舰用耐腐蚀钢相贯节点透射焊接强度数值模拟

舰船制造工业中,钢材焊接要求具有较强的耐腐蚀性,分析舰用耐腐蚀钢相贯节点透射焊接强度的数值模拟方法,指导耐腐蚀钢透射焊接工艺。传统的耐腐蚀钢相贯节点透射焊接强度数值模拟方法,采用截面配置透射焊接方法,对焊接开裂点和屈服点等特征点的数值分析不足。提出一种改进的舰用耐腐蚀钢相贯节点透射焊接强度数值模拟方法,以舰用耐腐蚀钢材料损伤模型为基础,对舰用耐腐蚀钢柱的相贯节点透射焊接强度进行模拟分布,构建舰用耐腐蚀钢刚度退化焊接应力作用下的损伤模型,进行损伤运动分析,得出定量分析结论。采用单元内部生热率模拟焊接,结合温度场数值模拟结果,进行焊接应力场数值模拟和构件损伤模型分析,设计23组单道焊模型和6组多道焊模行进行数值模拟,分析耐腐蚀钢相贯节点构建刚度退化焊接应力结构。仿真实验结果表明,采用该模型分析舰用耐腐蚀钢相贯节点透射焊接强度结果精确,提高了透射焊接强度。     

钢管相贯节点焊接残余应力与热损伤的非线性有限元分析

分析钢管相贯节点的残余应力是研究其极限承载力和疲劳寿命不能回避的问题.针对K形钢管相贯节点焊接时的热作用特点,通过对焊接过程中加热与冷却温度场的正确描述,并采用相应的热传导数学和物理模型,进行温度场和应力场的耦合计算,考虑钢材热物理、力学参数随温度变化的非线性性能,得出的残余应力分布规律与残余变形,比较理想地与节点试验的破坏模式相吻合.针对相贯节点试验中支管屈曲的破坏形式,提出了焊接热损伤的概念和机理.     

梁柱焊接接头在模拟地震循环载荷作用下的有限元分析

为了研究建筑钢结构梁柱焊接接头在地震作用下的弹塑性响应 ,提高焊接接头的抗震性能 ,采用大型有限元软件ANSYS对建筑钢结构中比较常见的H形梁柱焊接接头和“狗骨式”焊接接头在模拟地震循环载荷作用下进行了弹塑性有限元分析 ,得到了梁端加载点的载荷 -位移滞回曲线和节点焊接接头的等效应力分布。引入耗能系数作为焊接节点耗散地震能量的衡量指标 ,计算了不同形式的焊接节点在循环载荷作用下的耗能系数。分析结果表明 ,狗骨式焊接节点的抗震性能优于普通节点。     

焊趾TIG熔修对10Ni5CrMoV钢焊接节点疲劳性能的影响

对焊趾氩弧(tungsten-arc inert-gas welding,TIG)熔修与否的10Ni5CrMoV钢大角度焊接节点进行了疲劳试验,比较了相同加载条件下的疲劳寿命、载荷与位移关系及疲劳裂纹启裂位置,同时测量了焊接接头残余应力,并采用有限元计算方法对承载条件下焊接节点的应力应变场进行了分析.结果表明,焊趾TIG熔修显著提高了10Ni5CrMoV钢焊接节点的疲劳性能,在相同承载条件下使焊接节点的疲劳寿命提高了34%.其主要原因在于TIG熔修能有效改善焊趾处的几何形状、降低应力集中程度,从而降低焊趾在承载条件下的应力应变水平,使焊接接头疲劳性能得到提高.     

无缝钢轨焊接接头在冲击荷载作用下的磨损性能研究

为掌握无缝钢轨焊接接头在列车运行冲击荷载作用下的磨损规律,文中对闪光焊和铝热焊2种焊接工艺的接头,在不同冲击荷载、冲击循环次数下的磨损进行模拟试验。结果表明：母材的磨损程度最小,焊缝的磨损程度居中,热影响区的磨损程度最大,热影响区将先于焊缝进入疲劳磨损状态;磨损程度随着冲击载荷和循环次数的增加而逐渐增大,在低冲击力下,闪光焊热影响区磨损程度小于铝热焊热影响区的;在高冲击力下,闪光焊热影响区磨损程度高于铝热焊热影响区的;经历冲击磨损后,珠光体组织逐渐拉长为纤维状,接头处的Fe含量逐渐减小,C和O含量将逐渐增加;疲劳磨损和氧化磨损是造成钢轨接头冲击磨损的主要原因。     

环境腐蚀对Q345角钢疲劳性能的影响研究

目的研究Q345角钢构件的疲劳性能随腐蚀损伤发展的变化规律,为分析"腐蚀-疲劳"交替循环工况下试件疲劳性能变化情况奠定基础。方法首先通过连续疲劳振动和间隔疲劳振动两种疲劳试验,测试分析了疲劳荷载施加方式对试件疲劳性能的影响,其中,试件间隔振动分三次完成,每次振动次数为连续疲劳振动次数的1/3。然后,根据不同"浸泡-晾置"次数,给出了三种腐蚀方式,并在p H值为2的酸性溶液中对试件进行加速腐蚀损伤试验。采取"腐蚀-疲劳"交替循环加载方式对3组39根Q345角钢构件进行腐蚀疲劳试验,由试件腐蚀疲劳破坏的试验现象及测试结果,分析试件疲劳性能随腐蚀疲劳损伤的变化规律,并研究Q345角钢试件的风致振动疲劳性能因大气环境中腐蚀损伤发生及发展的退化规律。结果疲劳荷载为221.43 MPa时,三种"腐蚀-疲劳"工况下,CF1、CF2与CF3相比,试件的疲劳寿命分别退化了5.1%和2.7%。疲劳荷载为308 MPa和221.43 MPa时,单点试验结果未随腐蚀方式变化而发生明显变化,但是当疲劳荷载减小到156.22 MPa时,CF1、CF2与CF3相比,试件的疲劳寿命分别退化了6.3%和4.5%。结论腐蚀损伤试验中"浸泡-晾置"交替循环次数越多,损伤越大,试件疲劳寿命退化,反映Q345角钢构件的疲劳性能受大气环境干湿交替腐蚀损伤影响明显。同一腐蚀方式中,疲劳荷载越小,腐蚀的影响越显著,脆性破坏特征越明显。     

坡口形状对GH536焊接接头组织及力学性能的影响

为探讨不同坡口角度对GH536镍基高温合金焊接接头组织及性能的影响,研究了其焊缝中心及热影响区组织、硬度及疲劳裂纹扩展速率。结果表明:随着坡口角度的减小,焊缝尺寸变大,热影响区范围扩大,焊缝中心的组织发生改变,硬度逐渐提高;相同应力强度因子幅条件下,GH536高温合金大角度坡口焊接接头具有较高的疲劳裂纹扩展速率,但小角度坡口的焊接接头疲劳裂纹扩展速率增加相对较快;在设计GH536镍基高温合金焊接坡口时,要综合考虑焊缝开裂的难易程度及疲劳裂纹扩展速率。     

回火温度对4Cr5MoSiV1钢和8407钢热疲劳性能的影响

采用自约束热疲劳试验方法,研究对比了不同回火温度对4Cr5MoSiV1、8407钢热疲劳性能的影响。观察分析了热疲劳裂纹形貌,采用热疲劳损伤因子定量地研究了两种钢的热疲劳过程,结果表明,两种钢的热疲劳裂纹萌生发生在冷热疲劳循环次数为100-200次之间,在1600次冷热循环前,二者的热疲劳损伤程度无明显的差别,在1600次冷热循环后,8407钢的热疲劳损伤程度低于4Cr5MoSiV1钢。在较低的回火温度条件下,8407钢的热疲劳抗力稍优于4Cr5MoSiV1钢。而在高温回火时8407钢的热疲劳抗力高于4Cr5MoSiVl钢。分析了这两种钢的热疲劳机制,指出决定材料热疲劳裂纹抗力的是钢的热稳定性和钢的强度或硬度。     

2024铝合金搅拌摩擦焊接头的疲劳性能

对2024铝合金搅拌摩擦焊接头的疲劳特性进行了研究,建立了接头的S-N曲线.疲劳试验结果表明,搅拌摩擦焊接头表现出良好的疲劳性能.搅拌摩擦焊接头具有细小的等轴晶组织和狭窄的热影响区,阻碍了滑移带的形成和裂纹的扩展,从而提高了接头的疲劳性能.疲劳断口分析显示,裂纹在接头底部启裂,通过位错的塞积作用使得滑移带扩展逐渐萌生裂纹,在交变应力的作用下最终断裂.     

表面脱碳层对H13钢热疲劳性能的影响

主要研究了在自约束条件下,表面脱碳层对H13钢热疲劳性能的影响.结果显示,含脱碳层试样表面开裂严重,表层硬度急剧下降,热疲劳损伤因子大大高于半脱碳和无脱碳的试样.说明脱碳造成材料表层含碳量减少,强度降低,使热疲劳时产生的交变热应力超过材料的屈服强度,引起往复塑性变形,逐渐造成损伤累积,从而导致钢的热疲劳强度下降.     

LF2铝合金搅拌摩擦焊接头的疲劳特性

对LF2铝合金搅拌摩擦焊接头的疲劳特性进行了研究，建立了焊接头的S-N曲线。疲劳试验结果表明，搅拌摩擦焊接头表现出良好的疲劳性能，疲劳寿命N=10^6次的疲劳强度值约为59～65MPa。搅拌摩擦焊接头具有细小的等轴晶粒和狭窄的热影响区，阻碍了滑移带的形成和裂纹的扩展，从而提高了接头的疲劳性能。疲劳断口分析显示，随着驻留滑移带的扩展逐渐萌生裂纹，在交变应力作用下最终导致失效。     

不锈钢光纤激光熔透焊接头微观结构对疲劳性能的影响分析

利用光纤激光器对不锈钢实施熔透焊试验,分析不锈钢光纤激光熔透焊接头微观结构对疲劳性能的影响。通过微观结构分析方法分析不锈钢光纤激光熔透焊接头微观结构对疲劳性能、硬度、拉伸强度的影响规律。试验结果表明：母材的疲劳寿命比焊接接头的高;在室温腐蚀试验下,循环次数越大焊接接头最大应力荷载下降越明显,腐蚀时间越长,对疲劳性能影响越大;室温疲劳试验中,同等循环次数下,光纤激光熔透焊接头疲劳强度随厚度增大而提高;在瞬断区显微组织对疲劳裂纹扩展断口形貌没有太大影响,母材比焊接接头在疲劳裂纹扩展时更容易出现疲劳条带;焊缝数量可提高焊接接头疲劳性能,在焊缝数量一样时,增加2倍焊缝长度,能够提高疲劳极限,但提升幅度不大;焊缝硬度高于母材的;焊接试样的拉伸测试指标均低于母材的拉伸测试指标。     

热作模具钢热疲劳损伤程度的计算机评定

鉴于热作模具钢热疲劳损伤程度较难评定,在综合考虑了材料表面和截面上裂纹的扩展变化情况的基础上,系统地分析研究了热疲劳损伤因子,开发完成了一个相应的热疲劳裂纹图象分析系统,实现了热疲劳损伤程度定量化评定的自动化和智能化,并借助该分析系统,采用热疲劳损伤因子研究了三种试验用热作模具钢的热疲劳性能.     

7N01铝合金焊接接头盐雾腐蚀及疲劳性能研究

分别对采用ER5356焊丝和ER5087焊丝所焊接的7N01铝合金接头进行了盐雾腐蚀试验及疲劳S-N曲线测试,计算了接头在循环寿命10~7次条件下的疲劳强度。利用视频显微镜、扫描电镜等手段分析了接头表面腐蚀损伤程度、疲劳断口微观形貌等腐蚀与疲劳特征。研究结果表明:采用两种牌号焊丝所焊接头的表面腐蚀损伤程度均随着腐蚀时间的增加而增大,其中热影响区的盐雾腐蚀损伤程度高于焊缝区。与焊丝ER5356相比,采用ER5087焊丝所焊接头经盐雾腐蚀后,其焊缝金属的表面腐蚀损伤度和腐蚀坑平均深度分别增加9.4%和18.6%,但用两种焊丝所焊接头的抗疲劳性能仍都满足规定的疲劳强度要求。     

钢材焊接热影响区固态相变过程组织模拟系统

以现有焊接CCT图为基础,研究其在分析材料焊接性和不同条件下热影响区组织和性能的作用.结合AutoCAD和高级编程语言绘制电子版的焊接CCT图,并根据冷却时间计算模型,建立系统平台,对钢材在不同的焊接工艺条件下进行组织模拟和性能的预测.该系统的研制对优化焊接工艺,提高焊接接头性能具有重要的指导作用.     

高温低周疲劳损伤对FGH96合金力学性能影响的实验研究

通过设计FGH96粉末高温合金的高温低周疲劳试验和高温单轴拉伸试验,研究了不同应力水平下高温低周疲劳损伤对合金力学性能的影响,结合对断口形貌的观察和成分分析,分析了合金力学性能改变的微观机理。结果表明,受疲劳载荷作用期间位错运动的影响,合金的屈服强度、抗拉强度在损伤前期表现出上升的趋势;损伤后期,随着材料内部裂纹的不断增多及扩展,合金的弹性模量、抗拉强度不断退化。合金力学性能的变化与疲劳加载的应力水平表现出明显的相关性。断口显微组织分析表明,随着损伤程度的增加,合金高温拉伸断裂模式由韧性逐渐向脆性转变,高温氧化加速了断裂模式的转变。     

振动状态下建筑中加层钢焊接节点拟静力载荷变化分析

为探究焊接节点抗震能力和承载力，避免建筑出现脆性破坏点，提出振动状态下建筑中加层钢焊接节点拟静力载荷变化分析。首先，选择具有相同焊接方式的节点A和B,建立尺寸模型，根据建筑材料特征，验算滞回参数、残余应力分布、极限承载力等相关参数，确保选择的目标满足试验需求；其次，利用油泵、千斤顶组成的加载装置对节点区域做拟静力测试，选用ABAQUS有限元软件，确定软件模块关系，在有限元模型中，对材料属性参数赋值，选取单元种类，设置加载方式；最后，利用该模型分析节点拟静力载荷变化情况。分析结果表明，随着振动强度的增强，节点的残余应力和载荷位移随之增大，极限载荷和延性系数越小，性能越差。     

7075铝合金FSW接头腐蚀疲劳性能及断裂特征

以7075-T6铝合金搅拌摩擦焊接头为研究对象,对其显微组织结构、3.5% NaCl(质量分数)溶液腐蚀疲劳寿命和腐蚀疲劳断裂特征进行了研究,分析了7075铝合金搅拌摩擦焊接头的腐蚀疲劳性能及断裂过程.结果表明,7075-T6铝合金搅拌摩擦焊接头腐蚀疲劳S-N曲线方程为lgN=5.845-0.014S,随着应力幅增大,腐蚀疲劳寿命大幅度降低;腐蚀疲劳裂纹起源于接头的热影响区,逐渐扩展最终断裂于接头的焊核区.腐蚀疲劳断口存在多个裂纹源,且受到应力集中作用的影响,裂纹源萌生于腐蚀坑处.高应力作用加剧了试样边角部分的腐蚀损伤,导致边角比平面位置腐蚀程度更严重.裂纹扩展区出现了明显的晶间断裂和疲劳辉纹;在腐蚀介质和交变载荷的共同作用下,裂纹扩展区腐蚀程度最重,晶界处产生了阳极溶解现象并产生了“冰糖块状”和“蚁巢状”的形貌特征;瞬断区产生了大量解理台阶和二次裂纹,为脆性断裂,在第二相粒子分布区域存在孔洞形貌特征.     

新型热作模具的光纤激光焊接工艺

采用光纤激光焊接方法,对出现裂纹的AMAX新型热作模具进行焊接试验,并分析了焊接接头的显微组织、表面硬度、拉伸性能、热疲劳性能和抗高温氧化性能。结果表明,光纤激光焊接能使该新型热作模具获得较佳的焊接接头,达到全新模具的质量水平;经过光纤激光焊接后模具的表面硬度、热疲劳性能和高温抗氧化性较焊前均有相应提高。推广光纤激光焊接模具修复技术可在很大程度上延长模具的使用寿命。     

高频机械冲击处理的焊接接头疲劳强度评定

目的研究结构应力法和缺口应力法评估经高频机械冲击处理的高强度钢焊接接头疲劳强度。方法在名义应力法相关的研究基础上,采用结构应力法和缺口应力法,分析四种常见焊接接头经高频机械冲击焊后处理的疲劳测试数据,通过统计分析得出各评估应力系统下合适的特征强度FAT值。将统计结果分别与各种焊接接头的疲劳测试数据对比,分析其FAT值的适用性。结果分别在结构应力系统和缺口应力系统下导出了特征疲劳强度推荐FAT值。它们采用随材料屈服强度变化的FAT等级和m=5的S-N斜率指数,且与各种接头的疲劳数据符合较好。结论经高频机械冲击处理后,钢材的焊接接头疲劳强度对材料屈服强度有明显的统计差异,需要采用随材料屈服强度变化的FAT等级。采用文中分析得出的结果,可以在不失安全的情况下,充分利用高强度钢材经高频机械冲击焊后处理的优异特性。