随焊冲击碾压整形新方法及等承载接头拉伸与疲劳性能

提出了随焊冲击碾压整形方法（weld shaping with trailing impact rolling,,WSTIR）,并研制了一套随焊冲击碾压整形装置．对随焊整形后低匹配等承载接头（equal load-carrying capacity,ELCC）进行了拉伸试验和疲劳试验．结果表明,随焊整形后接头拉伸均断裂在近焊趾的母材处,断裂应力均达到母材的抗拉强度;随焊整形后接头的疲劳寿命明显大于原始焊态接头,由于随焊整形接头焊趾处圆弧过渡降低了应力集中,进而提高了随焊整形接头的疲劳承载能力．拉伸与疲劳试验说明随焊冲击碾压整形后的平余高低匹配接头达到了等承载的要求．这种随焊整形方法将有力地推动低匹配等承载接头设计方法在工程实际的应用．     

强度失配对接接头残余应力分布的有限元预测

针对高强钢的低匹配接头应用,采用有限元计算的方法,考察了匹配比、盖面焊道加宽对对接接头残余应力分布的影响.结果表明,强度匹配的影响虽仅限于包围焊缝的小区域,但该小区域包含了疲劳破坏的所有危险区域;随匹配比增加,焊趾横向残余应力降低,纵向残余应力增加;随焊道加宽低匹配对接接头的横向残余应力和纵向残余应力仅稍有增加,但峰值位置改变,普通低匹配对接接头横向残余应力峰值位于母材区,而焊道加宽的等承载设计对接接头横向残余应力峰值位于焊趾.     

焊趾TIG重熔对转向架用P355NL1钢对接接头残余应力的影响

采用X射线衍射法对转向架用P355NL1钢对接接头的残余应力进行了测试。研究T IG重熔处理对单面焊双面成型和封底焊对接接头残余应力的影响。结果表明,TIG重熔处理对降低单面焊双面成型接头焊趾处纵向残余应力有显著影响,但会提高封底焊接头焊缝和焊趾的纵向残余应力。单面焊双面成型接头焊态横向残余应力值总体大于封底焊焊态接头横向残余应力。焊趾T IG重熔增加了单面焊双面成型对接接头焊趾区域横向压应力值,但对封底焊接头焊趾处横向残余应力没有影响。     

S355管板相切T形接头残余应力数值模拟与试验验证

管板T形接头是轨道车辆转向架构架中应用较多的接头形式之一,各类吊座等均通过该接头形式与横梁进行连接,其焊接质量直接影响着转向架的稳定性和承载能力。文中以S355低合金钢作为试验材料,利用SYSWELD有限元软件,并结合多层焊的热力耦合特征,对管板相切T形接头焊后残余应力进行了耦合计算;采用X射线衍射法对管板相切多层焊T形接头的焊后残余应力进行了测试。对比分析模拟和试验结果表明:二者结果吻合良好,为实现工艺优化设计提供了基础。对于横向残余应力,最大残余应力出现在焊趾附近,且在垂直于焊缝方向的横向应力呈现出焊缝中心受拉应力和远离焊缝的管表面一侧承受压应力;对于纵向残余应力,最大残余应力也出现在焊趾附近,并在焊缝的中心位置处出现最大值,然后沿着垂直于焊缝方向逐渐减小。     

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.     

超声冲击工艺对16MnR十字接头表面质量的影响

目的提高焊接接头的表面质量。方法采用超声冲击方法对16Mn R十字接头焊趾处进行冲击处理,对原始焊态及不同冲击工艺参数下的焊趾表面质量进行了对比测试及比较分析。结果冲击后,焊接接头焊趾处过渡半径增大,母材与焊缝过渡趋于平缓。焊趾表面组织得到明显细化,细化层深度及细化程度随冲击工艺参数的变化而变化。冲击后焊趾处由焊态的拉应力状态转变为压应力状态,表面显微硬度大幅提高。在1.5 A/20 min冲击工艺下,焊趾处的残余压应力最大(为269.8 MPa),表面显微硬度最高(为340.5HV)。同时,经超声冲击后,表面粗糙度有增大的趋势,而且不当的冲击会使接头表层出现不同类型的缺陷,从而影响焊接接头整体的表面质量。结论接头表面质量不仅取决于冲击时间、冲击电流,还取决于单道冲击过程中冲击点与冲击点之间及多道往复冲击过程中冲击道与冲击道之间的位置及连接的紧密程度,而且并不是所有表面质量指标都与超声冲击参数正相关或线性相关。     

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.     

2195-F态铝锂合金TIG焊和FSW焊后残余应力分析

采用盲孔法和压痕法,分别对2195-F态铝锂合金手工TIG焊和FSW焊后残余应力进行测量. 结果表明,盲孔法的测量值普遍高于压痕法. 两种焊接方法,近焊缝区的纵向应力均高于横向应力;横向应力整体表现为压应力或小于50 MPa的拉应力;纵向应力在热影响区附近表现为大于焊缝的拉应力. 焊缝区附近,手工TIG焊纵向残余应力大于FSW,且纵向残余应力表现为较大的拉应力,最大值接近于接头的屈服强度;焊缝区外,手工TIG焊和FSW残余应力值相差不大,其横向残余应力基本表现为很小的拉应力或者压应力.     

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%.     

超声冲击改善MB8镁合金焊接接头超高周疲劳性能机理探究

通过超声疲劳试验探究超声冲击对MB8镁合金焊接接头超高周疲劳性能的影响。同时,从应力集中、残余应力、晶粒细化等三个因素来探究超声冲击改善MB8镁合金焊接接头超高周疲劳性能的机理。结果表明：在1.0×108寿命下,焊态试样疲劳强度为31.62MPa,冲击态试样疲劳强度为39.81MPa,冲击态试样疲劳强度相较于焊态提高了26%。这说明超声冲击可以明显提高MB8镁合金焊接接头超高周疲劳性能。焊态试样焊趾处应力集中系数Kt1=1.95,冲击态试样焊趾处应力集中系数Kt2=1.67,应力集中系数降低了14.4%,所以超声冲击可以降低焊趾处的应力集中程度。超声冲击后试样焊趾处的应力由残余拉应力转变成残余压应力。超声冲击细化焊趾表面晶粒改善MB8镁合金焊接接头的超高周疲劳性能。     

低匹配对接接头形状参数对三点弯曲应力集中系数的影响

弹性阶段以提高低匹配接头弯曲承载能力为目标,基于有限单元法针对X形坡口低匹配对接接头三点弯曲形状设计,从材料力学方法角度出发,考察了双侧余高对称时低匹配对接接头的焊缝余高、盖面焊道宽度、焊趾过渡圆弧半径等形状参数对三个危险区弯曲应力集中系数的影响.结果表明,对母材与焊缝交界处突变区与焊缝底部中心区的影响规律为焊缝余高影响最大,盖面焊道宽度影响次之,焊趾圆弧半径影响最小;对焊趾部位影响规律为盖面焊道宽度的影响较大,焊趾圆弧半径和焊缝余高影响均较小.选择合适的形状参数可以提高低匹配接头弯曲承载能力.     

弹性阶段低匹配对接接头三点弯曲余高形状设计

弹性阶段以提高低匹配接头弯曲承载能力为目标，基于材料力学方法针对i点弯曲时低匹配对接接头的余高形状设计，提出了等弯曲承载能力（EBLCC）的设计思想、判据及实现条件，并给出了三点弯曲接头余高形状设计方案，同时对理论分析结果进行了有限元验证．结果表明，理论计算余高形状为抛物线形，有限元结果与理论分析基本吻合，EBLCC设计使峰值应力从低匹配接头承载薄弱的焊缝区转移到近焊趾的母材部位，从而提高了低强焊缝的弯曲承载与抵抗弯曲变形能力．余高双侧对称圆弧型可以替代抛物线型．这种设计方法对高强钢低匹配对接接头设计及应用具有参考和指导意义．     

超声冲击对SMA490BW钢焊接接头超高周疲劳性能的影响

采用超声冲击工艺对转向架用SMA490BW钢对接接头焊趾表面进行冲击处理,研究了超声冲击对接头超高周疲劳性能的影响。借助金相显微镜、SEM和TEM研究了冲击层金相组织、冲击前后焊趾处的形貌及表层金属晶粒细化程度。运用有限元软件计算焊接接头的应力分布,采用X射线应力仪对冲击前后焊趾表层的应力进行了测量和分析。结果表明,在5×10~6循环周次下,冲击态接头和焊态接头的疲劳强度分别为206 MPa和153 MPa,经冲击处理后疲劳强度提高了34.6%。在1×10~8循环周次下,冲击态接头的疲劳强度为195 MPa,与焊态接头的141 MPa相比提高了38.3%。在240 MPa的应力水平下,焊接接头经超声冲击处理后的疲劳寿命提高了7倍。经冲击处理的焊趾部位的应力集中系数下降了19.1%,其表面的残余拉应力得到消除,并转变为有益的残余压缩应力,焊趾表层组织得到明显细化,这3个方面均对提高焊接接头疲劳性能起到了积极贡献。     

弹性状态低匹配焊接接头弯曲等承载设计准则与设计方法

弹性状态以低匹配接头能够达到与母材“弯曲等承载能力”（EBLCC）为目标，对低匹配对接接头焊缝几何形状临界条件进行了理论分析，推导了低匹配接头满足弯曲等承载条件的最低余高以及最小熔宽，并给出了弹性状态低匹配弯曲等承载接头设计准则.分析了圆弧替代抛物线曲线的可行性，给出了适用于工程应用方便的三圆相切低匹配弯曲等承载接头设计方法，并进行了弯曲试验验证.结果表明，设计的三圆相切低匹配弯曲等承载接头能够达到与母材弯曲承载能力，满足弯曲等承载要求.文中给出的设计准则与设计方法可使低匹配接头按照母材的弯曲承载能力进行设计，为弹性状态低匹配接头弯曲承载能力设计提供重要的理论依据.     

低匹配十字接头的“等承载”设计

为提高低匹配接头的静载承载能力和疲劳抗力,根据提出的“等承载”设计思想和实现条件,在确定十字接头应力集中最小化的焊缝形状方案的基础上,通过有限元计算及其结果的回归分析,建立了十字接头几何参数与焊趾、焊根应力集中系数的关系方程,进行了0.571匹配比十字接头等承载目的的接头形状参数设计. 结果表明,设计延缓了拉伸及弯曲过程中低强焊缝和焊趾应力的增长速度,低强焊缝不先于母材屈服,应变集中先位于焊趾,随后向母材转移,接头断裂模式转变为安全的全面屈服断裂. 该设计对高强度钢低匹配接头的应用具有重要意义.     

Influence of geometric parameters on stress concentration factors of undermatched butt joint with single V-groove under three-point bending load

In order to improve the bending load-carrying capacity (BLCC) of undermatched butt joint under three-point bending load, the influence of joint geometric parameters on stress concentration factors (SCF) at the weld bottom center and the weld toe of undermatched butt joint with single V-groove are studied respectively based on the finite element method in this paper. Results show that the reinforcement height and the cover pass width play decisive role in the BLCC for undermatched butt joint. BLCC of undermatched butt joint can be improved by choosing the appropriate joint geometric parameters.     

含中心裂纹低匹配对接接头形状参数对形状因子的影响

基于有限单元法针对含中心裂纹的低匹配对接接头形状设计,以最大限度提高接头的抗断能力为目标,从断裂力学角度出发,考察了含中心裂纹的低匹配对接接头的焊缝余高高度、盖面焊道宽度、焊趾过渡圆弧半径等形状参数对其形状因子的影响.结果表明,焊缝余高高度对含中心裂纹的低匹配对接接头形状因子影响最为显著,盖面焊道宽度的影响次之,焊趾过渡圆弧半径的影响最小.选择合适的形状参数可以提高含中心裂纹低匹配对接接头的抗断能力.