核电汽轮机转子堆焊焊接接头的电偶腐蚀行为及有限元仿真

采用宏观电化学试验和浸泡试验研究25Cr2Ni2MoV汽轮机转子堆焊焊接接头在80 ℃,3.5% Cl?环境下的电偶腐蚀行为. 电化学试验结果表明,焊缝为腐蚀薄弱区,腐蚀电位从高到低依次为热影响区、母材、焊缝. 浸泡试验结果表明,随着母材面积的增大,焊缝平均腐蚀厚度逐渐加深. 进一步利用宏观电化学测试所获的电化学参量建立焊接接头电偶腐蚀有限元模型对比浸泡试验结果. 结果表明,有限元仿真结果能有效模拟堆焊焊接接头的电偶腐蚀行为,为实际生产提供电偶腐蚀速率预测.     

基于微观建模法的焊接接头低周疲劳寿命预测研究

提出一种微观尺度的有限元模型,模拟了焊接接头的变形和短裂纹的萌生寿命。该模型考虑了焊接接头晶粒取向的不同和焊缝不同区域力学性能的差异。塑性应变能被作为疲劳损伤参量,结合疲劳寿命的能量准则来预测疲劳裂纹的萌生寿命。通过分析钛合金电子束焊的实验数据对该模型进行了验证。结果表明,在恒幅载荷作用下,焊接接头裂纹萌生于焊缝区多个晶界交汇或者较大且轮廓有畸变的晶粒内;微裂纹主要以Ⅰ型裂纹扩展;该微观有限元模型结合疲劳寿命预测的能量法在微观尺度上能够较好地完成焊缝疲劳性能的表征和疲劳寿命的估算。     

基于电化学方法5Cr钢熔化焊接头CO2腐蚀行为

为了获得5Cr钢熔化焊焊接接头的动态腐蚀特性,采用基于电极电位的电化学方法进行5Cr钢焊接接头耐CO₂腐蚀行为的研究,建立了基于极化曲线下的腐蚀模型,研究了不同填充材料的焊接接头的耐腐蚀性. 研究发现,在温度为40 ℃,CO₂分压为10个大气压等加速腐蚀条件下,低铬焊丝的焊缝区域的自腐蚀电位最正,腐蚀速率最小,高铬焊丝的焊缝区域的自腐蚀电位较正,腐蚀速率较小,无铬焊丝的焊缝自腐蚀电位最负,腐蚀速率最大. 对比只反应腐蚀前后质量变化的失重法,电化学方法反映了腐蚀周期任一时刻的动态腐蚀速率,基于电化学腐蚀模型下的腐蚀速率与失重法测量结果相吻合. 验证了电化学腐蚀模型的正确性. 结果表明,低铬钢匹配适当的低铬焊丝可使得焊接接头具有较强的耐CO₂腐蚀性能.     

改性J422焊条电弧焊碳钢接头在亚硫酸铵溶液中的耐蚀性

针对亚硫酸铵介质中碳钢焊接接头腐蚀严重的实际,采用向普通碳钢焊条J422药皮中添加镍的方法,以三电极电化学研究方法和金相组织分析法研究了焊缝不同含镍量情况下碳钢焊接接头在亚硫酸铵溶液中的腐蚀行为.结果表明,镍元素的加入使得焊缝组织晶粒细化,针状铁素体减少;同时提高了碳钢焊接接头的自腐蚀电位;焊接接头在亚硫酸铵溶液中的极化率增大,自腐蚀电流减小;其中焊缝Ni元素含量为1.2%的焊接接头腐蚀速率最小.     

6063铝合金焊接接头及部件大变形力学行为研究

本实验重点针对一类铝镁合金6063板件研究了熔化焊接头的不均匀大变形力学行为.利用微冲压试验结合有限元反向迭代计算对焊接接头中从焊缝到母材的不均匀力学性能进行了表征,获得不同微区内材料真应力应变关系.分析了焊接接头不均匀大变形演化规律.在此基础上对该类铝合金薄壁管件的轴向压缩行为进行试验和数值计算,讨论了结构参数、载荷条件等对焊接结构变形和断裂行为的影响.建立了接头的有限元计算模型.     

碳钢焊接接头腐蚀行为分析

通过对焊接接头各区域显微组织观察以及开路电位、极化曲线和电偶腐蚀电流的测量,研究了两种热输入所得焊接接头各区域的腐蚀行为. 结果表明,热输入小的接头各区域耐蚀性由小到大依次为母材,焊缝,热影响区;热输入大的接头各区域耐蚀性由小到大依次为母材,热影响区,焊缝. 该结果与接头不同区域的显微组织相关. 两种接头总腐蚀速率相比,热输入大的接头耐蚀性较好.     

铝/钢异种金属电弧熔钎焊焊接接头的腐蚀性能

采用脉冲旁路耦合电弧MIG熔钎焊方法用4043铝合金焊丝对1060铝合金/镀锌钢异种金属进行搭接焊;350℃下对铝/钢焊接接头进行退火处理,通过面扫描对退火前后焊接接头焊缝中合金元素的分布进行对比分析,用浸泡法和电化学法对退火前后焊接接头的腐蚀行为进行研究,分析焊接接头不同区域的腐蚀行为及退火热处理对焊接接头腐蚀性能的影响。结果表明:焊接接头退火热处理后,其焊缝中的合金元素Si发生均匀化扩散,同时,富锌区界面反应层的金属间化合物Fe_2Al_5Zn_(0.4)明显变厚;腐蚀试验表明铝/钢熔钎焊焊接接头发生电偶腐蚀,其钢侧被严重腐蚀,而焊缝侧仅发生轻微的腐蚀,界面反应层金属间化合物的存在对接头的腐蚀性能是不利的;除此之外还发现焊接接头富锌区的腐蚀电位较低,最易发生腐蚀;在此基础上通过面扫描对富锌区的腐蚀行为进行进一步的分析。     

焊缝余高对焊接接头疲劳性能影响的定量分析

为了研究焊缝余高对焊接接头疲劳性能的影响,采用名义应力法对含有焊缝余高的焊接结构连接件进行了有限元分析及寿命预测.结果发现:结构的疲劳寿命受焊缝坡度影响,随着焊缝坡度的增大,接头疲劳寿命先增大后减小,呈抛物线变化趋势.焊缝余高的变化也影响着结构疲劳性能,当焊缝余高为0.4mm、焊缝坡度为65°时,焊接接头疲劳寿命最大.     

换热器管子与管板焊接接头残余应力的数值模拟

基于ANSYS平台对油浆蒸发器伸出管板角接头的焊接残余应力进行数值模拟,获得了焊接接头的残余应力分布,成功的解决了焊缝的环形行走和不同部位之间的热传导问题.有限元分析结果表明.接管环焊缝的残余应力分布具有局部性的特点,高应力危险区集中在焊缝周围的管板热影响区.本文焊接条件下管接头环焊缝最大径向焊接残余应力出现在临近焊接热影响区的焊缝根部,对导致出现应刀腐蚀开裂起主要作用.合理的预热措施使最大环向焊接残余应力降低20%左右,同时管桥表面应力也得到明显改善,这就有效降低了管板表面出现应力腐蚀开裂的风险.     

AlCoCrFeNi2.1高熵合金电子束焊接接头耐蚀性

为明确高熵合金焊接接头耐腐蚀行为,采用电子束方法对共晶双相AlCoCrFeNi_2.1高熵合金进行焊接,并运用电化学腐蚀方法研究了接头耐蚀性.结果表明,焊缝区域(FZ)自腐蚀电位相比母材(BM)提高0.16 V左右,耐蚀性增强,自腐蚀电流减小了一个数量级,腐蚀速率明显降低.焊接接头母材区域腐蚀坑呈纵深扩展趋势,而焊缝区域腐蚀坑呈横向扩展,并表现出明显的相选择性腐蚀现象.焊缝区域的晶粒细化显著,硬度升高,两相分布呈现密集的“网络”状,元素分布更加均匀,大角度晶界增加,这都增强了焊接接头的耐点蚀穿孔的能力.     

X80管线钢埋弧焊焊接接头的组织和腐蚀性能

采用H08MnMoA焊丝埋弧焊焊接X80管线钢.利用扫描电镜分析焊接接头微观组织;采用动电位极化和电化学阻抗法研究了X80管线钢其焊接接头在0.5 mol/LNaHCO3+0.02 mol/L NaCl溶液中的腐蚀行为.结果表明,在0.5 mol/L NaHCO3+0.02mol/L NaCl溶液中,由于显微组织上的差...     

3Cr低合金钢焊接接头腐蚀膜对基体的保护作用

利用扫描电镜分析3Cr低合金管线钢高频电阻焊接头微观组织,采用高温高压反应釜和电化学阻抗测试技术对焊接接头的CO₂腐蚀行为进行研究. 3Cr低合金钢高频电阻焊焊缝和母材的化学成分一致,组织均为铁素体+珠光体,且焊缝组织更加细小、均匀. 失重试验结果表明,焊接接头的腐蚀速率比母材小0.28 mm/年. 电化学阻抗测试结果表明,浸泡时间48和168 h后,焊缝表面腐蚀膜电阻均大于母材,焊缝腐蚀膜对基体的保护性均好于母材. 这是由于焊缝组织分布均匀细小,表面腐蚀膜均比母材均匀和致密. 浸泡48 h时焊缝表面为双层膜结构,母材为单层膜;浸泡168 h时焊缝和母材表面均为单层膜结构.     

STUDY ON DYNAMIC J-INTEGRAL OF MECHANICAL HETEROGENEOUS WELDED JOINT

Welded joint is a mechanical heterogeneous body, and mechanical heterogeneity has great effect on dynamic fracture behaviour of welded joints. In the present investigation, dynamic response curve and dynamic J-integral of practical undermatched welded joint and whole base and whole weld three-point-bend (TPB) models containing longitudinal crack are computed. Dynamic J-integral is evaluated using virtual crack extension (VCE) method and the computation is performed using MARC finite element code. Because of the effect of inertia,dynamic load response curve of computed model waves periodically. Dynamic J-integral evaluated by VCE method is path independent. The effect of inertia has little influence on dynamic J-integral curve. The value of dynamic J-integral of undermatched welded joint is lower than that of whole base metal and higher than that of whole weld metal. The results establish the foundation of safety evaluation for dynamic loaded welded structures.     

Numerical Investigation on Residual Stresses of the Safe-End/Nozzle Dissimilar Metal Welded Joint in CAP1400 Nuclear Power Plants

The residual stress evolution in a safe-end/nozzle dissimilar metal welded joint of CAP1400 nuclear power plants was investigated in the manufacturing process by finite element simulation. A finite element model, including cladding, buttering, post-weld heat treatment (PWHT) and dissimilar metal multi-pass welding, is developed based on SYSWELD software to investigate the evolution of residual stress in the aforementioned manufacturing process. The results reveal a large tensile axial residual stress, which exists at the weld zone on the inner surface, leads to a high sensitivity to stress corrosion cracking (SCC). PWHT process before dissimilar metal multi-pass welding process has a great influence on the magnitude and distribution of final axial residual stress. The risk of SCC on the inner surface of the pipe will increase if PWHT process is not taken into account. Therefore, such crucial thermal manufacturing process such as cladding, buttering and post-weld heat treatment, besides the multi-pass welding process, should be considered in the numerical model in order to accurately predict the distribution and the magnitude of the residual stress.     

X80管线钢焊接接头SSCC研究及数值模拟

硫化氢应力腐蚀破裂(sulfide stress corrosion cracking,SSCC)是制约管线钢应用的主要因素.针对X80管线钢焊接接头进行恒位移硫化氢应力腐蚀试验研究,分别测得母材、焊缝和热影响区的应力强度因子门槛值KISCC和裂纹扩展速率da/dt.通过对X80管线钢焊接接头的金相显微组织、断口形貌观察以及硬度测试,分析了X80管线钢SSCC性能的影响因素.并对WOL试样进行了三维弹塑性有限元分析,得到裂纹尖端应力场分布和氢浓度的分布特征.结果表明,热影响区的KISCC最小,裂纹扩展速率最大,具有较差的抗应力腐蚀开裂的能力,其应力腐蚀试验结果与有限元数值分析相互验证.     

宏观力学不均匀性对焊接接头动态J积分的影响

焊接接头是一个宏观力学不均匀体，力学不均匀性对焊接接头的动态断裂行为有重要的影响。采用MARC有限元程序，对含焊缝中心裂纹的低匹配焊接接头三点弯曲试样的动态断裂响应进行了计算模拟，并采用虚拟裂纹扩展方法计算了动态J积分断裂参量。作为比较，计算了相同条件下全母材及全焊缝三点弯曲试样的动态响应。由于惯性效应的作用，动态载荷响应曲线周期振动，焊接接头试样的动态载荷响应值介于全母材与全焊缝之间。用虚拟裂纹扩展方法计算的动态J积分与路径无关，惯性效应对动态J积分基本没有影响。低匹配焊接接头的动态J积分低于全母材而高于全焊缝。研究结果为承受动载的焊接结构安全评定奠定了基础。     

Microstructure and mechanical properties of dissimilar welds between 16Mn and 304L in underwater wet welding

Dissimilar joint between 304L austenitic stainless steel and low-alloy steel 16Mn was underwater wet welded using self-shielded nickel-based tubular wire. Microstructure, mechanical properties and corrosion behaviour of dissimilar welded joints were discussed. Ni-based weld metal was fully austenitic with well-developed columnar sub-grains. Type II boundary existed between Ni-based weld metal and ferritic base metal in underwater welds similar to that in air welds. Major alloying elements distributed non-uniformly across the austenitic weld metal/16Mn interface. Maximum hardness values in wet welding appeared in a coarse-grained heat-affected zone at the 16Mn side, which possessed very low impact toughness. Underwater Ni-based welded joints fractured at Ni-based weld metal under tensile test. Ni-based weld metal had favourable corrosion resistance similar to 304L base metal.     

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.     

Effects of strength matching and crack depth on the fracture parameters for welded joints

ＥｆｆｅｃｔｓｏｆｓｔｒｅｎｇｔｈｍａｔｃｈｉｎｇａｎｄｃｒａｃｋｄｅｐｔｈｏｎｔｈｅｆｒａｃｔｕｒｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｆｏｒｗｅｌｄｅｄｊｏｉｎｔｓＴａｎｇＷｅｉａｎｄＳｈｉＹａｏｗｕ（Ｘｉ＇ａｎＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ）Ａｂｓｔｒａ...