磁共振技术测试含单裂隙红砂岩试样在初始、力学循环加载后、冻融循环后三个阶段的孔隙度、T2谱分布等微观孔隙参数,随后测试损伤后试样的力学参数,以量化、评估力学循环加载、冻融循环对试样孔隙参数及力学性质的影响。试验结果表明,荷载和冻融先后作用下不同试样的孔隙结构和力学性质有相似的变化规律。试样随着力学循环加载其孔隙度不断增大,随着冻融循环作用其孔隙度继续增大。循环载荷作用促使试样孔隙度的增大以原有孔隙扩展为主,冻融循环作用促使试样孔隙度的增大以新增小孔隙和原有孔隙扩展为主。载荷、冻融都将导致试样强度、弹性模量的损伤,单一冻融作用下红砂岩试样强度损伤在5%-10%,但载荷、冻融先后作用下试样强度损伤达到20%-30%,试样的初始强度越小其强度损伤越大。分析试样的微观孔隙和宏观力学之间的相关性,发现损伤试样的孔隙度增幅与试样的强度降幅呈正相关。     

异种镍基高温合金电子束焊接性研究

首次用双枪电子束ＴＥＢＷ焊接法对先进航空发动机、核反应堆内壁结构所使用的镍基高温合金,进行异种材料焊接对比试验;并采用小尺寸力学试验片技术,评价焊缝区（ＷＭ,ＨＡＺ,ＷＪ,ＢＭ）的力学性能;通过选择热处理条件,对比分析锻态７１８合金机械性能的变化规律、ＨＡＺ区产生“晶界液化”的不同敏感性及相关因素。     

基于数字图像相关法的A7N01-T4铝合金焊接接头循环变形行为实验研究

为研究A7N01铝合金MIG焊焊接接头单轴拉伸性能和循环变形特征,采用数字图像相关方法(DIC)分析A7N01铝合金焊接接头在单调拉伸和循环加载下的应变场分布,结合焊接接头显微硬度获取焊接接头整体、焊缝、热影响区和母材的平均应力-应变曲线。实验结果表明:焊接接头母材在单调拉伸和循环变形中一直处于弹性变形,焊接接头整体的塑性变形由焊缝和热影响区主导,体现出循环稳定特征和棘轮安定状态,焊接接头的棘轮应变值依赖于当前的应力水平和加载历史。     

力学不均匀性对焊接接头拉伸性能的影响研究

为了研究焊接接头力学不均一性对单向拉伸性能的影响,本文采用数字散斑相关方法（DSCM）研究了纯铝激光-电弧复合焊焊接接头在拉伸过程中的局部变形行为,获得了母材、热影响区和焊缝区的应变分布情况,发现应力43.6MPa时熔合线附近的热影响区首先进入屈服阶段,并且随着荷载的增加,总应变迅速增大,热影响区真实应变远大于名义应变,并导致最终断裂。硬度测试结果显示热影响区出现明显的退火软化现象,硬度最低,使其成为焊接接头拉伸过程中最薄弱区域。基于能量法和硬度测试结果提出了纯铝焊接接头各区域屈服强度的预测模型,预测值与实验结果吻合良好。     

Numerical simulation on interfacial creep failure of dissimilar metal welded joint between HR3C and T91 heat-resistant steel

The maximum principal stress, von Mises equivalent stress, equivalent creep strain, stress triaxiality in dissimilar metal welded joints between austenitic (HR3C) and martensitic heat-resistant steel (T91) are simulated by FEM at 873 K and under inner pressure of 42.26 MPa. The results show that the maximum principal stress and von Mises equivalent stress are quite high in the vicinity of weld/T91 interface, creep cavities are easy to form and expand in the weld/T91 interface. There are two peaks of equivalent creep strains in welded joint, and the maximum equivalent creep strain is in the place 27-32 mm away from the weld/T91 interface, and there exists creep constrain region in the vicinity of weld/T91 interface. The high stress triaxiality peak is located exactly at the weld/T91 interface. Accordingly, the weld/T91 interface is the weakest site of welded joint. Therefore, using stress triaxiality to describe creep cavity nucleation and expansion and crack development is reasonable for the dissimilar metal welded joint between austenitic and martensitic steel.     

建筑用抗震钢HRB400EⅢ级钢筋焊接接头的低周疲劳性能

采用轴向应变控制方法,在MTS809拉扭复合疲劳试验机上开展了HRB400EⅢ级钢筋母材及焊接接头的低周疲劳试验,获得了母材及焊接接头的低周疲劳性能,如循环应力响应特征、循环应力-应变关系以及寿命预测公式等.通过断口电镜扫描发现,HRB400EⅢ级钢筋焊接接头的裂纹萌生于试件表面,且存在多处裂纹源.研究结果表明,焊接接头与母材的低周疲劳寿命及微观断裂机理方面均存在明显差异,并从力学性能变化的角度对引起差异的原因进行了解释.     

GH80A镍合金电子束焊接接头旋转弯曲高周疲劳行为研究

随着镍合金电子束焊接在工业中的大量应用,尤其是在航空发动机和燃气轮机等关键长寿命服役设备中的使用,有必要对镍合金电子束焊接接头的高周疲劳属性和断裂机理进行系统的分析研究。本文利用旋转弯曲高周疲劳试验机进行疲劳试验,获得了母材和焊接接头的应力-寿命(S-N)曲线和疲劳断口,同时利用扫描电镜（Scanning Electron Microscope,SEM）对疲劳断口进行了微观特征分析,确定了母材和焊接接头在不同应力幅下的疲劳裂纹萌生区和扩展区,分析了裂纹萌生区位置与应力幅的相互关系。最后,利用有限元分析了焊接接头热影响区微裂纹位置与大小对材料疲劳性能的影响。从现有的试验和模拟结果可以得到：1)母材和电子束焊接接头应力-寿命(S-N)曲线分布趋势一致,但焊接接头疲劳强度要低于母材,在靠近107周次时,两者疲劳强度差距最小;2)在高应力幅（低周疲劳寿命阶段）母材和焊接接头的疲劳裂纹均起源于试件表面并且都是多点萌生断裂,焊接接头疲劳断口位置位于焊接熔合区或热影响区;3)在低应力幅（高周疲劳寿命阶段）疲劳裂纹在试件次表面萌生,焊接接头疲劳断口位于热影响区或焊接母材靠近热影响区处;4) 通过有限元模拟发现微裂纹的存在有利于裂纹的扩展。在拉应力作用下,横向微裂纹更优于纵向裂纹沿着应力方向进行裂纹扩展;随着微裂纹尺寸增大,微裂纹间更易于相互贯通,形成更长的裂纹,从而降低了材料的疲劳性能。综上可知,电子束焊接仅仅影响材料的疲劳强度。疲劳断裂机理和母材一致都为穿晶解理断裂,疲劳裂纹萌生区域位置也和母材一样都受应力幅的直接影响。     

Q345B母材及其焊接接头的低周疲劳行为

对Q345B及其光滑焊接接头的低周疲劳行为进行了试验研究.采用轴向对称应变控制方法,保持恒定应变速率为0.005 s-1,在0.3％～0.7％的应变范围内,在电液伺服疲劳试验机上测定了Q345B及其光滑焊接接头的低周循环应力响应特征、应变-寿命、应变-能量关系,并进行了对比分析.结果显示,Q345B母材在应变幅度低于和高于0.4％时分别呈现明显的循环软化和硬化现象,而焊接接头出现显著的硬化现象.与母材相比,焊接接头的低周转变寿命、疲劳强度和疲劳寿命明显减小.通过试验数据确定了Q345母材及其焊接接头Coflin-Manson关系的合理参数,建立了应变幅度-疲劳寿命及能量-寿命关系式.力学不均匀性引起的循环硬化趋势增加是导致焊接接头低周疲劳性能减低的主要原因.     

Q345qC钢及焊接接头低周疲劳性能与断裂机理

为了研究Q345qC钢材及焊接接头的低周疲劳性能,对母材及焊接试样在总应变为2.0%~5.0%的条件下进行低周疲劳试验.基于Coffin-Manson公式拟合两者的低周疲劳寿命预测曲线,结合单调拉伸试验结果,比较不同疲劳寿命预测模型的精度;通过断口电镜扫描分析焊接接头的裂纹萌生机理以及焊接缺陷对疲劳寿命的影响;用Miner损伤累积准则给出两者的低周疲劳损伤指标计算式.结果表明,在同一应变水平下,焊接接头疲劳寿命仅为母材的31%~50%;母材的循环响应特征为循环稳定,焊接接头为循环软化;母材及焊接接头在半寿命稳定循环状态下的耗能能力相近;考虑单调拉伸的Coffin-Manson公式,对两者低周、超低周疲劳寿命均可进行较精确的预测;焊接缺陷容易引起焊接接头萌生疲劳裂纹,使疲劳寿命显著降低.     

WFG36Z钢焊接接头低周疲劳性能与寿命的试验研究

以ＷＦＧ３６Ｚ钢为对象，进行了母材及焊接对接接头低周疲劳试验，得到了相关低周疲劳性能参数。试验表明，焊接接头循环硬化倾向与焊趾处应力集中有关，说明降低焊趾处应力集中对提高接头的疲劳强度和寿命很有意义。     

油气输送高频焊管焊接接头组织结构与性能分析

本课题应用ＴＥＭ观察和微型剪切实验技术，研究了两种常用油气输送高频焊管焊接接头和母材组织结构及机械性能的特点。试验结果表明：（１）强度在焊缝熔合区最高，热影响区次之，母材处最低；（２）母材的冲击韧性和断裂韧性高于焊缝熔合区；（３）焊接接头与母材的位错组态有很大差别，前者位错密度远高于后者。最后，本文根据高频焊接工艺特点，从理论上阐述了焊接接头高密度位错产生的原因，以及它对焊接接头机械性能的影响。