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。     

X65管线钢对接接头的疲劳性能

试验表明 ,焊接结构的疲劳裂纹主要起源于接头焊趾处 ,因此合理地处理焊接接头焊趾可改善其疲劳性能。超声冲击处理是一种通过改变焊趾区几何形状、消除焊趾缺陷以及调整焊趾区残余应力场来改善焊接接头及结构疲劳强度的有效方法。利用自行研制的超声冲击装置对X6 5钢焊接对接管接头实施了处理 ,然后进行了焊态、超声冲击处理态及母材的疲劳对比试验。结果表明 ,X6 5钢焊接对接管接头焊态疲劳强度△σ(2× 10 6)为 2 19MPa ;母材的疲劳强度△σ(2× 10 6)为 338MPa;超声冲击处理后接头的疲劳强度△σ(2× 10 6)为 30 2MPa。     

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.     

超声冲击改善MB8镁合金焊接接头超高周疲劳性能的机理

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3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疲劳寿命下,焊态试样疲劳强度为31.62 MPa,冲击态试样疲劳强度为39.81 MPa,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K_(t1)=1.95,冲击态试样焊趾处应力集中系数K_(t2)=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。超声冲击细化了焊趾表面晶粒从而改善了MB8镁合金焊接接头的超高周疲劳性能。     

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。     

等离子喷涂法改善1Cr18Ni9Ti接头的疲劳性能

焊接接头焊趾处的等离子喷涂层可改善焊缝截面形状变化，降低该处的应力集中，提高焊接结构的疲劳强度。采用1Crl8Ni9Ti不锈钢十字接头焊态和喷涂处理试样分别进行疲劳对比试验，并对试验结果进行统计分析。疲劳试验结果表明，等离子喷涂后1Crl8Ni9Ti接头疲劳性能明显改善。焊态试件的疲劳强度为169.8MPa，火焰喷涂试件为186.2MPa，等离子喷涂试件为213.8MPa，与焊态试件相比，等离子喷涂试件的疲劳强度提高25.9％，火焰喷涂试件提高9.7％。等离子喷涂试件的疲劳寿命是焊态试件的1.58～9.62倍，火焰喷涂试件的疲劳寿命是焊态的1.55～1.97倍。     

等离子喷涂法改善1Cr18Ni9Ti接头的疲劳性能

焊接接头焊趾处的等离子喷涂层可改善焊缝截面形状变化,降低该处的应力集中,提高焊接结构的疲劳强度。采用1Cr18N i9Ti不锈钢十字接头焊态和喷涂处理试样分别进行疲劳对比试验,并对试验结果进行统计分析。疲劳试验结果表明,等离子喷涂后1Cr18N i9Ti接头疲劳性能明显改善。焊态试件的疲劳强度为169.8MPa,火焰喷涂试件为186.2 MPa,等离子喷涂试件为213.8 MPa,与焊态试件相比,等离子喷涂试件的疲劳强度提高25.9%,火焰喷涂试件提高9.7%。等离子喷涂试件的疲劳寿命是焊态试件的1.58~9.62倍,火焰喷涂试件的疲劳寿命是焊态的1.55~1.97倍。     

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%.     

超声冲击法改善LF21铝合金焊接接头的疲劳性能

利用自行研制的超声冲击实验装置,对提高LF21铝合金焊接接头的疲劳强度进行了研究,进行了TIG焊LF21铝合金非承载十字与T型接头的焊态及冲击处理态对比疲劳试验,结果表明：使用TIG焊获得LF21铝合金原始焊接接头的疲劳强度与其它焊接方法得到的同样接头的疲劳强度基本相当,试图采用更高强度级别的S－N曲线对其进行设计时应持慎重态度,在应力比R＝0．5时,超声冲击处理使LF21铝合金非承载十字焊接接头（拉伸载荷）的疲劳强度提高了26％,接头寿命延长了2－4倍,在应力比R＝0．1时,超声冲击处理使T型接头（三点弯曲载荷）的疲劳强度提高了37％,接头寿命延长了4－8倍,在应力比R＝－1时,超声冲击处理使T型接头（三点弯曲载荷）疲劳强度提高了44％,接头寿命延长了5－10倍。     

超声冲击对MB8镁合金对接接头疲劳性能的影响

采用HJ-Ⅲ型超声冲击设备对MB8镁合金对接接头焊趾区域进行冲击处理.利用EHF-EM200K2-070-1A电液伺服疲劳试验机对超声冲击前后的MB8镁合金对接接头进行疲劳对比试验.采用光学显微镜和高分辨率的透射电镜对超声冲击后的MB8镁合金对接接头的表层组织进行了分析.结果表明,在试验循环基数为2×106周次的条件下,超声冲击态接头的疲劳强度为52.8 MPa,比焊态试样的疲劳强度提高了37.5%,在同等应力水平下,接头的疲劳寿命提高了58～65倍.超声冲击后,焊趾处的应力集中程度降低,焊址及附近区域发生明显塑性变形,变形层厚度大约为70 μm,并在焊趾表面获得了纳米晶组织,同时把焊接残余拉应力转变为压缩应力.超声冲击可以大幅度地提高MB8镁合金焊接接头的疲劳寿命.     

焊后处理对转向架SMA490BW钢焊接接头疲劳性能的影响

本文分别对焊趾TIG熔修、焊趾TIG熔修+退火处理、焊趾TIG熔修+超声波冲击处理这3种焊后处理状态下的转向架构架材料SMA490BW钢的T形焊接接头进行四点弯曲疲劳试验,拟评估3种焊后处理方法对不同焊接方法焊接接头疲劳性能的影响。试验结果表明:焊趾TIG熔修使焊趾处形成了过渡圆滑的重熔区,降低了应力集中程度,改善了接头的疲劳性能;焊趾TIG熔修+退火处理可使熔修区及其热影响区的组织明显细化,减少残余拉应力,进而改善接头疲劳性能;焊趾TIG熔修+超声波冲击处理改善了焊趾的几何外形,降低了焊趾处的应力集中程度,将残余拉应力转变为压应力,并改善了接头区域的微观组织,显著提升了接头疲劳性能。     

斜十字接头三维焊接残余应力的数值模拟

为研究全熔透焊接十字接头残余应力空间分布特点,分析十字接头焊缝形式对焊接残余应力分布状态的影响,基于温度场和应力场间接耦合方式,对全熔透焊接十字接头残余应力开展了有限元数值模拟研究. 采用ANSYS有限元软件,选择Q345C钢材典型热力学参数,构建全熔透焊接十字接头有限元模型,分析得到焊接过程结构温度场分布. 将焊接十字接头温度场作为输入条件,基于ANSYS热–力耦合分析得到全熔透焊接斜十字接头三维残余应力场分布. 结果表明,全熔透焊接十字接头残余应力峰值主要分布在焊趾和焊根处,焊缝角度变化会对焊缝处残余应力分布带来较大影响.     

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.     

T型接头焊趾TIG重熔区残余应力的数值模拟

利用ABAQUS有限元分析软件,分别对焊态下和焊趾TIG重熔后的T型接头残余应力场进行了数值模拟,并用盲孔法对焊趾区的残余应力进行了实际测试。数值计算结果表明:T型接头焊趾区经过TIG电弧重熔处理后,虽然能够改善焊趾的形状,但该部位仍呈拉伸残余应力状态。焊址残余应力的实际测试也验证了计算结果。     

用极大似然法研究部分熔透十字接头疲劳性能

利用极大似然法测试疲劳寿命曲线,研究未熔透尺寸对十字接头疲劳强度的影响。应用有限元方法,可确定疲劳裂纹的开裂位置（焊根或焊趾）。经疲劳试验表明,极大似然法实用性及曲线拟合理性较好,而且十字焊接接头存在一个临界未熔透尺寸,低于临界值,承受轴向载荷作用的焊接接头疲劳强度不会受到影响。     

铝合金焊接接头冲击强化的性能

为了提高铝合金焊接接头的力学性能,试验分别采用超声波和调Q脉冲YAG激光对A6061-T6铝合金焊接接头焊趾附近处进行冲击强化,研究了超声波和激光冲击强化下铝合金焊接接头的性能.两种冲击强化模式下,铝合金焊接接头焊趾处近表面均发生了冲击强化效果,并产生了较大的残余压应力,超声波和激光冲击强化后产生的最大残余压应力分别为 -158 MPa和 -145 MPa左右.超声波与激光冲击强化铝合金焊接接头的疲劳寿命差别不大,均比焊态下试样的疲劳寿命提高1倍以上.两种冲击强化方法的疲劳试验样件断裂位置均发生在基体金属上,而焊趾处没有疲劳裂纹产生.     

焊趾TIG熔修对10Ni5CrMoV钢焊接接头弯曲疲劳性能的影响

采用悬臂弯曲疲劳试验方法比较了相同加载条件下焊趾TIG熔修与否的10Ni5CrMoV钢焊接接头的疲劳寿命．并对焊趾TIG熔修与否的焊接接头在加载条件下的应力应变场进行了有限元计算。结果表明TIG熔修对焊趾形状的改善作用能有效降低焊趾处的应力集中程度，明显提高10Ni5CrMoV钢焊接接头弯曲疲劳性能。     

电弧摆动对焊接接头疲劳性能的影响

利用FANUC焊接机器人,采用电弧摆动和电弧不摆动2种方式对Q345钢X形坡口对接接头进行焊接,并进行疲劳试验,通过对接头进行残余应力、应力集中分析来研究电弧摆动对焊接接头疲劳性能的影响。结果表明,电弧的横向运动对熔池起搅拌作用,与不摆动焊接相比,焊趾区过渡角减小36%,而焊趾区过渡半径增加150%;在应力比R=0.1的条件下,电弧不摆动焊接接头疲劳强度为130.6 MPa,而电弧摆动焊接接头疲劳强度为176.3 MPa,较电弧不摆动疲劳性能提升35%。     

超声冲击对SMA490BW耐候钢十字焊接接头疲劳性能的影响

采用HJ2-Ⅲ型超声冲击枪对SMA490BW耐候钢十字焊接接头焊趾表面进行超声冲击处理。利用EHF-EM200K2-070-1A疲劳试验机对SMA490BW钢焊态和超声冲击态十字接头试样进行疲劳试验,利用显微硬度计测试焊缝处的力学性能,采用高分辨透射电镜对冲击后的十字接头焊趾区域表面微观组织进行分析。结果表明:焊态、超声冲击态十字接头的条件疲劳极限(2×10~6)分别为165.96、219.28 MPa,超声冲击处理态十字接头的疲劳强度提高了32.13%。经超声冲击处理后焊趾处的显微硬度得到提高,超声冲击处理前后焊趾区的平均硬度为203、228 HV,超声冲击处理后焊趾区的硬度提高了12.3%。焊趾表层的晶粒在超声冲击处理后得到细化,大多数晶粒的尺度在250 nm左右,有少量的晶粒尺度达到纳米级别。     

转向架用SMA490BW钢焊接接头超高周疲劳性能

采用超声疲劳试验方法对SMA490BW钢焊接接头的超高周疲劳性能进行研究,通过X射线应力仪对焊接试样残余应力进行测试,采用扫描电镜对疲劳裂纹的萌生、扩展及疲劳断裂机理进行观察和分析. 结果表明,SMA490BW钢母材的疲劳性能远高于焊接接头,在1 × 108循环周次条件下,接头的疲劳强度为141 MPa,仅为母材的44.2%. 接头裂纹主要萌生于焊趾表面缺陷处,疲劳断裂机理表现为准解理断裂, 并伴有塑性变形痕迹. 焊趾处几何不连续造成的应力集中和焊缝及其附近区域一定的残余拉应力,以及接头各微区组织和性能的不均匀性,是导致焊接接头疲劳性能偏低的主要原因.