7B52-T6叠层铝合金焊接接头组织及疲劳损伤行为

用熔化极气体保护焊获得7B52-T6叠层铝合金焊接接头,研究接头的力学性能、显微组织、疲劳损伤行为。结果表明:接头各区由于成分和经历热循环不同,组织、性能存在差异,热影响区发生再结晶和不完全结晶,熔合区有部分细晶区,焊缝中心为等轴晶组织。接头抗拉强度为246 MPa,试样断裂于焊缝区,接头显微硬度分布不均匀,从焊缝中心到母材,显微硬度整体上升,热影响区硬度波动大。接头S-N曲线为σ=533.655-66.247lg N,中值疲劳强度为116 MPa,疲劳裂纹起源于接头表面气孔和距表面0.1 mm的内部气孔处,疲劳扩展区平坦,瞬断区的断裂方式为准解理断裂。     

薄壁钛合金T形接头摆动激光填丝焊组织与性能

在摆动激光填丝焊接中,热输入是影响焊接接头组织与性能的关键因素,因此开展热输入与组织和力学性能的相关性研究,为进一步提高薄壁钛合金接头的力学性能提供数据支撑及相关理论依据。采用摆动激光填丝焊对2 mm厚的TC4钛合金T形接头进行焊接试验,对比分析不同位置的微区组织与力学性能。研究结果表明：焊缝表面成形良好,无未熔合、气孔、夹渣等焊接缺陷;焊缝组织主要由α′马氏体和初生β相组成,并有少量的孪晶和位错产生;热影响区主要由母材中未发生相变的α相和α′马氏体组成;焊接接头硬度值在286～413 HV之间浮动,其中焊缝区硬度值最高,与母材相比硬度值约提升38%,随着焊接热输入增大,相变生成α′马氏体越多,显微硬度增大;焊接接头平均抗拉强度为1 076 MPa,略高于母材,拉伸试件断裂位置为母材,断口呈现出韧性断裂特征;焊接接头平均剪切强度为679 MPa,剪切试件断口起裂位置为焊缝内部,焊缝区断口呈沿晶断裂特征,热影响区断口呈解理和准解理穿晶断裂特征。     

30CrMnSi钢激光焊接工艺研究

为减小薄板30CrMnSi钢的焊接变形,提高焊接效率,采用CO2激光对其进行了激光焊接工艺研究。采用激光显微镜、扫描电镜仪对微观组织进行了表征,采用显微硬度计、材料试验机等仪器对性能进行了测试。研究发现,激光焊接后的焊接接头分为焊缝区、热影响区、母材以及焊缝与热影响交界区和热影响与母材交界区5个部分。焊缝与热影响交界区显微硬度最高,母材显微硬度最低。焊接速度越快,焊缝的显微硬度越高,焊缝越窄。焊接速度越快焊接变形越小,激光功率4 kW、焊接速度8 m/min条件下,100 mm长度范围内的变形0.1 mm.激光焊接接头的抗拉强度高于母材110~170 MPa,母材为韧性断裂,断口呈典型的韧窝形态,热影响区发生脆性断裂,断口呈准解理断裂,随着焊接功率和速度的提高,热影响区的拉伸强度有降低的趋势。     

基于应力三轴性的焊接接头断裂参量工程估算

结合均匀材料裂纹结构应力场解的研究成果,讨论了平面应变状态下,焊接接头裂端应力场的J-Q双参数描述方法。考虑到焊接接头力学不均匀性对J积分和三轴性应力因子Q的影响,利用有限元数值解对J积分和Q因子的分布规律进行了研究,结合工程实际,进一步通过曲线拟合得到了焊接接头裂端应力场的工程估算公式,并对估算公式的有效性进行了验证。     

SMA490BW钢低组配接头的疲劳性能研究

为发挥低强匹配焊接能改善高强钢的可焊性、有效降低约束力和预热温度的优点,采用J422焊条焊接超声疲劳试样,对高铁转向架用钢SMA490BW低组配十字焊接接头开展常温拉压条件下的超声疲劳试验,并对失效试样进行断口分析,研究低组配接头的疲劳失效机理。试验结果表明:十字焊接接头试样均断于焊趾,疲劳S-N曲线呈连续下降趋势。将十字接头的疲劳性能与板状母材进行对比分析,发现十字接头的疲劳寿命远低于母材。在循环周次为3.11×106时,十字接头试样的疲劳强度仅为母材的67%。试样疲劳断口的扫描电镜(SEM)分析结果显示,裂纹源主要位于焊趾处的熔合区,该区域存在的几何不连续性及焊接缺陷会引起较大应力集中,是导致焊接接头疲劳断裂的主要因素。     

基于超声波焊接工艺的AZ31B接头组织及力学性能研究

AZ31B镁合金易氧化、耐蚀性差,为避免高温对其焊接接头质量的影响,用超声波焊接工艺制备镁合金焊接接头,研究不同焊接能量下接头界面温度、接头形貌及力学性能。结果表明：随焊接能量增加,焊接接头界面温度和塑性变形单调增加且出现了波浪状、漩涡状形貌,当焊接能量达3 500 J时接头处出现明显裂纹;接头显微硬度随焊接能量增加先增后降,焊接能量为500、1 500、2 500、3 500 J时,界面结合区的硬度比母材分别提高17%、25%、33%、28%;随焊接能量增加,接头剪切力在2 500 J达到峰值后降低,接头断裂形式由界面断裂转变为沿焊接区域边缘断裂。     

轮式装甲车体非均匀焊接裂纹修复方法

为增强轮式装甲车体强度,用ER100焊丝焊接母材AZF3465修复非均匀焊接裂纹.焊后进行2.5 h×250℃消氢处理.结果表明:焊接热输入、焊接电流对修复裂纹接头的熔深与熔宽影响显著;修复后焊缝区硬度较修复前下降,不同区域硬度均低于规定值250HV,且焊后钢材应力符合材料强度要求,说明接头组织未产生淬硬,应用性能较好.     

6061-O铝合金搅拌摩擦焊研究

采用搅拌摩擦焊(FSW)方法对6mm厚的6061-O铝合金板材进行对接,利用光学显微镜(OM)和扫描电镜(SEM)分析母材和焊接接头的显微组织和断口形貌,并测试其拉伸性能和显微硬度。结果表明:焊接速度v为300mm/min时,当搅拌头旋转速度n低于800r/min,6061-O铝合金FSW接头出现明显的未焊合缺陷;当转速提高到1200r/min,接头缺陷消失,接头拉伸性能与母材接近。在所选工艺参数下获得的FSW接头硬度均比母材高,最高点均出现在焊核区;断口分析表明,断裂均为韧性断裂,且位置均出现在远离接头的前进侧热影响区。     

高层建筑钢结构梁柱焊接节点断裂分析

为防止高层建筑钢结构梁柱焊接节点断裂,保证高层建筑的安全,分析其断裂性能。设计狗骨型节点与标准型节点两种钢结构梁柱试件,用三维有限元法对梁柱试件建模,通过J积分算法计算其在不同位移的J积分值,对比标准型节点与含有裂纹的狗骨型节点在不同位移的J积分、刚度及极限载荷。结果表明：当位移为24 mm时,狗骨型钢结构梁柱焊接节点的J积分为80.650 7,低于标准型梁柱焊接节点的J积分;裂纹深度为7 mm的狗骨型钢结构梁柱焊接节点的刚度最高,为6 MN/m,正、反向极限载荷分别为247、253 kN,比标准型节点梁柱试件更高。因此,狗骨型梁柱焊接节点的力学性能更好,可更好满足高层建筑需要。     

MB8镁合金及其焊接接头显微组织及力学性能的研究

通过TIG电焊机对MB8镁合金板材进行焊接,研究MB8镁合金母材及其焊接接头的显微组织和力学性能,分析焊接接头的硬度分布和应力集中系数。试验结果表明:接头焊缝区、热影响区、母材区的组织分别为粗大铸造柱状晶、大小不一的等轴晶和细小均匀的晶粒;焊缝区硬度值最低,母材区硬度值变化幅度较小,最高达48.2HV;TIG焊接接头的力学性能远低于母材,接头焊缝及近缝区晶粒粗大,焊趾处存在应力集中,同时伴有焊接残余拉应力,这些因素是导致焊接接头力学性能降低的主要原因;母材及焊接接头的拉伸断口均呈现撕裂棱形貌,表现为脆性解理断口。     

H65铜合金搅拌摩擦焊接工艺研究

对H65黄铜搅拌摩擦焊接工艺进行研究,对其焊缝成形、接头微观组织和力学性能进行分析。研究结果表明,黄铜具有良好的搅拌摩擦焊接性能。接头组织分为焊核区、热机械影响区、热影响区和母材区。焊核区金属发生动态再结晶,组织显著细化。随着旋转速度的增大,焊接速度的减小,焊接接头的硬度值降低。接头的抗拉强度比母材低,但比熔化焊得到的接头性能要高,最高强度为母材的90.1%。     

2219铝合金VPTIG焊缝CTOD裂纹扩展阻力曲线研究

针对2219铝合金低匹配VPTIG焊缝裂纹扩展阻力的问题,以裂纹尖端张开位移(CTOD)为表征参量,开展焊接接头断裂韧性试验,绘制裂纹扩展阻力曲线。结果表明:2219铝合金VPTIG焊缝断裂属于弹塑性断裂,断口扩展区是韧窝为主的微观断裂;焊缝在(0.13~0.56)mm裂纹扩展过程中,表现出良好的断裂韧性,铝合金TIG焊缝内裂纹扩展阻力变化不大。经试验与计算,焊缝δ0.2BL值为0.087 mm。     

热处理温度对6082铝合金焊接接头性能的影响

为改善 6082铝合金焊缝组织、性能,采用固溶+时效处理 6082铝合金焊接接头。结果表明：6082铝合金的强化相为β-Mg₂Si相,焊缝强化相为Mg₃Al₂,固溶+时效处理后焊缝区强度增加,熔合区无显著柱状晶体结构,热影响区受强化相β-Mg₂Si二次熔化影响,强度增强;焊接接头最低硬度在距离焊缝中心 10 mm 处,约为 72HV;固溶+时效处理可提升焊接接头的拉伸性能;焊缝区断口为韧性断裂;时效温度为 150、180、210 ℃时焊接接头抗拉强度较高,伸长率均值约为 12%、13%、11%。     

不同预热温度下马氏体钢焊接性及力学性能研究

针对火箭发动机在重复利用中机架等结构焊接件的可靠性提升问题，用G232焊条焊接10Cr13Ni2马氏体钢，通过冷裂纹敏感性、拉伸、冲击试验，研究在不同工艺对钢材的焊接性及焊接接头力学性能的影响，获得最佳焊接工艺对焊接接头受力载荷的影响。结果表明：预热温度为0～250℃时，接头产生冷裂纹倾向小；预热温度由150℃升至250℃时，焊接接头抗拉强度增加，断口由韧性的韧窝-准解理断裂变为接近脆性的韧窝-准解理断裂，经610℃回火后抗拉强度下降；3种工艺对焊接接头热影响区冲击韧性影响均小。     

基于数字图像相关方法的端羟基聚丁二烯推进剂复合型裂纹J积分测量

为实现复合型裂纹尖端变形场及J积分测量,对预制含中心贯穿复合型裂纹的端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂试件进行了拉伸观察试验,获得了复合型裂纹试件的变形图片序列。采用数字图像相关(DIC)方法得到试件表面的位移和应变场,运用J积分理论和DIC方法得到的变形场计算复合型裂纹尖端的J积分。将DIC方法得到的变形场结果以及运用J积分理论和DIC方法计算得到的J积分结果与有限元结果进行了对比分析。分析结果表明：DIC方法获得的变形场分布特点与有限元结果吻合较好;不同积分路径下的J积分具有守恒性,验证了DIC方法可以有效地计算J积分;相同拉伸位移和复合型裂纹下J积分随角度的增大呈下降趋势,裂纹从0°Symbol~A@45°时J积分值 变化较小,裂纹从45°Symbol~A@67.5°时J积分值有较明显的下降。     

TC4钛合金激光-MIG复合焊接研究

通过激光-MIG复合热源焊接参数优化,获得15 mm厚钛合金对接焊接接头,利用金相分析、拉伸试验和显微硬度对焊接接头的显微组织和力学性能进行研究。结果表明:坡口角度60°,钝边5 mm焊接过程最稳定,打底层焊缝熔深和熔宽随激光功率和焊接电流的增加而增加,随焊接速度的增加而减小;采用摆动焊接进行填充和盖面,焊接过程熔滴过渡稳定,无焊接缺陷,焊缝由单一的α'马氏体组成,热影响区显微组织为初生α相和α'马氏体;接头抗拉强度高于母材,断后伸长率为11.5%,略低于母材,拉伸试样断裂在母材处。焊缝区显微硬度最高,热影响区居中,母材最低。     

30CrNiMo高强钢可焊性研究

采用焊接热影响区最高硬度试验法、T型接头焊接热裂纹试验法、斜Y型坡口焊接冷裂纹试验法和对接接头刚性拘束焊接裂纹试验法,对30CrNiMo高强钢进行工艺焊接性和抗裂性能综合评定。结果表明:焊接热影响区最高硬度HV值在545左右,15 mm厚高强钢板各种裂纹试验焊接接头区域均未发现裂纹;30CrNiMo高强钢对焊接冷裂纹较敏感,焊接时需要考虑预热或后热处理,经优化后的15 mm厚30CrNiMo高强钢具有较高的抗焊接裂纹敏感性。     

AZ80-Ce0.9镁合金电子束焊接接头组织性能研究

为提高铸态AZ80镁合金焊接接头性能,用真空电子束焊接工艺焊接85 mm厚的AZ80-Ce0.9镁合金,用X射线衍射仪、金相显微镜、扫描电镜和万能试验机等研究焊接接头的显微组织和力学性能。结果表明:焊接接头焊缝区的晶粒细小,尺寸为5～10μm,晶内存在点状Al3Ce相,其尺寸和数量均小于母材,且焊缝区硬度高于母材,平均硬度为66.94HV;焊接接头拉伸断裂均发生在母材位置,抗拉强度、伸长率为184.6 MPa、5.2%;焊接接头拉伸断口呈解理台阶和韧窝状特征的混合断裂形式;添加Ce可提高AZ80-Ce0.9镁合金焊接接头的综合性能。     

转速对TRIP钢搅拌摩擦焊接头组织性能的影响

用搅拌摩擦焊接(friction stir welding,FSW)对相变诱发塑性(transformation-induced plasticity,TRIP)钢焊接,研究转速对TRIP钢显微组织和力学性能的影响。结果表明:FSW接头焊合区(stir zone,SZ)和热机械影响区(thermo-mechanically affect zone,TMAZ)晶粒细化、残余奥氏体含量降低,有大量马氏体生成;热影响区(heat-affected zone,HAZ)晶粒粗化、残余奥氏体含量降低,无马氏体生成。相比母材,FSW接头SZ和TMAZ显微硬度提升,HAZ显微硬度下降;低转速下,FSW接头中残余奥氏体含量较高,接头的抗拉强度912 MPa,达到母材的92.9%。母材和接头断口均呈韧性断裂特征。     

AZ31B镁合金FSW接头与MIG接头性能对比研究

采用FSW和MIG焊接方法对AZ31B变形镁合金进行焊接试验。结果表明:FSW接头的焊核区受摩擦热、机械搅拌和热塑流动的综合作用,形成粒度细小、晶界明显的等轴再结晶晶粒,平均直径约为5μm;MIG接头的焊缝区在电弧的高温热作用和急速冷却作用下,形成晶界明显的等轴晶,平均尺寸约为20μm;FSW焊接接头力学特性优于MIG,平均抗拉强度达到249.8 MPa,为母材抗拉强度的96.1%,平均伸长率为11.6%;两种接头的断裂面与拉伸方向的夹角约为45°,FSW接头断裂位置在热影响区,断面上有尺寸相差很大的韧窝,而MIG多出现在焊缝区,断面上有韧窝和撕裂棱。