钛/铝异种合金脉冲激光焊接接头裂纹产生机理

目的 对0.8 mm厚的Ti6Al4V钛合金和2 mm厚的AA6060铝合金薄板进行脉冲激光焊接,分析异种轻合金激光焊接裂纹产生的机理及界面结合机理。方法 采用扫描电镜、EDS能谱以及显微硬度计等微观表征分析方法,对焊接接头的形貌特征、成分以及显微硬度进行分析,探索焊接接头处裂纹产生的原因。结果 钛/铝脉冲激光焊接性较差,接头存在严重的裂纹缺陷,裂纹多集中在焊缝与铝母材交界处以及焊缝中心区域位置,主要以热裂纹为主;接头焊缝可能存在大量的Ti-Al金属间化合物以及少量未熔的钛,其界面层主要成分推测为层状TiAl和外层锯齿状的TiAl3;接头整个焊缝区域的平均显微硬度为HV0.1420,其硬度水平远远高于焊缝两侧铝合金母材,也高出钛合金母材很多。结论 钛铝金属间化合物使钛铝焊接接头焊缝区脆性增大,另外接头焊缝区存在较大的组织应力、热应力、拉压应力、拘束应力等复杂应力,致使焊缝内存在较严重的裂纹缺陷。     

船体结构钢焊接冷裂纹研究进展

对船体结构钢焊接冷裂纹研究进展进行了综述。分析了扩散氢、淬硬组织和拉应力等因素在焊接冷裂纹形成过程中的作用,介绍了基于3个影响因素形成的焊接冷裂纹形成机理,总结了基于焊接材料改进、焊接工艺控制、母材焊接性改进、低匹配焊接等思路的船体结构钢焊接冷裂纹控制方法,并对焊接冷裂纹研究重点进行了展望。     

强动载荷下焊接钢板力学性能及本构模型研究

为研究强动载荷下船用焊接钢板的力学性能。开展了典型船用焊接钢板母材、焊缝和热影响区的准静态拉伸试验、高温拉伸试验及SHPB动态压缩试验,分析了焊接钢板材料在不同应力状态下的力学行为,基于力学性能试验结果拟合了焊接钢板母材、焊缝和热影响区材料的本构模型。结果表明:准静态条件下,与母材相比,焊缝和热影响区材料的屈服强度与抗拉强度偏大,延伸率偏小;高应变率下,热影响区材料抵抗塑性变形的能力明显强于其他两种材料,且随着应变率的增加抵抗塑性变形的能力呈增强趋势;焊接板母材、焊缝与热影响区材料均表现出应变率效应和温度效应;热影响区是焊接板抗冲击性能相对薄弱的区域。建立的Johnson-Cook模型可以描述强动载荷下焊接钢板的力学性能。     

高速列车A7N01S铝合金车体横梁失效原因分析

某型高速列车车体横梁与补强板的焊缝处出现裂纹并发生断裂.为确定失效机理,对断裂部位宏观形貌、金相组织、化学成分及断口形貌等进行分析.研究表明,横梁失效主要是由近缝区母材的液化裂纹、焊缝处的结晶裂纹、未熔合和气孔等缺陷引起的.这些缺陷主要是源于焊接线能量过大、其它焊接参数选择不当以及焊接结构设计不合理.     

船体外甲板裂纹原因分析

在用某钢厂生产的钢板焊接船的外甲板时,施焊后几个小时,在靠近焊缝处的热影响区出现了延伸至母材、并贯穿整个板厚的裂纹.为了查明裂纹产生的原因,通过现场取样,用化学分析、金相检验和力学性能测试等方法对焊接热影响区出现的裂纹进行了分析.结果表明,钢板控制轧制冷速过快导致的钢板显微组织异常、力学性能指标不合格、韧性储备低,以及焊接环境温度过低导致的焊接接头附近内应力过大是造成焊接接头出现裂纹的主要原因.根据分析结果采取对钢板进行重新热处理,改善焊接环境的办法,避免了后续焊接施工中裂纹的出现.     

高强度船体钢环形拘束焊接接头残余应力的分布

本文采用数值模拟的方法,对船体结构的某一环形拘束焊缝进行焊接残余应力的模拟计算.同时采用压痕式应力测试仪,对实际船体结构进行测试,并与模拟结果相对比验证.结果表明,模拟结果与实测结果测得的焊接残余应力分布规律基本一致,环形拘束焊缝纵向残余应力大于横向残余应力,最大焊接残余应力位于靠近热影响区的直线段焊缝近表面处.     

BT20钛合金激光焊接接头的断裂韧性研究

对BT20钛合金及其激光焊接接头的断裂韧性进行了研究.同时分析了合金及激光焊接接头的硬度分布及显微组织.断裂实验表明,除了一个焊接接头紧凑拉伸(CT)试样是脆性启裂外,其它CT试样均在裂纹延性启裂并缓慢扩展后,发生脆性失稳断裂.母材的断裂韧性明显高于焊接接头,轧制方向对母材断裂韧性的影响不明显.焊接热影响区的断裂韧性介于母材和焊缝金属之间.本研究采用的焊后热处理没有改善焊接接头的断裂韧性,还有进一步恶化的趋势.添加活性剂对焊缝金属的断裂韧性没有明显作用,但对延性裂纹扩展长度有所改善.     

焊缝匹配影响焊接残余应力的研究

采用有限元法对相同温度场的焊缝与母材强度和线膨胀系数匹配影响焊接残余和的规律进行了数值模拟,计算结果表明：等强度等匹配的焊缝区纵向残余应力水平高达母材的屈服强度,     

材料表面质量对焊接接头应力腐蚀开裂的影响

通过外观检查、化学成分分析、力学性能测试、渗透探伤及金相检验,对表面质量好与表面质量差的母材(合格母材与不合格母材)进行对比;并将选用两种母材的焊接结构件在有腐蚀介质的环境下经过2a(年)的运行试验后进行对比,结果表明:母材存在表面质量缺陷时,母材及焊接接头在有腐蚀介质的环境下,出现腐蚀现象,产生腐蚀坑;焊缝熔合线处的腐蚀坑在拉应力作用下产生裂纹,形成非过载的损伤型断口;母材不存在表面质量缺陷时,未发生腐蚀现象,未发现焊缝裂纹。     

U肋加劲板焊接残余应力数值模拟分析

通过数值模拟和实验方法对U 肋加劲板焊接残余应力进行了估算和分析,建立了三维热弹塑性有限元模型,采用生死单元法模拟焊缝填充和焊接热输入过程,实现了整个焊接过程中的动态应力和变形变化,得到了U肋加劲板的焊接温度场和应力场,分析了U 肋加劲板的焊接残余应力分布,并与残余应力测试试验结果比较.结果显示:U 肋加劲板近焊缝区残余拉应力达到材料屈服强度,母板远离焊缝区残余压应力平均值约为材料屈服强度的0.2 倍,其分布趋势与实验测试得到的残余应力分布比较接近,证明了所采用的焊接数值模拟方法的正确性.     

Experimental investigation of the hot cracking mechanism in welds on the microscopic scale

The results of the accurate experimental observations on binary Al-Si alloys are presented, which clearly demonstrate that the solidification cracking is a result of the accumulation of macroscopic tensile displacement in aβmicroscopic intergranular liquid film of segregates at the final stage of the weld metal solidification. The reconstructed mechanism of crack initiation provides a clear phenomenological interrelation between the cracking susceptibility, parameters of the welding process and properties of the base and filler material. The correspondent numerical model takes into account the effects of displacement accumulation as well as the influence of thermo-dynamical and thermo-mechanical properties of the welded material. It is successfully applied for development of technological means for elimination of the solidification cracking during welding of aluminium alloys AA6056, such as a multi-beam welding.     

结构钢焊接匹配性研究进展

对结构钢焊接的高强匹配和低强匹配两种技术路线的发展进行了综述。在焊缝金属具有足够韧性的情况下,高强匹配能利用焊缝金属的高强度降低位于焊缝中裂纹的扩展驱动力、从而有利于焊接接头抗断性能的提高;随着结构钢强度的提高,焊接冷裂纹敏感性增大、焊缝韧性降低,采用焊接裂纹敏感性相对较低、焊缝金属塑韧性相对较高的低强匹配焊接技术能较好的控制焊接冷裂纹的产生并保证接头的抗断性能。     

Effect of welding processes on fatigue crack growth behaviour of AISI 409M ferritic stainless steel joints fabricated using duplex stainless steel fillers

The present investigation aims to study the effect of welding processes such as shielded metal arc welding (SMAW), gas metal arc welding (GMAW) and gas tungsten arc welding (GTAW) on fatigue crack growth behaviour of the ferritic stainless steel (FSS) conforming to AISI 409M grade. Rolled plates of 4 mm thickness were used as the base material and AISI 2209 grade duplex stainless steel (DSS) was used as filler metal, for preparing single pass butt welded joints. Centre cracked tensile (CCT) specimens were used to evaluate the fatigue crack growth behaviour. From this investigation, it is found that the GTAW joints showed superior fatigue crack growth resistance compared with SMAW and GMAW joints. The reasons for the superior performance were discussed in detail.     

客运专线铁路道岔台板焊缝开裂分析

针对时速250 km/h客运专线铁路道岔台板组焊后焊缝发生的开裂,对焊缝外观质量及显微组织、裂纹形貌和相关焊接件的理化性能进行了分析。结果表明:台板焊缝开裂位置厚度较小,当焊缝过大和焊接温度过高时极易形成结晶裂纹。在满足技术设计要求的前提下,减小台板焊缝尺寸,可避免焊接时台板焊缝发生开裂。     

给水管座开裂原因分析

锅炉锅筒的给水管座与锅筒在焊接和消除应力热处理后经探伤检查发现沿焊缝有环向裂纹,并扩展至给水管座的内壁形成纵向裂纹。采用化学成分分析、宏观和微观检验以及力学性能分析等方法对给水管座的裂纹产生原因进行了分析。结果表明：由于焊接工艺规范控制不当,未及时进行消氢处理,焊件的碳当量提高具有明显的淬硬倾向,焊接结构和较大的焊件厚度引起拘束应力等综合作用产生了延迟裂纹。     

Liquid metal embrittlement during resistance spot welding of Zn-coated high-strength steels

Liquid Zn-assisted embrittlement during resistance spot welding of Zn-coated high strength steels induces risks of surface cracking. This paper presents a state-of-the-art review on the surface crack evolution due to liquid metal embrittlement during spot welding. Several aspects of cracking have been discussed such as macroscopic and microscopic features of liquid Zn-assisted cracks, prevalent crack locations in spot welds, sensitivity to welding conditions, and susceptibility of different types of steels and Zn-based coatings. Subsequently, the influence of governing factors like temperature, stress, microstructure, and nature of coating are presented by correlating thermo-mechanical studies with actual spot welding investigations on Zn-coated steels. Finally, the possible mechanisms of embrittlement are discussed and suitable methods to suppress surface crack formation during spot welding are suggested.

This is the winning review of the 2018 Materials Literature Review Prize of the Institute of Materials, Minerals and Mining, run by the Editorial Board of MST. Sponsorship of the prize by TWI Ltd is gratefully acknowledged.     

组合焊缝对中碳合金钢焊接裂纹的影响

采用Ｙ形坡口裂纹试验和显微分析方法，研究了三种不同的组织焊缝对中碳合金钢焊接裂纹的影响，结果表明，底层焊道熔俣区裂纹为氢致延迟裂纹；底层焊条的合金系统对该裂纹的生成有一定的影响，底层焊道熔合区的马氏体和氢的富集以及大的拘束应力，是裂纹生成的必要和充分条件；提出了防止裂纹产生的用工艺。     

安全阀配对法兰焊口裂纹产生原因分析

某集气装置原料气放空安全阀配对法兰焊口处出现裂纹,通过宏观以及微观检验、化学成分分析、力学性能测试等方法对裂纹产生的原因进行了分析。结果表明：该裂纹为硫化物应力腐蚀开裂所致,焊接工艺不当或焊后冷却速度过快导致焊接接头区域出现硫化物应力腐蚀开裂敏感性组织是该焊口产生裂纹的主要原因。     

发动机热端部件电子束焊修复接头的高温疲劳裂纹扩展行为

研究了力学不均匀性对电子束焊接修复接头疲劳裂纹扩展行为的影响规律，结果表明，由于力学不均匀性的影响，位于修复法接头焊缝和热潮影响区的疲劳裂纹垧母材偏转扩展，力学不均匀性与裂纹偏转导致裂纹扩展的驱动力下降，使得焊接区的表现疲劳裂纹扩展速率低于母材。     

30CrMnSi钢CO2焊接冶金缺陷形成机制研究

目的 解决30CrMnSi钢焊接性差,用CO2气体保护焊接时易产生裂纹、气孔等缺陷的问题。方法 通过刚性拘束焊接裂纹试验模拟某型飞机后边条盒段在实际焊接过程中母材所受到的拘束,针对焊接裂纹类型及形态,确定焊接裂纹的形成机制。同时,对焊缝中的气孔进行了分析。结果 接头中容易产生冷裂纹,在高应力条件下,应力集中发生在微裂纹尖端,最终在氢的影响下开裂。结论 采用能量密度比较集中的TIG焊替代原来采用的CO2气体保护焊有利于减少或消除气孔缺陷。可以通过优化结构设计和焊接次序,降低应力集中,来减轻焊接热作用对裂纹敏感性的影响。同时,避免在拐角处或焊接可达性差的位置施焊,可以降低气孔率。