2524-T3铆接接头与搅拌摩擦焊接接头疲劳性能对比研究

通过2524-T3铝合金的搅拌摩擦焊接头疲劳性能对比试验,得到了母材、FSW对接接头、铆钉连接接头的疲劳S-N曲线。试验表明,搅拌摩擦焊的疲劳裂纹大多数起源于焊缝底部;2524-T3材料薄板的疲劳性能略好于厚板的疲劳性能;搅拌摩擦焊接头疲劳性能要明显好于铆接接头疲劳性能。拟合得到了各种不同厚度,不同应力比下的S-N曲线公式,为搅拌摩擦焊技术应用于飞机结构积累了相关数据。     

5754铝合金钨极氩弧焊和搅拌摩擦焊接头的疲劳性能及断裂机理

分别采用钨极氩弧焊(GTAW)和搅拌摩擦焊(FSW)对10mm厚5754铝合金进行双面同步焊接,对比研究了应力幅为162,135,117,108,99MPa时焊接接头的疲劳性能,并对其疲劳断裂机理进行了分析。结果表明:在指定应力幅下,5754铝合金GTAW接头的疲劳强度明显高于FSW接头的,在50%和95%存活率下,GTAW接头的疲劳强度特征值比FSW接头的分别提高了27%和30%,GTAW接头的疲劳性能优于FSW接头的;GTAW接头与FSW接头的疲劳断裂机理基本相同,疲劳裂纹均起源于接头熔合区的外表面,随着应力幅的降低,疲劳裂纹扩展区在断口中的占比增加,且同等应力幅下GTAW接头疲劳裂纹扩展区的占比高于FSW接头的;同等应力幅下GTAW接头的疲劳辉纹间距比FSW接头的小,GTAW接头的疲劳寿命长于FSW接头的。     

2524-T3铝合金搅拌摩擦焊对接接头的疲劳性能

对2524-T3铝合金母材及三种尺寸搅拌摩擦焊(FSW)对接接头的疲劳性能进行了研究,获得了各试样的S-N曲线并进行了分析。结果表明:在疲劳寿命为1×105周时,小厚度、短焊缝FSW对接接头的疲劳强度约为母材的80.8%,大厚度FSW对接接头的疲劳强度约为小厚度、短焊缝FSW对接接头的80.3%,大焊缝FSW对接接头的疲劳强度约为小厚度、短焊缝FSW对接接头的79.9%。     

5083铝合金带吻接FSW接头疲劳强度分析

针对具有吻接缺陷的5083铝合金板搅拌摩擦焊(FSW)对接接头试件,探索了吻接缺陷对搅拌摩擦焊对接接头疲劳强度的影响.使用维氏显微硬度仪测量了试件接头焊缝横截面硬度分布,测试结果显示,硬度值分布大致呈W趋势.采用MTS809疲劳测试机对试件进行疲劳测试,得到了不同吻接深度拉伸式样的名义应力-寿命关系.对疲劳断口进行SEM扫描并测量了接头吻接缺陷深度,发现疲劳裂纹均起源于吻接缺陷区域.通过有限元软件ABAQUS对不同吻接深度试件进行了应力应变分析,分别采用缺口应力法和局部应力应变法对试件进行了疲劳寿命预测.预测结果表明,缺口应力法在低周疲劳预测时效果较好.     

铝合金搅拌摩擦焊技术研究

论述了搅拌摩擦焊的焊接方法、工艺过程和基本原理；通过大量的工艺参数优化，解决了焊缝中的孔洞问题，使ＬＦ６板材搅拌摩擦焊的焊缝达到与母材等强，ＬＹ１２焊后未经热处理，连接强度接近母材的８０（。由金相分析可以看出，搅拌摩擦焊属于固相连接，焊缝晶粒细小，无气孔、夹杂、裂纹等焊接缺陷。初步应力测试发现，搅拌摩擦焊焊缝比熔焊焊缝的残余应力低。试验研究结果表明，搅拌摩擦焊焊接过程稳定可靠，焊接接头性能良好，具有广泛的应用前景。     

激光冲击强化对TC4钛合金单面修饰激光焊接接头疲劳性能的影响

对TC4钛合金单面修饰激光焊接接头进行激光冲击强化,对比强化前后焊接接头的疲劳寿命,在光学显微镜和扫描电镜下观察断口疲劳断裂特征,并从焊接接头的显微硬度、微观组织、残余应力分布等方面综合分析激光冲击强化对TC4钛合金单面修饰激光焊接接头的强化机理。试验结果表明：未强化和强化试样均在焊缝咬边处萌生疲劳裂纹,强化试样疲劳寿命是未强化试样疲劳寿命的3.77~9.15倍,强化试样焊缝咬边处马氏体细化,显微硬度提高,焊缝表面呈残余压应力分布,焊缝咬边处残余压应力达-564.37±9.85MPa。晶粒细化和高幅值残余压应力综合作用下抑制了焊缝咬边处疲劳裂纹的萌生,且增大了裂纹扩展阻力,从而提高了焊接接头疲劳性能。     

TC21钛合金电子束焊接接头超高周疲劳行为研究

采用超声疲劳试验方法(20 k Hz),研究TC21钛合金电子束焊接接头的超高周疲劳性能与断裂机理。结果表明,TC21钛合金电子束焊接接头的疲劳性能要远低于母材的疲劳性能。在短寿命阶段,电子束焊接接头和母材的疲劳裂纹均在表面萌生;当寿命增大时,两者疲劳裂纹的萌生位置均由表面转向内部,母材的疲劳裂纹主要萌生于内部显微组织,而电子束焊接接头疲劳裂纹主要萌生于内部焊接气孔缺陷。当寿命较长时,疲劳源区会出现"鱼眼"形貌特征,源区附近有白色颗粒状细晶区,即细晶区(Fine granular area,FGA),其应力强度因子在2.90~3.33 MPa·m1/2,与疲劳寿命没有直接关系,可以认为是疲劳裂纹扩展门槛值。此外,基于AKINIWA小裂纹扩展理论,定量分析气孔尺寸与TC21焊接接头疲劳极限、疲劳应力的关系。     

基于BP神经网络的铝合金搅拌摩擦焊接头疲劳性能研究

以焊接母材、搅拌头旋转速度、焊接速度、轴向压力、搅拌头倾角和板材厚度为输入参数,以疲劳寿命为输出参数,构建6×18×9×1四层拓扑结构的铝合金FSW接头疲劳性能BP神经网络模型,并进行了试验验证和产线应用研究。结果表明,神经网络模型具有较高的预测能力和预测精度,相对训练误差小于5.5%、相对预测误差小于6%;生产线上铝合金板材的搅拌摩擦焊工艺参数经神经网络优化后,接头疲劳寿命较神经网络优化前增加51.11%,接头疲劳性能显著提高。     

2219铝合金搅拌摩擦焊接头的裂纹扩展行为

为研究2219铝合金搅拌摩擦焊接头的裂纹扩展行为,首先对搅拌摩擦焊接头进行常规拉伸试验和裂纹延性扩展试验,分析了接头各区的P-V曲线和不同裂纹扩展长度下的裂纹尖端张开角(CTOA),讨论了裂纹扩展抗力以及裂纹扩展的方向。结果表明:在试验条件下,接头各区的抗裂纹扩展能力均高于母材的,焊缝中心、前进侧和回退侧热机影响区的抗裂纹扩展能力无显著差异;接头组织和力学性能的不均匀使裂纹扩展方向具有不稳定性,前进侧热机影响区的裂纹在扩展过程中具有跨越焊缝扩展的趋势,焊缝裂纹在扩展过程中会向回退侧热机影响区偏转,回退侧热机影响区和母材裂纹扩展的偏转角度较小。     

980钢焊接接头在谱载荷作用下的疲劳裂纹扩展

对980钢焊接接头在谱载荷作用下的疲劳裂纹扩展行为进行了初步研究，用980钢焊接接头掉成两种标准CT试件，裂纹分别开在焊缝金属上和焊趾处平行于焊缝方向，在两种谱载荷下进行了疲劳裂纹扩展试验，采用Wheeler模型进行谱载荷作用下裂纹扩展分析。得到焊缝金属的载荷延滞效应明显，而焊趾处金属的载荷延滞效应不明显的初步结论。     

25Cr2Ni2MoV钢焊接接头的超高周疲劳特性

对25Cr2Ni2MoV钢焊接接头开展常温拉压条件下的超高周疲劳试验,并对失效试样进行断口分析,研究焊接接头的疲劳失效机理。结果表明,疲劳寿命曲线呈现阶梯状:在高应力短寿命区,疲劳断裂发生在试样母材区较多,多为表面或次表面夹杂物裂纹萌生;在低应力长寿命区,疲劳断裂发生在试样焊缝区较多,多为内部气孔裂纹萌生。断口分析发现:缺陷(裂纹源)尺寸较小或者越靠近试样内部,疲劳寿命越长,且较小缺陷同内部较大缺陷具有相似的裂纹萌生潜力。通过有限元模拟疲劳试样内部微缺陷处的应力分布得出,焊缝区气孔和夹杂物周围的应力集中程度大于母材区夹杂物。结合断口分析发现,母材区弥散分布的粒状颗粒夹杂物数量较多,并且聚集起来会形成更大的缺陷,相比焊缝区夹杂物更容易萌生疲劳裂纹。     

16Mn钢埋弧焊接头疲劳特性的研究

对１６Ｍｎ钢双面埋弧焊ＣＴ试样的焊缝、热影响区、母材及垂直焊接方向的疲劳裂纹扩展速率进行了研究。结果表明，焊接焊头的不同部位疲劳裂纹扩展速率不同，平均应力、焊接残余应力、金相组织对疲劳裂纹的扩展速率都有一定的影响。     

变速箱中间轴焊接结构多轴疲劳寿命分析方法

重载车辆传动系统具有大速比、大扭矩的特点,其变速箱中间轴焊接结构承受复杂工作载荷,焊缝处易发生多轴疲劳破坏。为了更准确有效地对中间轴焊接结构的疲劳寿命进行评估,基于多轴结构应力法提出一种重载车辆变速箱中间轴焊接结构疲劳寿命分析方法,即建立含有焊缝细节的中间轴焊接结构有限元模型,求解得到焊缝危险点处的结构应力分量时间历程,并在结构应力平面上合成载荷路径,求得非比例加载路径的等效应力范围,最后结合主S-N曲线确定焊接结构的疲劳寿命。采用该方法分别对中间轴焊接结构的焊根、焊趾部位进行疲劳寿命分析并与疲劳台架试验结果进行对比,结果表明：分析得到的疲劳破坏位置和寿命值与疲劳台架试验结果均有良好的一致性,且焊根与焊趾寿命分析结果间的差异与已有文献多轴疲劳试验数据相一致,说明采用多轴结构应力法对变速箱中间轴焊接结构的疲劳寿命评估是可靠的。     

局部法评定铝合金搅拌摩擦焊接头疲劳性能

三种不同的局部法,临界距离法、应力平均法和等效应力强度因子法,用于评估Al6082-T6铝管搅拌摩擦焊焊接接头的疲劳性能。结果表明,3种疲劳评定方法都能对铝合金搅拌摩擦焊接头做出合理的评定。运用临界距离法时采用Peterson修正公式计算临界距离参数L,结果表明该方法能够精确预测出Al6082-T6铝管搅拌摩擦焊焊接接头的疲劳极限,预测误差仅4%,并能预测出接头疲劳薄弱区域;应力平均法的预测结果偏保守,预测结果较试验值低7.46%,其将焊趾视为尖锐缺口的做法具有工程应用价值。等效应力强度因子法通过将接头模拟成带标准裂纹的构件来计算焊接接头等效应力强度因子范围,并通过与接头裂纹扩展门槛值比较来判断焊接件是否发生疲劳失效,结果表明等效应力强度因子法能够对Al6082-T6搅拌摩擦焊接头做出合理的疲劳评定。     

栓焊并用连接结构疲劳寿命分析

为了研究端部角焊缝与高强度螺栓并用连接结构在循环荷载下的疲劳性能,通过试验,对比了焊接和栓焊两种不同连接结构疲劳寿命和疲劳失效机理的差异,分析了高强度螺栓对栓焊结构疲劳寿命的影响。结果表明,高强度螺栓能够减小焊缝处的受力,抑制裂纹扩展,提高结构连接刚度,有效延长结构的疲劳寿命。同时利用等效结构应力法对栓焊结构进行了寿命估算。估算结果与试验结果吻合良好,误差在10%以内,验证了等效结构应力法对端部角焊缝与高强度螺栓并用连接结构寿命估算的适用性。     

十字横向承载焊接接头疲劳裂纹扩展寿命估算

利用一种新的计算模型，用有限元法计算了十字焊接接头疲劳裂纹尖端的应力强度因子值，并拟合了裂纹在焊根和焊趾处扩展的应力强度因子表达式。据此利用Ｆｏｒｍａｎ疲劳模型，考虑显微金相组织的影响，估算了裂纹扩展寿命，与实验值比较，结果合理。     

大厚度TC4钛合金铸件钨极惰性气体保护焊的最优工艺确定及其接头力学性能

选用连续施焊、焊层冷至室温后再焊接下一层、焊道冷至室温后再焊接下一道3种层间温度控制方案和730,600℃2种焊后退火温度,通过显微组织、拉伸性能和疲劳性能确定了大厚度TC4钛合金铸造板钨极惰性气体保护焊(GTAW)的最优工艺,并研究了最优工艺下焊接接头的力学性能。结果表明：焊层冷至室温后再焊接下一层得到的焊接接头焊缝组织最为细小,疲劳寿命最高,在730℃下退火后的焊接接头拉伸性能更好,故确定为最优工艺;最优工艺下,GTAW接头的焊缝硬度略高于母材,属于高匹配接头,在拉伸和疲劳过程中接头均在母材处发生断裂,但焊缝的抗疲劳开裂能力低于母材。     

焊后热处理对30CrMnSiNi2A钢电子束焊接件疲劳行为的影响

电子束局部热处理是一种新型的热处理方式，探讨其对电子束焊接接头组织和疲劳性能的影响规律具有十分重要的实际意义。文中采用CT(紧凑拉伸)试样，对30CrMnSiNi2A钢电子束焊接后焊态、焊后炉内整体热处理和电子束局部热处理三种焊接接头焊缝与母材的疲劳裂纹扩展速率进行试验研究；并测定上述两个部位的门槛值。结合金相组织分析，讨论焊后热处理对接头疲劳行为的影响。试验结果表明，电子束局部热处理和整体热处理都能够在一定程度上改善焊接接头的组织和近门槛值处抗疲劳裂纹扩展的能力。由于电子束局部热处理具有方便、省时、节省能源和提高生产率的优点，因而具有较大的应用潜力和研究价值。     

考虑焊趾形貌的十字焊接接头疲劳评定研究

针对十字焊接接头,考虑焊趾形貌特征,分别建立了包含圆弧形焊趾和直线形焊趾的两种有限元模型,分析了焊趾局部的应力状态;以有效缺口应力为控制参量,估算了循环拉伸载荷作用下十字焊接接头的疲劳寿命;开展了相关疲劳试验,对估算结果进行了验证。研究表明焊趾形貌对焊接接头的疲劳特性有较大影响,圆弧形曲线可以较好地描述焊趾形貌,循环拉伸载荷作用下裂纹通常在焊趾部位萌生,且位于靠近焊缝端面的圆弧段凸顶点附近,考虑焊趾形貌的有效缺口应力法可以作为焊接结构疲劳寿命的有效评定方法。     

汽车下摆臂断裂失效分析

采用OM、SEM、光谱仪等设备对下摆臂焊合件的焊接接头及母材显微组织、断口显微形貌和材料的化学成分进行了分析,发现焊缝中存在根部裂纹及焊缝边缘存在未熔合缺陷。由于焊接工艺不当,导致下摆臂在焊接接头中形成冷裂纹,在服役应力的作用下,疲劳裂纹扩展,最终导致下摆臂断裂失效。结果表明:通过焊接工艺的改进,增加焊后去应力退火,可降低冷裂纹风险。