超声冲击改善MB8镁合金焊接接头超高周疲劳性能的机理

通过超声疲劳试验探究超声冲击对MB8镁合金焊接接头超高周疲劳性能的影响。同时,从应力集中、残余应力、晶粒细化等3个因素来探究超声冲击改善MB8镁合金焊接接头超高周疲劳性能的机理。结果表明:在1.0×108疲劳寿命下,焊态试样疲劳强度为31.62 MPa,冲击态试样疲劳强度为39.81 MPa,冲击态试样疲劳强度相较于焊态提高了26%。这说明超声冲击可以明显提高MB8镁合金焊接接头超高周疲劳性能。焊态试样焊趾处应力集中系数K_(t1)=1.95,冲击态试样焊趾处应力集中系数K_(t2)=1.67,应力集中系数降低了14.4%,所以超声冲击可以降低焊趾处的应力集中程度。超声冲击后试样焊趾处的应力由残余拉应力转变成残余压应力。超声冲击细化了焊趾表面晶粒从而改善了MB8镁合金焊接接头的超高周疲劳性能。     

超声冲击改善MB8镁合金焊接接头超高周疲劳性能机理探究

通过超声疲劳试验探究超声冲击对MB8镁合金焊接接头超高周疲劳性能的影响。同时,从应力集中、残余应力、晶粒细化等三个因素来探究超声冲击改善MB8镁合金焊接接头超高周疲劳性能的机理。结果表明：在1.0×108寿命下,焊态试样疲劳强度为31.62MPa,冲击态试样疲劳强度为39.81MPa,冲击态试样疲劳强度相较于焊态提高了26%。这说明超声冲击可以明显提高MB8镁合金焊接接头超高周疲劳性能。焊态试样焊趾处应力集中系数Kt1=1.95,冲击态试样焊趾处应力集中系数Kt2=1.67,应力集中系数降低了14.4%,所以超声冲击可以降低焊趾处的应力集中程度。超声冲击后试样焊趾处的应力由残余拉应力转变成残余压应力。超声冲击细化焊趾表面晶粒改善MB8镁合金焊接接头的超高周疲劳性能。     

超声冲击对高强铝合金搅拌摩擦焊接接头疲劳机制影响的研究进展

疲劳破坏常源于材料表面及次表面,同时也是材料最主要的失效方式,搅拌摩擦焊接结构也不例外。因此,提升焊接接头表面性能对于提高焊接接头疲劳寿命显得尤为重要。超声冲击处理技术作为一种新型表面后处理技术,对焊接接头疲劳性能的影响机制受到广泛关注与研究。作者对超声冲击改善搅拌摩擦焊焊接接头应力集中、残余应力、微观组织、不同超声冲击参数对接头疲劳性能的影响以及数值模拟技术与应力-寿命曲线在整个研究过程中的应用等方面进行综述,并展望超声冲击处理技术未来的研究方向。     

热处理法及超声波冲击法对焊接接头残余应力及疲劳性能的影响

针对核电中常用的Q345B材料,焊后分别采用热处理法及超声波冲击法进行焊缝残余应力的消除试验,并对不同状态下焊接接头进行残余应力测试及及对接头疲劳性能测试,对比分析了不同处理方式下焊接接头残余应力的消除效果及对接头疲劳性能的影响。     

超声冲击及焊缝余高对6082铝合金焊接接头疲劳性能的影响

本文对6082铝合金焊接接头分别进行超声冲击处理和磨平焊缝余高处理,研究残余应力和应力集中对焊接接头疲劳性能的影响。结果表明:经超声冲击处理后,接头焊趾及其附近区域表层晶粒明显细化;焊趾处由冲击前的残余拉应力转变为残余压应力,其疲劳寿命得到提高;超声冲击前后接头疲劳裂纹均萌生于焊趾部位,而磨平焊缝接头的疲劳裂纹大多萌生于母材圆弧过渡处。无论冲击与否,疲劳断裂机制均为准解理断裂。当超声冲击电流为1.0 A、冲击时间为2 min时,与未超声冲击试样相比,6082铝合金接头疲劳寿命提高11.18%,无余高接头相对焊接接头疲劳寿命提高30.71%。接头表层金属晶粒尺寸、残余应力以及应力集中是影响6082铝合金焊接接头疲劳性能的主要因素。     

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。     

不同处理工艺对A7NO1S-T5铝合金焊接接头残余应力的影响

采用热处理、机械振动以及毫克能超声冲击技术对A7N01S-T5铝合金焊接接头进行处理,并采用X射线衍射法测量这三种处理方法前后的焊接残余应力。结果表明:采用超声冲击对铝合金焊接接头表面残余应力的处理效果最为显著,消除率达到了95%;采用热处理退火,焊缝及热影响区焊接残余应力有所降低,而母材区则有所升高,能有效均匀化焊接接头残余应力;而采用机械振动处理,应力只降低了约35%,效果相对较差。     

承载超声冲击提高TC4钛合金焊接接头的疲劳性能

利用自行研制的HJ-II型超声冲击处理装置对钛合金十字接头焊趾处进行了处理,并对接头的疲劳性能进行了研究.结果表明,在应力比R=0.5加载条件下,非承载超声冲击处理的TC4钛合金焊接接头较原始焊态的疲劳强度提高了约73.5%,寿命延长了12~17倍左右,承载超声冲击处理的TC4钛合金焊接接头较原始焊态的疲劳强度提高了148.1%,寿命延长了23~26倍左右.同时,从超声冲击前后应力集中系数的改变、焊接接头残余应力的改变、接头焊趾区表层塑性变形及硬度的变化等几个方面阐述了超声冲击提高焊接接头疲劳性能的机理,特别是承载超声冲击提高TC4钛合金焊接接头疲劳性能的原因.     

超声冲击改善P355NL1钢焊接接头腐蚀疲劳性能研究

对P355NL1钢焊接接头进行超声冲击处理,研究超声冲击对腐蚀疲劳性能的影响。利用光学显微镜和扫描电镜对超声冲击前后的表层显微结构以及腐蚀疲劳失效断口进行分析,利用电化学工作站对超声冲击前后试样电化学腐蚀速率进行测定。结果表明,当试样处于6%(质量分数) NaCl腐蚀溶液中时,焊态试样疲劳强度下降12.5%;在6%NaCl腐蚀液和水介质中,冲击态试样相较于焊态试样疲劳强度分别提高了75%和53%,S-N曲线斜率分别改变75.4%和60.4%。经超声冲击处理后试样表层产生明显的塑性变形层,最大变形层深度约350μm;冲击之后试样的疲劳寿命有很明显提高,疲劳断裂位置也由焊趾处转移到焊缝或者母材区,腐蚀坑数目明显减少。表明超声冲击可以细化晶粒,同时降低应力集中现象,消除有害残余拉应力,引入有益的残余压应力,降低电化学腐蚀速率,提高焊接接头的腐蚀疲劳性能。     

承载超声冲击下焊接接头疲劳性能的改善

采用承载超声冲击处理的方法对20号钢T形管接头进行处理,并与原始焊态、非承载冲击处理态试件进行了对比.结果表明,在高应力比R=0.75的加载条件下,与原始焊态接头相比,非承载超声冲击和承载超声冲击的疲劳强度分别提高了23%和70%,疲劳寿命分别延长了1.4倍和5.6～8.5倍.从超声冲击处理区域表层组织、接头焊趾区表层硬度、焊接接头残余应力等方面比较了承载和非承载超声冲击提高焊接接头疲劳性能的异同,并采用有限元软件ABAQUS模拟了两种超声冲击处理下焊接接头的应力分布,与非承载冲击处理试件相比,承载冲击处理试件表面压缩应力值大,压缩应力层深.     

超声冲击对焊接接头表面质量的影响

焊接是船舶、飞机、汽车、火车、压力容器、起重设备等大结构、复杂结构的重要加工方法。焊接结构的失效尤其是疲劳失效大多起始于焊接接头表面,因此对焊接接头表面质量的优化可改善焊接结构的性能,延长使用寿命。综述了超声冲击在焊接接头表面质量改进中的研究现状。分析了超声冲击对焊接接头表面几何形状的影响,指出超声冲击增大焊趾处圆弧过渡半径、降低应力集中系数和减小缺口效应的作用。总结了超声冲击对焊接接头表面残余应力的影响,指出超声冲击通过宏观塑性变形引发微观位错运动和增殖的机制,由此在焊接接头表面和次表面产生有益的残余压应力。阐述了超声冲击对焊接接头表面组织形态的影响,指出超声冲击在产生宏观织构和细化晶粒方面的作用。简述了超声冲击对提高焊接接头显微硬度和消除表面缺陷等方面的有利影响,同时指出合理的超声冲击参数才能降低焊接接头的表面粗糙度。最后,分析了目前研究存在的问题并对未来研究方向进行了展望。     

超声冲击强度对焊接接头疲劳寿命的影响

采用超声冲击处理方法对Q345B钢十字接头进行处理,对比分析了两种振幅下焊接接头疲劳寿命的变化. 结果表明,在25 μm振幅下焊接接头的疲劳寿命相较18 μm振幅下焊接接头的疲劳寿命提高了4.3~7.6倍,从超声冲击处理后的宏观形貌、微观断口、冲击区域表层组织等方面比较分析了不同振幅下超声冲击疲劳延寿差异的原因,并建立有限元模型进行焊接温度场、应力场和超声冲击的数值模拟,将试验结果与有限元计算结果进行综合对比分析. 结果表明,同等冲击条件下振幅越大,压应力层更深,试件表面压应力值更大.     

超声冲击改进地铁车辆焊接裂纹修复质量的探究

目的 针对地铁车辆车体、转向架构架疲劳裂纹频发的问题,探索超声冲击工艺增强焊接结构件疲劳强度的机理和可行性.方法 分别利用机械打磨和不同工艺参数的超声冲击处理SMA490BW钢焊接对接接头,借助应力分析仪、金相显微镜、超声疲劳机、扫描电镜等,综合分析试样的应力分布、接头形貌、晶粒组织、疲劳寿命以及断口形貌,以对比不同处理方式的强化效果.结果 超声冲击处理可有效改善对接接头的应力集中,细化表层晶粒,并调整表面应力场的分布,将焊接残余拉应力转为较大的残余压应力.在工艺参数1.5 A/10 min的冲击下,试样可获得最高平均寿命3.35×107周次,是机械打磨试样的3.8倍,是原始试样的10倍,且疲劳断裂失效模式不变.结论 超声冲击通过表面改性,显著提高焊接结构的疲劳寿命,且优于机械打磨方法.超声冲击法高度契合车辆裂纹修复的需求,但相关标准、设备、工艺不够完善,建议对超声冲击方法进一步探索,并最终将其纳入地铁车辆裂纹修复工艺.     

超声冲击处理冷轧钢板缝焊接头的疲劳性能

用窄搭接电阻缝焊机对汽车用SPCC（冷轧低碳普通钢板）进行焊接,采用超声冲击仪对缝焊接头进行处理;通过拉压疲劳试验、X射线应力分析仪、OM、SEM对处理和未处理的缝焊接头疲劳性能和组织进行测试和观察分析对比.结果表明,未经超声冲击处理的缝焊接头经5×104次交变载荷作用即在焊趾区萌生裂纹,裂纹与载荷方向呈45°;经超声冲击处理过的缝焊接头经1.88×106次交变载荷作用未发生断裂;超声冲击处理使缝焊接头表层晶粒细化并形成塑性变形层,降低了其表面的微裂纹缺陷造成的应力集中,使表面残余拉应力变为了压应力,有利于改善缝焊接头的疲劳性能.     

超声冲击处理对7A52铝合金焊接应力影响的数值模拟

利用有限元软件ABAQUS,建立了7A52铝合金双丝MIG焊的热力耦合数值模型,得到焊接残余应力场;随后利用数值传递方法,对焊接接头处进行超声冲击处理,建立焊接和超声冲击处理耦合模型,得到冲击后的残余应力场,分析了冲击前后残余应力分布特点和大小,并且通过改变冲击针移动速度分析其对残余应力的影响规律.旨在探讨超声冲击对7A52铝合金焊接残余应力改善的影响.计算结果表明,超声冲击处理能够显著改善焊缝和热影响区的表面残余应力,且随着冲击移动速度的增加,得到的焊接接头处压应力值逐渐减小.     

电磁耦合处理对Ti2AlNb合金电子束焊缝疲劳寿命的影响研究

在航空发动机机匣的焊接过程中,焊缝作为薄弱部位,将直接影响整个机匣的疲劳性能及服役寿命。通常采用焊后热处理消除焊接热应力,均匀焊缝组织,提高焊缝性能,但对于疲劳寿命的改善效果不明显。本研究创新性地提出电磁耦合处理技术,对热处理后的Ti₂AlNb合金电子束焊缝进行调控,提升焊接接头的疲劳寿命,同时研究了在电磁耦合作用下焊缝区材料组织演变规律。结果表明,焊缝疲劳极限由134.2MPa增至159.4MPa,提升18.8%。经电磁耦合处理后,焊缝区域的残余压应力最高提升128.7%。同时,在不改变材料组织和相成分的情况下,在材料内部生成位错墙与位错纠缠,疲劳裂纹源由表层移至次表层,疲劳裂纹扩展速度降低,使得疲劳性能提升。焦耳热效应、电子风力效应与磁致塑性效应的耦合作用促进了位错运动,同时增强了疲劳裂纹扩展障碍。本研究为提升焊缝疲劳寿命提供了一种新方法,并为电磁耦合处理提升焊缝疲劳性能提供了可行性依据。     

Fatigue strength of hot-stamped spot welded joints*—study on spot welding tailored blank technology

Hot stamping spot welding tailored blank (TB) technology is a process to produce spot welded automotive body parts by the following process: Spot welding steel sheets in lap configuration → Hot stamping (Heating to about 900°C → Quenching and forming in water-cooled die → Shot blasting to remove scale). This process has the advantage of producing high strength lap welded automotive body parts without increasing the number of forming dies. In this study, the tensile shear fatigue strength of the spot welding TB joints (Spot welding → Hot stamping) and conventional spot welded joints (Hot stamping → Spot welding) of the 1500MPa class uncoated boron steel sheets are compared. The obtained results are as follows. The fatigue life of the spot welding TB joints was more than two times longer than that of the conventional spot welded joints. The long fatigue life of the spot welding TB joints was not caused by the heating and quenching process but by the shot blasting process after heat treatment. Shot blasting on the outer sheet surface caused the high compressive residual stress on the outer surface and did not affect the residual stress on the lapped surface. Shot blasting on the outer sheet surface increased the initiation life of fatigue crack which occurred on the lapped surface and also reduced the crack propagation speed which propagates from the lapped surface to the outer surface. FE-analysis suggested that compressive residual stress on the outer surface reduce the opening of sheet separation of joints in fatigue tests and reduce the maximum principal stress around the edge of corona bond.