不同疲劳评估方法对角变形接头寿命预测适用性对比

疲劳失效是海洋工程焊接结构主要失效形式之一。文中以存在5°角变形的海洋工程结构用钢对接接头为研究对象,开展了应力比为0.5的抗拉疲劳测试,并结合IIW,BS 7608等标准数据曲线,对比分析了名义应力法、结构应力法、缺口应力法及应变能密度法对存在角变形焊接接头疲劳性能评定的适用性。研究结果表明,对于存在角变形接头疲劳寿命评估,名义应力法和结构应力法具有较好的适用性;缺口应力法、应变能密度法疲劳评估结果相对较保守。     

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.     

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。     

小型贯流式锅炉焊接部位疲劳寿命有限元分析

锅炉集箱焊接部位的疲劳寿命是影响其整体使用寿命的主要因素之一,而疲劳失效是集箱部位较为常见的失效形式。为了探究焊接影响因素对小型贯流式锅炉焊接部位疲劳寿命的影响,基于ANSYS-Workbench对27组试验组合进行了疲劳寿命分析,结果表明,焊缝布置位置、焊脚尺寸和焊趾过渡圆弧半径3个因素对T形焊接接头疲劳寿命的影响显著,影响的主次顺序为焊趾过渡圆弧半径、焊脚尺寸和焊缝布置位置,且在一定范围内三影响因素与T形焊接接头的疲劳寿命满足一定的函数关系式。结合工程实际,为使焊接部位获得较好的疲劳寿命,最佳的焊接组合建议采用焊缝布置于集箱内侧,焊脚尺寸取10.5 mm,焊趾过渡圆弧半径取2.5 mm的焊接工艺。     

交变载荷作用下平面应力状态焊接接头焊趾处应力应变理论解的推导

基于弹塑性力学理论计算对接接头交变载荷作用下焊趾处应力和应变,以准确预测交变载荷作用下平面应力状态对接接头焊趾处的应力和应变值为目标,考察了不同加载情况下平面应力状态对接接头焊趾处应力和应变的理论计算方法,并给出了交变载荷作用下平面应力状态对接接头焊趾处应力和应变的理论解.结果表明,在材料参数、载荷大小以及焊趾应力集中系数已知的前提下,根据提出的理论解的计算式可获得相应载荷时接头焊趾处的应力应变,为焊接接头在交变载荷下的疲劳失效预测提供理论指导.     

焊趾处理工艺对10Ni5CrMoV钢低周疲劳性能的影响

对原始焊态、焊趾氩弧熔修、焊趾打磨和焊趾针击处理的10Ni5CrMoV钢堆焊试板分别进行了四点弯曲低周疲劳试验、焊接残余应力测量和焊趾应力集中系数计算.结果表明,焊趾氩弧熔修对低周疲劳性能改善作用明显,疲劳寿命提高幅度平均达98%;焊趾打磨对低周疲劳性能无明显改善作用;焊趾针击处理对低周疲劳性能有一定改善,但改善幅度不如焊趾氩弧熔修,其对疲劳寿命的提高幅度平均为45%.对低周疲劳寿命、残余应力和应力集中系数的综合分析结果表明,应力集中是影响焊接接头低周疲劳性能的关键因素,改善应力集中是提高焊接接头低周疲劳性能的有效途径.     

激光熔修AZ31B镁合金焊趾区材料的疲劳性能

疲劳性能是评估镁合金焊接结构寿命的重要指探.AZ31B镁合金TIG焊趾存在的微细裂纹与几何不连续,是在役焊接结构疲劳裂纹萌生的主要原因.为减轻接头的应力集中和改善其疲劳性能,采用CO2激光热源重熔AZ31B镁合金焊趾.研究发现:Mg17Al12在近熔合线的热影响区中沿晶界析出,而在焊缝中呈弥敌分布.此外,因受脆晶相的作...     

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。     

基于Battelle结构应力法的对接接头应力集中系数回归分析

以12 mm厚的S355J2W+N耐候钢板对接焊接接头为研究对象,进行不同应力水平下的疲劳试验,将试验结果与Battelle结构应力法的主S-N曲线进行对比,验证了Battelle结构应力法在预测焊接结构寿命方面的准确性;采用有限元方法,以焊缝宽度和焊缝余高为变量,探究几何尺寸变化对焊趾部位结构应力集中系数的影响规律,并通过回归分析得出该试验条件下焊趾处结构应力集中系数的经验方程;利用该方程可快速通过接头尺寸计算得出焊趾部位的结构应力,进而对接头疲劳寿命进行大致预测,可为同类对接接头疲劳试验提供参考。     

异质接头应力集中系数与坡口角度和材料差异度的关系方程

基于有限单元法针对异质对接接头设计,以提高接头疲劳承载能力以及更准确的预测异质接头疲劳失效位置为目标,考察了坡口角度和材料差异度对异质对接接头焊趾应力集中系数和焊根应力集中系数的影响,并给出了削平异质对接接头焊趾和焊根应力集中系数与坡口角度和材料差异度之间的关系方程.结果表明,随着坡口角度和材料差异度的增加,对接接头焊根应力集中系数增大,焊趾应力集中系数减小.应力集中系数关系方程与有限元结果吻合较好,相对误差在3%以内.     

非承载角焊缝十字接头疲劳性能

文中基于结构应力方法对非承载角焊缝接头的疲劳性能进行了数值分析与试验研究。首先根据不同焊脚尺寸的十字接头焊趾截面结构应力,发现焊脚尺寸越大,接头疲劳性能反而越低,疲劳试验也证明了这一现象。同时,试验数据与BS 7608标准中F级S-N曲线的对比说明了疲劳评估时进行应力修正的必要性。然后,分别利用含装配间隙和熔深的有限元模型计算接头结构应力,证明两者对接头的疲劳性能影响很小。文中还通过与承载角焊缝接头的对比,证明细节特征对接头疲劳性能的影响程度与接头受力状态直接相关。在定义焊缝缺欠质量等级时,应考虑接头在结构中的受力状态,制定合理的控制参数,从而降低结构的制造成本。     

7N01铝合金十字接头抗疲劳设计

首次针对铝合金十字接头的疲劳失效模式开展研究. 借助有限元分析与疲劳试验相结合的研究手段,首先将传统的热点应力(HSS)与研究中的等效结构应力(equilibrium equivalent traction force/EETS)的应力集中系数对比,证实了EETS分析结果的网格不敏感性. 基于此,深入分析十字接头连续板厚度、接头熔深以及加载跨距对焊趾与焊根处应力的影响,并提出有效结构应力(effective traction force)计算焊根开裂角度. 结果表明,焊趾处等效结构应力不受连续板厚度、加载跨距与熔深的影响,而在焊根处,各个因素影响不一. 疲劳试验与解析预测结果高度一致,承载十字接头焊根开裂角度并非45°. 十字接头的抗疲劳设计需综合考虑接头几何特征与焊接质量,必须满足焊趾处等效结构应力(S_s,toe)高于焊根处等效结构应力(S_s,toe).     

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。     

Fatigue behavior of welded joint spray fused by nickel-base alloy powder

Modification of spray fusing (MSF), which is a new method, was used to improve the fatigue strength of welded joints. Cruciform welded joint of Q235B steel was processed by MSF with nickel-base alloy powder of Ni60A and Ni25A. The bonding layer between coating and weld was studied by optical microscopy, scanning electron microscopy (SEM) and energy spectrum analysis. The results show that flame spray fusing can produce a coating layer with finer microstructure, lower impurities content, less air hole and higher bonding strength. Stress concentration at weld toe was significantly reduced due to smooth coating of high curvature after MSF. High cycle fatigue test results indicate that fatigue strength of welded joint spray fused by Ni60A is higher than that of welded joint spray fused by Ni25A owing to the good effect of MSF. Low cycle fatigue test results show that fatigue life of welded joint spray fused by Ni25A dose not affected by the poor effect of MSF compared with welded joint spray fused by Ni60A.     

机械整形新技术对铝合金焊接接头疲劳性能的影响

以提高焊接结构的疲劳强度为目标,通过有限元计算获得焊缝整形的最优方案,研制了相应的专用机械冲击碾压装置,采用机械冲击碾压新技术优化处理焊趾处的过渡圆弧,对整形前后的试件在低频疲劳试验机上进行疲劳寿命测试.结果表明,机械冲击整形新技术采用专用装置对焊缝及其附近区域进行冲击作用,有效减小焊缝余高,增大焊趾曲率半径.疲劳寿命测试发现,机械整形新技术通过优化焊趾几何形状降低了焊趾位置的应力集中、提高铝合金焊接接头疲劳强度,整形处理后疲劳破坏多发生于焊缝和母材的缺陷处.     

转向架用 SMA490BW 钢对接接头应力集中系数有限元分析

目的分析转向架用SMA490BW钢对接接头的应力集中系数,提高转向架焊接接头的超高周疲劳性能,保障高速列车的安全可靠运行。方法对转向架用SMA490BW钢对接接头的超高周疲劳试样进行有限元建模,应用有限元软件ABAQUS计算不同焊趾过渡圆弧半径、焊趾倾角下接头的应力集中系数,并通过Origin软件分析建立应力集中系数(Kt)与焊趾过渡圆弧半径(r)、焊趾倾角(θ)的关系。结果当r=0.2 mm,θ分别为10°,20°,30°,40°,50°,60°时,Kt分别为1.391,1.747,1.976,2.263,2.425,2.525;当θ=30°,r分别为0.2,0.5,1,1.5,2,2.5,3,4 mm时,Kt分别为1.976,1.763,1.535,1.419,1.345,1.306,1.257,1.201。结论应力集中在对接接头焊趾处较大,r和θ对Kt有显著影响。r相同时,Kt随θ的增大而增大;θ相同时,Kt随r的增大而减小。应力集中系数关系方程对于焊趾处应力集中的改善以及转向架对接接头的超声疲劳试样设计具有指导意义。     

P92钢焊缝金属高温低周疲劳行为分析

P92钢常用于锅炉高温、高压主蒸气管道等部件,其焊接接头性能的优劣直接关系到机组的安全可靠运行. 文中通过P92钢焊缝金属在630 ℃下的低周疲劳试验,研究了低周疲劳行为及其循环应力应变关系,采用塑性应变能密度对其低周疲劳进行了寿命预测,并根据断口形貌,分析了P92钢焊缝金属的断裂机理. 结果表明,P92钢焊缝金属表现出循环软化特征;其低周疲劳寿命与应变幅值满足Coffin-Manson关系;采用塑性应变能密度的方法可以很好地预测P92钢焊缝金属低周疲劳寿命. 二次裂纹密度的增加是其在高应变幅下寿命下降的主要原因.     

焊趾多裂纹的试验与仿真分析

焊接接头焊趾部位的疲劳裂纹多呈现为多裂纹形式.针对十字焊接接头,开展变幅载荷谱块下的拉伸疲劳试验,获得了表征裂纹瞬时前沿迹线的海滩条带的演变过程,验证了多裂纹的存在性,并且发现焊接接头焊趾处的多裂纹具有明显的不同步特性.采用有限元仿真技术,在焊趾部位分步插入多个半椭圆形初始裂纹,模拟了多裂纹的演变过程,获得了与试验断口一致的仿真结果.结果表明,裂纹融合导致裂纹前沿形状不断发生变化,最终有向半椭圆形状演变的趋势;焊接结构裂纹萌生和小裂纹扩展阶段在疲劳全过程中的寿命占比较大,具有不可忽略的影响.