TC11/TC17线性摩擦焊接头疲劳性能及断口分析

针对TC11/TC17线性摩擦焊接头及母材进行了高周疲劳性能测试。结果表明,接头的高周疲劳强度与TC11母材相当,断裂发生在TC11母材一侧。通过对断口形貌进行分析,发现疲劳断口分为明显的3个区域:裂纹萌生区、裂纹扩展区、最终断裂区,且疲劳断口裂纹萌生于试件近表面处。裂纹扩展区较平整,在整个断口中占了较大的比例;裂纹扩展的初始阶段可观察到二次裂纹和由塑性变形引起的撕裂棱存在,裂纹扩展区后期阶段断口形貌以塑性撕裂为主。最终断裂区与裂纹扩展区不在一个平面上,TC11/TC17线性摩擦焊接头的疲劳断口为沿晶断口和撕裂棱的混合断口。     

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.     

多次补焊对6061-T6铝合金T型接头疲劳性能的影响

对多次补焊下的高速列车用6061-T6铝合金T型接头进行三点弯曲疲劳性能试验,并对疲劳断口做了扫描观察与分析。结果表明:焊接接头指定寿命为1×107次的中值疲劳极限强度随着补焊次数的增加而下降,且补焊次数越多下降幅度越大。疲劳试验中的断裂试件均在焊趾处启裂,裂纹往母材方向延伸,其断口全貌呈纤维状;启裂区和扩展区疲劳纹清晰且较为粗大,但启裂源并不明显;终断区为浅韧窝型韧性断口。     

高温条件下NiCrMoV转子钢焊接接头的高周疲劳性能研究

通过应力比R=-1的拉压高周疲劳实验,研究了在370℃条件下汽轮机转子模拟件焊接接头的高周疲劳裂纹的萌生和扩展过程.通过扫描电子显微镜(SEM)和能谱(EDS)分析了疲劳断口的形貌特征和微区成分.研究结果表明:对于30Cr2Ni4MoV转子钢焊接接头而言,夹杂物主要成分为氧化物(Al2O3、CaO、MgO和SiO2等),疲劳裂纹往往萌生于夹杂物和气孔等内部缺陷.采用有效投影面积模型计算出母材和焊缝区域组织对应的临界缺陷尺寸,建立了夹杂物尺寸和疲劳裂纹萌生区域之间的关系.基于该研究结果,采取适当措施减少其内部的缺陷尺寸,并优化其形态和分布,以提高转子钢材料的抗疲劳性能.     

哈氏合金薄板激光填丝焊接接头高周疲劳性能

为了评价激光薄板填丝焊接接头的高周疲劳性能,利用升降试验法评价了指定2×10~6周次寿命的0.7 mm厚激光填丝焊接接头样件高周疲劳强度,借助扫描电子显微镜分析了断口及断裂位置。结果显示,激光填丝焊接接头的高周疲劳强度为396.6 MPa,断口形貌显示近无夹杂物,裂纹源区呈解理特征,裂纹主要为沿晶扩展,在裂纹扩展区呈现典型的疲劳条纹特征,且条纹间距随裂纹扩展长度的延长而加宽,瞬断区主要呈现与拉伸断口一致的韧窝形貌。观察断口截貌可知,裂纹主要在焊缝上表面焊趾附近萌生,并沿板厚方向扩展,在沿焊接方向扩展过程中会跨越熔合线,在焊缝区内和相邻母材区内扩展。     

9Cr与CrMoV异种焊接接头疲劳裂纹扩展门槛值研究

裂纹扩展抗力是材料的内在属性,Paris的重要贡献是将ΔK引入疲劳裂纹扩展的研究,表明疲劳裂纹扩散的控制参数是应力强度因子ΔK。本试验异种焊接接头采用钨极氩弧焊(TIG)进行打底焊接,而后采用埋弧自动焊进行多层多道焊接,焊后进行相应的回火处理,之后随炉自然冷却。实验材料为9Cr钢母材、Cr Mo V母材和两侧的热影响区及焊缝区。按照降K法进行测试,应力比分别设定为0.5、0.7、0.9,在近门槛值区域进行多次测量,通过线性回归法拟合出直线方程,由此计算出疲劳扩展门槛值,可反映该焊接条件下9Cr与Cr Mo V异种材料接头的疲劳裂纹扩展行为。     

6005A铝合金自动MIG焊接头疲劳性能的研究

采用自动MIG焊焊接6005A-T6铝合金。使用高频疲劳试验机对焊接接头的疲劳性能进行测试,绘制了S-N曲线,测定其疲劳极限,并对接头的疲劳断口和显微组织进行了分析,研究疲劳断裂的原因。结果表明:6005A铝合金接头的高周疲劳极限应力为105 MPa,S-N曲线拟合公式为σ_(max)=16167N_f~(-0.383);高应力状态的疲劳断口与静态拉伸断口相似,疲劳裂纹萌发区存在缺陷,在疲劳裂纹扩展区未发现呈放射性的扩展辉纹;低应力状态的断口疲劳也萌发于缺陷处,但存在大量扩展辉纹。焊缝组织较为均匀,但是热影响区的粗晶区和焊缝区晶界聚集的第二相对疲劳性能不利。     

中碳高强度弹簧钢NHS1超高周疲劳破坏行为

测试了中碳高强度弹簧钢NHS1的超高周(109 cyc)疲劳破坏行为,并利用FESEM对疲劳断口进行了观察.NHS1钢的S-N曲线呈台阶型,在109 cyc内疲劳极限消失.疲劳断口分析表明,在高应力幅区,实验钢的疲劳破坏主要起源于基体表面;而在低应力幅长寿命区,疲劳破坏主要起裂于试样内部的夹杂物,形成"鱼眼"型断裂.在夹杂物周围存在一个粗糙的粒状亮区(GBF).GBF区边界的应力场强度因子为3.6 MPa·m1/2,与疲劳寿命无关,该值与疲劳裂纹扩展的门槛值相等;"鱼眼"边界的应力场强度因子同样与疲劳寿命无关,约为10.6 MPa·m1/2.     

深窄间隙焊接接头疲劳性能试验研究

通过高周疲劳试验,测定了大厚壁NiCrMoV钢深窄间隙埋弧焊焊接接头的S-N特征曲线.疲劳试验发现,疲劳试样断裂位置多发生在焊缝处,并对疲劳断口进行了SEM分析.发现疲劳裂纹源出现在材料内部,焊缝的裂纹源多萌生于焊接缺陷处,非金属夹杂是造成母材疲劳裂纹形核的原因.试验得出了该焊接接头的条件疲劳强度(N=5×107)为405 MPa,从而为结构设计工作人员提供了技术依据;严格控制焊接缺陷可改善整个接头的疲劳性能.     

高速列车用A6N01-T5铝合金激光-MIG复合焊接头疲劳性能研究

采用显微硬度和拉伸性能测试对比了激光-单丝脉冲MIG复合焊和MIG焊接的4 mm厚A6N01-T5铝合金板接头的力学性能。通过高周疲劳测试、疲劳裂纹扩展速率试验以及疲劳断口分析,探讨了激光-MIG复合焊接头的疲劳性能和断裂行为。结果表明,与母材相比,复合焊接头和MIG焊接头焊后均发生强度损失现象,且MIG焊接头的损失程度更为严重。复合焊接头疲劳寿命随应力幅的增加而减小,且同一应力幅下,寿命分布具有分散性,50%存活率下A6N01铝合金复合焊接头的疲劳强度为104 MPa,为母材(117 MPa)的88.9%。A6N01铝合金母材和复合焊接头的da/d N-ΔK曲线存在交叉现象,当ΔK18.63 MPa·m~(1/2)时,焊缝的裂纹扩展速率慢于母材,认为可以安全可靠地进行服役。复合焊接头疲劳裂纹由加工缺陷处萌生,裂纹源区呈现类解理河流花样;裂纹稳定扩展区未发现疲劳条带;瞬断区存在大小不一的韧窝和较为尖锐的撕裂棱,呈现准解理断裂和韧性断裂的混合断裂形式。     

气孔对铝合金焊接接头超长疲劳寿命的影响

采用超声疲劳试验方法对铝合金5052-H32焊接接头进行疲劳试验,研究其在超长寿命区间(107~109周次)的疲劳强度及失效机理.结果表明,相同疲劳寿命下焊接接头疲劳强度较母材下降了73.3%,在超高周疲劳区间仍然会发生疲劳破坏;断口观察发现焊接缺陷(气孔)是诱发疲劳裂纹萌生的主要原因.为揭示焊接缺陷对焊接接头疲劳裂纹萌生及扩展的影响,采用有限元技术分析了气孔对应力集中系数和裂纹尖端应力强度因子的影响.最后讨论了焊接缺陷对疲劳寿命的影响机制及裂纹扩展特性.     

7050铝合金搅拌摩擦焊接头超高周疲劳性能

采用超高周疲劳试验系统研究7050-T7451铝合金搅拌摩擦焊接头的超高周疲劳性能. 试验结果表明,焊接接头在107周次以上仍然会发生疲劳失效,S-N曲线在108周次左右出现转折点,呈折线型下降;通过SEM对超高周疲劳断口形貌进行观察发现,当应力范围较高时,试件的疲劳裂纹往往在表面萌生,随着应力范围的降低,裂纹有亚表面和内部萌生的倾向;裂纹萌生位置取决于表面起裂和内部起裂相互竞争的结果;试件的断裂位置多为焊接接头的热力影响区和热影响区,EBSD和接头硬度的分析结果表明断裂位置与接头组织不均匀密切相关.     

Fatigue crack initiation for Al-Zn-Mg alloy welded joint

To investigate fatigue crack initiation characteristics of Al-Zn-Mg alloy welded joint, notched specimens were used in fatigue test for the base metal, welding bead and heat affected zone (HAZ). The fatigue fracture surface near the fatigue crack initiation site was observed by scanning electron microscope (SEM). The results show that the differences of fatigue crack initiation life among base metal, welding bead and HAZ are not obvious. Inhomogeneity in microstructure and mechanical performance of HAZ influences the fatigue crack initiation life. The ratio of fatigue crack initiation life (Ni) to fatigue failure life (Nf) for the base metal, welding bead and HAZ of A7N01 aluminium alloy welded joint are 26.32%, 40.21% and 60.67%, respectively. Fatigue crack initiation life can be predicted using a uniform model. Observation of fatigue fracture surfaces shows that for the welding bead a fatigue crack initiates from the smooth surface due to the welding process, the blowhole in HAZ causes fatigue crack and the crushed second phase particles play an important role in fatigue crack initiation for the base metal.     

X70钢管道采用铜衬垫根焊的焊接接头疲劳性能

利用成组法,在应力比r=0.1的情况下分别对采用铜衬垫与陶瓷衬垫进行根焊的X70钢管道焊接接头进行了高频疲劳试验,并在一定的疲劳载荷及循环次数下,对比两种试样焊趾处疲劳裂纹的启裂情况. 结果表明,X70钢管道根焊采用铜衬垫焊接过程中,其背部的渗铜对构件疲劳强度基本没有影响,两种试样的S-N曲线基本一致,疲劳裂纹均起始于根焊背部焊趾处. 在相同的应力及循环条件下,焊趾处裂纹萌生情况无明显区别. 在此基础上,采用SEM方法进一步对疲劳断口进行了分析.     

Effects of the Electron Beam Welding Process on the Microstructure,Tensile, Fatigue and Fracture Properties of Nickel Alloy Nimonic 80A

The purpose of this study was to evaluate rotary bending high-cycle fatigue properties and crack growth of Nimonic 80A-based metal and electron beam-welded joints. All the tests were performed at room temperature. Fracture surfaces under high-cycle fatigue and fatigue crack growth were observed by scanning electron microscopy. Microstructure, hardness and tensile properties were also evaluated in order to understand the effects on the fatigue results obtained. It was found that the tensile properties, hardness and high-cycle fatigue properties of the welded joint are lower than the base metal. The fracture surface of the high-cycle fatigue shows that fatigue crack initiated from the surface under the high stress amplitude and from the subsurface under the low stress amplitude. The effect of the welding process on the statistical fatigue data was studied with a special focus on probabilistic life prediction and probabilistic lifetime limits. The fatigue crack growth rate versus stress intensity factor range data were obtained from the fatigue crack growth tests. From the results, it was evident that the fatigue crack growth rates of the welded are higher than the base metal. The mechanisms and fracture modes of fatigue crack growth of welded specimens were found to be related to the stress intensity factor range ΔK. In addition, the effective fatigue crack propagation thresholds and mismatch of welded joints were described and discussed.     

含焊接缺陷的30CrMnSiNi2A钢焊接件的疲劳寿命估算

本文分析了焊接缺陷对超高强度钢３０ＣｒＭｎＳｉＮｉ２Ａ焊接件疲劳寿命的影响，给出了定理评估含焊接缺陷的焊接件疲劳性能的方法，焊接缺陷可分成类裂纹型和非裂纹型两类，前者的作用与裂纹相当，含这类缺陷的焊接件寿命近似等于裂纹扩展寿命；后者的作用则类似缺口，含这类缺陷的焊接件寿命为裂纹起始与扩展寿命之和，裂纹扩展寿命可用断裂力学的方法计算，始裂寿命则可用材料的始裂寿命公式计算，但在计算中要考虑表面状态修正     

6005A铝合金激光-MIG复合焊接接头超高周疲劳性能试验研究

对18 mm 6005A铝合金厚板进行多层多道激光-MIG复合焊接,采用超声疲劳试验技术对板状焊接接头与母材的超高周疲劳性能进行试验研究。结果表明,焊接接头和母材在10~9循环周次后均会发生疲劳断裂。焊接接头的高周疲劳数据点分散性较大,母材和焊接接头的S-N曲线均呈连续下降趋势,在10~6~10~9周次范围内焊接接头的疲劳强度为母材的50%~80%。对比IIW标准疲劳曲线发现,焊接接头的疲劳性能在N=10~4循环周次下与IIW标准基本一致,在高周范围内表现优于IIW标准。经扫描电镜微观分析发现,焊接接头的裂纹通常萌生在表面气孔处,疲劳裂纹断裂形式为穿晶断裂,主要表现为准解理断裂特征。     

不同返修次数对6082-T6铝合金对接接头疲劳性能的影响

对不同返修次数的高速列车用6082-T6铝合金搅拌摩擦焊对接接头进行脉动拉伸疲劳试验,并对疲劳断口进行扫描观察与分析。结果表明,焊接接头指定寿命为1×107次的中值疲劳极限随返修次数的增加而升高。搅拌摩擦焊返修两次时焊接接头的疲劳极限强度较高,疲劳试验中的试件断裂位置主要集中在背面焊缝边缘。启裂区和扩展区疲劳纹清晰,终断区为浅韧窝型韧性断口。     

发动机燃油供油导管断裂失效分析

某型发动机连续发生两起由于与主输油圈连接的U形燃油供油导管在连接处断裂引起的空中漏油故障.对断裂导管的安装位置、结构特点及装配情况进行了检查,对同型发动机进行了开车试验,对导管断口进行了分析.结果表明,两根导管的断裂性质相同,均为起始应力较大的高周疲劳断裂,疲劳裂纹起始于U形导管内侧或外侧的焊缝部位.U形导管装配应力大是导致导管疲劳裂纹早期萌生的主要原因,高压燃油冲击和脉动引起的弯曲应力对裂纹的萌生也有一定的影响,导管焊缝处存在的焊接缺陷对裂纹的萌生具有促进作用.     

Effect of stress ratio on long life fatigue behavior of Ti-Al alloy under flexural loading

A new ultrasonic three-point bending fatigue test device was introduced to investigate fatigue life ranging up to 10^10 cycles and associated fr＇dcture behavior of Ti-Al alloy. Tests were performed at a frequency of 20 kHz with stress ratio R=0.5 and R=0.7 at ambient temperature in air. Three groups of specimens with different surface roughness were applied to investigate the effect of surface roughness on fatigue life. Furthermore, optical microscopy（OM） and scanning electron microscopy（SEM） were used for microstructure characteristic and fracture surface analysis. The S-N curves obtained show that fatigue failure occurs in the range of 10^5-10^10 cycles, and the asymptote of S-N curve inclines slightly in very high cycle regime, but is not horizontal for R=0.5. Fatigue limit appears after 10s cycles for R=0.7. Surface roughness （the maximum roughness is no more than 3 μm） has no influence on the fatigue properties in the high cycle regime. A detailed investigation on fatigue fracture surface shows that the Ti-Al alloy studied here is a binary alloy in the microstructure composed of α2-Ti3Al and γ-Ti-Al with fully lamellar microstructure. Fractography shows that fatigue failures are mostly initiated on the surface of specimens, also, in very high cycle regime, subsurface fatigue crack initiation can be found. Interlamellar fatigue crack initiation is predominant in the Ti-Al alloy with fully lamellar structure. Fatigue crack growth is mainly in transgranular mode.