热影响区软化焊接接头应力分布特征及强度预测

细晶粒钢焊接接头热影响区晶粒粗化引起强度的局部下降，对接头承载能力的影响需要做出定量评价。有限元分析发现，在热影响区软化焊接接头的拉伸试样上，Mises等效应力分布具有确定的特征：在软化的热影响区减小，在与之相邻的焊缝区和母材区相应升高，分布规律符合指数函数规律，在热影响区与焊缝及母材的交界面上发生突变，突变的幅度与交界面两侧材料的屈服应力差值及外加载荷有一定相关性；在焊缝及母材区Mises等效应力增加量的积分等于热影响区减少量的积分。在此基础上提出了预测热影响区软化焊接接头强度的方法，其预测结果与有限元分析有很好的一致性，可用于热影响区软化焊接接头强度的预测和高匹配接头的强度设计。     

控制纯铜焊接软化的新技术——预置应力法

针对纯铜薄板焊接存在焊缝及其热影响区软化的缺点，从力学角度出发，采用预置应力的方法，对纯铜的焊接接头软化现象进行试验分析。结果表明，该方法使焊缝及其热影响区金属硬度值升高，同时，力学性能抗拉强度和伸长率明显提高，有效地防止了焊接接头软化。     

热影响区几何尺寸对铝合金焊接接头变形及强度影响规律

用有限元软件ABAQUS对平板对接铝合金焊接接头进行拉伸模拟,研究了HAZ几何尺寸对焊接接头变形及强度影响规律.结果表明,随着HAZ长度的增加,铝合金焊接接头的屈服强度和抗拉强度均逐渐降低,应力三轴度在母材与HAZ交界处和焊缝与HAZ交界处存在突变,应力三轴度最大值的位置从母材与HAZ交界处转变为焊缝与HAZ的交界处;随着接头厚度的增加,屈服强度和抗拉强度基本上是逐渐增大的,接头中的应力三轴度取决于试样的厚度、焊缝区尺寸及HAZ尺寸;随着接头宽度及标距长度的增加,屈服强度、抗拉强度和焊缝及HAZ范围内的应力三轴度基本上是逐渐增大的.当试样标距长度增加到某一值时,这三个参数将不再发生变化,为一恒值.     

Influence rule of HAZ geometrical dimension to aluminum alloy joint＇ deformation and strength

用有限元软件ABAQUS对平板对接铝合金焊接接头进行拉伸模拟,研究了HAZ几何尺寸对焊接接头变形及强度影响规律.结果表明,随着HAZ长度的增加,铝合金焊接接头的屈服强度和抗拉强度均逐渐降低,应力三轴度在母材与HAZ交界处和焊缝与HAZ交界处存在突变,应力三轴度最大值的位置从母材与HAZ交界处转变为焊缝与HAZ的交界处;随着接头厚度的增加,屈服强度和抗拉强度基本上是逐渐增大的,接头中的应力三轴度取决于试样的厚度、焊缝区尺寸及HAZ尺寸;随着接头宽度及标距长度的增加,屈服强度、抗拉强度和焊缝及HAZ范围内的应力三轴度基本上是逐渐增大的.当试样标距长度增加到某一值时,这三个参数将不再发生变化,为一恒值.     

力学性能不均匀焊接接头的强度预测

提出一种评价力学性能不均匀焊接接头强度的方法。从管线钢的低匹配焊接接头截取试样,进行硬度测量和拉伸试验。根据已有的材料硬度值和强度的关系,确定其屈服应力、最大载荷处的真应力和加工硬化指数。从而利用焊接接头的硬度分布,得到其对应各区域的局部材料性能。建立焊接接头的有限元模型,将焊缝和热影响区分割成小区,输入对应的材料性能参数,这样使有限元模型中能较准确反映焊接接头的力学不均匀性;进行有限元计算,得到相应焊接接头的试样的屈服强度和抗拉强度。与对应拉伸试验结果比较表明,这种预测焊接接头强度方法的精确度为±40 MPa。     

镀锌钢板的激光焊接工艺与接头力学性能研究

对DP780镀锌钢板进行激光对接焊接,研究了其焊接工艺参数变化对接头力学性能的影响。结果表明,激光功率越大或焊接速率越小时,热输入量越大,焊缝深度和宽度越大。焊缝和热影响区显微硬度高于母材,达到450~475HV。随着激光功率或焊接速率的增大,接头抗拉强度、屈服强度和伸长率先增大后减小。激光功率为1.4 kW、焊接速率为0.9 m/min时,抗拉强度为933.5 MPa,屈服强度为671.5 MPa,伸长率为13.1%。     

X80钢管道焊接致氢富集及热处理数值模拟

为了探究焊后热处理对焊接残余应力及氢扩散的影响，采用Abaqus软件建立含六层环焊缝的X80钢管道模型，进行温度场、应力场和氢扩散耦合分析。结果表明，焊接产生的残余应力主要集中在焊缝区和热影响区，Mises等效应力峰值为580 MPa,已接近管材的屈服强度。管道材料内氢浓度沿着径向和轴向分布不同，但均与静水应力的分布规律相似。输氢管道焊后热处理的效果明显，可显著降低焊接残余应力、静水应力，从而降低氢富集浓度，减少焊缝处可能的氢脆现象发生。     

高强耐磨钢轨压焊接头软化区研究

钢轨焊接接头经过热循环后形成热影响区,该区域内存在不完全相变重结晶区域,导致其硬度下降,出现软化,而软化严重的接头在上道服役后会产生马鞍形磨损,导致线路不平顺.通过试验研究了不同冷却条件下高强耐磨钢轨气压焊接头软化区硬度的变化规律.结果表明:冷却过程采用喷风、喷雾等方式提高冷却速度,对缩小接头软化区宽度有显著作用.高强耐磨钢轨气压焊接头软化区最软点硬度随母材强度升高而升高,但钢轨强度级别越高,接头最软点与母体硬度的比值越低.1280 MPa级及以上强度级别的钢轨,很难稳定达到压焊接头软化区硬度标准要求(HJ1/HP≥0.8),建议修改或降低指标要求.     

焊接热输入对纯铜焊缝组织及其力学性能的影响

在纯铜(T2)钨极氩弧自动焊(TIG)条件下,研究了不同焊接热输入对焊缝成形、焊缝显微组织及力学性能的影响。结果表明:焊接热输入过大,焊缝正面出现咬边,焊缝反面过宽、余高过高,而焊接热输入过小焊缝未焊透,轧制时易出现根部裂纹;随着焊接热输入的增大,焊缝区以及热影响区晶粒尺寸都增大,接头塑性降低;焊后未轧制时,焊接热输入越大,接头强度越低,而轧制后,焊缝的抗拉强度没有明显的变化,焊接热输入小时的屈服强度明显高于焊接热输入大时的屈服强度,并且接头断裂均发生在焊缝熔合线区,说明熔合线区是整个焊接接头最为薄弱的环节。     

6N01S-T5铝合金高速激光-MIG复合焊接工艺

针对高速列车侧墙6N01S-T5铝合金熔化焊时存在焊接变形大,接头软化严重等问题,提高激光-MIG复合焊的焊接速度降低热输入,并通过显微硬度、拉伸试验测试,结合金相及扫描电镜下的EDS分析,对比了高、低焊接速度两种工艺下接头力学性能及微观组织的差异;采用三坐标测量仪和X射线残余应力测试仪对试样焊接变形和残余应力进行测试分析.结果表明,当焊接速度达到4.8 m/min时焊缝仍能保证较好的成形;相比于0.6 m/min低速焊接,焊接效率大幅度提高,焊缝金属填充量减少68%,接头软化区宽度减小约60%;试件焊后变形及高应力分布区域变窄;焊缝组织细密,接头平均抗拉强度为207 MPa,达到母材强度的71%.     

焊缝强度匹配对铝合金焊接接头三向应力度分布的影响

用有限元软件ABAQUS对不同焊缝强度匹配的6063铝合金焊接接头进行拉伸模拟,研究了焊缝强度匹配对焊接接头中三向应力度分布的影响.同时,在每种强度匹配条件下,研究了HAZ宽度对焊接接头中三向应力度分布的影响.结果表明,与母材相比,不同焊缝强度匹配的焊接接头中应力状态较为复杂,三向应力度在母材与HAZ交界处和焊缝与HAZ交界处存在突变;高强匹配接头中三向应力度最大值最高,低强匹配接头中三向应力度最大值最小;等强匹配条件下,随着HAZ宽度的增大,三向应力度最大值的位置从母材与HAZ交界处转变为焊缝与HAZ的交界处;高强匹配条件下,三向应力度的最大值都出现在焊缝与HAZ的交界处,随着HAZ宽度增大,三向应力度的最大值逐渐减小;低强匹配条件下,三向应力度的最大值都出现在母材与HAZ的交界处,随着HAZ宽度增大,三向应力度的最大值逐渐减小.     

焊接接头热影响区裂纹启裂行为的探讨

针对结构完整性评定中焊接接头难以评估问题，文中通过非匹配焊接接头“三材料”结构模型，建立热影响区中心裂纹启裂临界应力的失效评定图预测方法. 基于有限元ABAQUS软件分析，研究焊接接头热影响区裂纹启裂. 结果表明，高匹配焊缝促进热影响区裂纹启裂，软化的热影响区促进热影响区裂纹启裂，低匹配焊接接头，热影响区软化时，增加热影响区宽度促进热影响区裂纹启裂；热影响区硬化时，减小热影响区宽度促进热影响区裂纹启裂. 高匹配焊接接头，热影响区无论软化、硬化，增加热影响区宽度均促进热影响区裂纹启裂.     

低活化铁素体–马氏体钢搅拌摩擦焊接头组织和性能分析

文中对9% Cr低活化铁素体-马氏体钢搅拌摩擦焊接头的组织和性能进行了分析.结果表明,搅拌摩擦焊接头不同区域微观组织存在明显的差异.搅拌区内奥氏体的动态再结晶引起晶粒细化和马氏体转变,并且晶界M₂₃C₆相溶解,晶内M₃C相析出;热力影响区组织变化与搅拌区相似,但晶粒尺寸明显大于母材;热影响区和母材区均表现回火组织特征.搅拌区硬度显著提高,分布均匀;热力影响区硬度值变化较大;热影响区发生软化,其硬度值在接头区域最低.随着拉伸测试温度的增加,搅拌区的屈服强度单调降低,抗拉强度先增大后减小,而断后伸长率先减小后增大.     

环焊接头强度对高应变海洋管道轴向承载能力的影响

基于应变设计的油气输送管道,环焊接头的强度对管道轴向变形能力起着至关重要的作用。以OD559×31.8 mm L485高应变海洋管道环缝为研究对象,采用有限元方法和数字图像相关法(DIC)拉伸试验及宽板拉伸试验,研究了GMAW环焊接头不同区域的强度变化对管道轴向承载能力的影响。结果表明,随焊缝金属强度的升高,管道轴向极限载荷和轴向平均应变增大,失效位置由焊缝向热影响区和母材转移;根焊金属占比小,热影响区很窄,高强匹配时根焊金属和热影响区强度对管道轴向极限载荷和轴向平均应变影响较小;在轴向载荷下,低强匹配环焊接头的母材、热影响区和焊缝的轴向应力和轴向应变分布极不均匀。受母材的拘束作用和焊缝金属自身的形变强化,低强匹配焊接接头的抗拉强度高于全焊缝金属,但变形和屈服主要集中在焊缝区域,容易导致管道环焊缝断裂失效。     

6063铝合金TIG焊接头的变形行为及等效模型

用有限元软件ABAQUS对平板对接6063铝合金TIG焊接头进行拉伸模拟,研究了HAZ宽度及板厚对焊接接头变形的影响规律,进而建立TIG焊接头有限元等效模型,并用带焊缝的6063铝合金薄壁方管的压缩模拟来验证等效模型的精确性.结果表明,与母材相比,力学性能不均匀的焊接接头中应力状态较为复杂,三向应力度在母材与HAZ交界处和焊缝与HAZ交界处存在突变,三向应力度最大值的位置从母材与HAZ交界处转变为焊缝与HAZ的交界处;力学性能不均匀的焊接接头中的三向应力度不仅取决于试样的厚度,还取决于接头的几何尺寸;铝合金TIG焊接头有限元等效模型宽度为20 mm;带焊缝铝合金薄壁方管的精细模型和等效模型的载荷-位移曲线吻合较好.     

JFE980S高强钢焊接接头软化分析

研究了激光-MAG复合热源和常规MAG两种焊接方法在焊接JFE980S低合金调质高强钢时的接头软化问题.通过对接头强度、硬度和组织的测试分析,探讨了低合金调质高强钢焊接接头的软化规律及机制.结果表明,焊后JFE980S高强钢常规MAG焊接头发生了明显软化,而激光-MAG复合热源焊接接头软化不明显;激光-MAG复合热源焊接接头的软化区域宽度和软化程度明显小于常规MAG焊接头;接头的软化主要发生在焊接热影响区的过回火区域和不完全正火区域,该区域中出现沿晶界呈块状或颗粒状分布的组织是造成接头软化的主要原因.     

Study on the strength and failure modes of laser welded galvanized DP980 steel lap joints

The mechanical properties of different sections of the laser welded galvanized high strength dual phase (DP) 980 steel lap joint such as the hardened zone (fusion zone and the grain coarsened heat affected zone (HAZ)), the softened zone (subcritical HAZ), and the base material were determined through mini-tensile tests. The numerically-predicted load–displacement curve and the sample rotation angle were verified by experimental measurements. The FE model considering the non-homogeneous mechanical properties was built based on the weld cross section geometries that were obtained under various laser welding conditions. The numerically-predicted von Mises equivalent strain concentrations and failure modes of the galvanized DP980 lap joints with respect to different laser welding conditions exhibit reasonable agreement with the experimental results.     

高铌X80管道不同强度匹配环焊接头性能及应变演化

为探究管道环焊缝断裂失效机理,测试了两种不同强度匹配的高铌X80环焊缝接头的组织和性能,并借助数字图像相关法(digital image correlation,DIC)观测了焊接接头在拉伸载荷下的应变行为.结果表明,低强匹配和高强匹配的高铌X80管道环焊接头均具有较好的冲击韧性,二者的夏比冲击吸收能量平均值相当,热影...