7075铝合金搅拌摩擦焊焊接接头在3.5％NaCl溶液中的腐蚀疲劳断裂机理

本文研究了7075铝合金搅拌摩擦焊(FSW)焊接接头在3.5％NaCl溶液中的腐蚀疲劳断裂机理.研究发现,焊接接头的腐蚀疲劳裂纹萌生于焊核区(NZ)和热力影响区(TMAZ)交界处.多个裂纹源同时发展,并在扩展阶段沿NZ和TMAZ交界线融合成大裂纹.此外,不论是在腐蚀疲劳裂纹的萌生还是扩展阶段,腐蚀作用和循环荷载始终存在...     

2219-T6铝合金搅拌摩擦焊接头疲劳性能

为了探讨2219-T6铝合金搅拌摩擦焊接头疲劳断裂位置与区域局部力学性能及材料微观结构之间的关系,对铝合金2219-T6搅拌摩擦焊接头开展了疲劳试验研究.试样接头疲劳断裂处大多位于焊核区与热机区交界处及临近区域,在裂纹萌生处的亚表面发现有大的夹杂.焊核区有明显微空洞,小角度晶界最多.利用ABAQUS软件数值模拟接头疲劳,分析了接头局部区域力学性能.接头的热机区和焊核区的主应变值较大,这些区域较其他区域更易萌生疲劳裂纹.     

2219铝合金搅拌摩擦焊接头裂纹尖端张开位移（CTOD）试验研究

采用裂纹尖端张开位移(crack tip opening displacement,CTOD)试验研究了2219铝合金搅拌摩擦焊(friction stir welding,FSW)接头各区域的断裂性能,分析了搅拌摩擦焊接头组织结构对接头断裂性能的影响.研究结果表明,2219铝合金搅拌摩擦焊接头的断裂呈韧性,但接头各区域韧性分布呈现明显的不均匀性,焊核区断裂韧性最好,热机影响区和热影响区次之,但均高于母材的断裂韧性.     

6005A-T6/6082-T6铝合金FSW与MIG接头组织与性能研究

采用光学显微镜、拉伸试验机、显微硬度计和疲劳试验机对FSW及MIG焊接接头的微观组织及力学性能进行了研究。结果表明:FSW焊核区为细小的等轴晶,热机械影响区呈现为被拉长的畸变晶粒,热影响区的组织明显粗化;MIG接头焊缝区晶粒为明显的铸态组织,热影响区晶粒长大情况也比FSW严重。与MIG相比,搅拌摩擦焊焊接(FSW)接头的抗拉强度相对较高,最小硬度值出现在后进侧的热影响区;高周疲劳(Nf107)时,FSW的接头疲劳强度高于MIG接头疲劳强度,高出约14%。     

6082铝合金超厚板搅拌摩擦焊接头组织与性能

采用搅拌摩擦焊对84 mm厚的6082-T4铝合金进行双面对接焊接,焊后进行人工时效(180℃×5 h)处理。研究了沿板厚方向焊接接头的微观组织与力学性能变化。结果表明:焊核区组织为细小的等轴晶粒,从表面至焊缝的中心,晶粒尺寸分别为16、13、5μm,高角度晶界所占比例分别为77.2%、76.3%、72.5%;焊核区的强化相主要为"GP区"及β″相;热机械影响区晶粒沿搅拌头旋转方向被拉长,组织中存在较高密度位错;焊缝中心层区域硬度分布呈"V"型,硬度最低值出现在双面焊重叠区,其他位置硬度曲线呈"W"型分布;正、反面两道焊缝发生断裂的位置均为TMAZ与HAZ交汇的区域,接头平均抗拉强度沿厚度方向从表面至中心分别为211、201、180 MPa,呈逐渐降低趋势;中心层抗拉强度最低,但其断裂伸长率最高,约为母材的69%;断口为大小不同的韧窝,接头表现为韧性断裂。     

5083铝合金搅拌摩擦焊焊核区非均匀性组织分析

利用小型搅拌摩擦焊机焊接5083铝合金板材,借助电子背散射衍射技术和取向成像分析软件对焊缝焊核区的焊核前进侧、焊核中心区和焊核后退侧的晶粒形貌和取向差角度进行了对比性研究.结果表明：经过搅拌摩擦焊接后,焊核区发生动态再结晶,晶粒由原始带状转变为等轴状,其大角度晶界含量相比于母材有明显增加,但不同部位的晶粒尺寸和大角度晶界比例均不同,焊核前进侧、焊核中心区和焊核后退侧的平均晶粒尺寸分别为17.0、15.8和13.5 μm,大角度晶界比例分别为76.4%、68.8%和73.2%.     

热处理对3Cr2W8V钢热疲劳性能的影响

本文通过热疲劳试验、电子金相、扫描断口分析等方法研究了热处理对3Cr2W8V钢热疲劳性能的影响。结果表明:不同热处理状态的钢在热疲劳过程中均有循环软化效应,热疲劳抗力主要受钢的强度及其热循环稳定性控制;热疲劳断口由萌源区和扩展区组成,断口上兼有疲劳损伤和氧化腐蚀的特征;热疲劳裂纹以沿晶楔入为源,按穿晶一沿晶混合方式扩展。     

返修次数对S355J2W+N钢焊接接头疲劳性能的影响

试验对比分析了2次、4次以及6次返修焊对S355J2W+N焊接接头疲劳性能的影响。结果表明,焊接返修次数增加会使接头疲劳寿命降低,6次返修的接头中值疲劳寿命与未经返修的接头相比降低43%。疲劳试样断裂位置分为在焊缝处断裂和在母材处断裂,断口均明显分成裂纹源区、裂纹扩展区和最后断裂区3部分。     

高速列车用高强铝合金疲劳断口的特征

通过宏观拍照和扫描电镜对A7N01高强铝合金T型焊接接头的疲劳断口进行了研究,揭示了该铝合金疲劳裂纹萌生与扩展的特征.铝合金的疲劳断口可明显划分为疲劳裂纹源区、裂纹稳定扩展区和瞬断区3大区域.疲劳裂纹从T型焊接接头的焊趾处萌生并向接头中心线扩展,疲劳裂纹扩展区可以观察到疲劳破坏的一些典型特征,瞬断区的断口形貌与拉伸断裂相似,形成不平坦的粗糙表面.     

热处理对3Cr2W8V钢热应力疲劳性能的影响

本文通过热疲劳试验,复膜电子金相、扫描断口分析等方法研究了热处理对3Cr2W8V钢热疲劳性能的影响。结果表明:不同热处理状态的钢在热疲劳过程中均有循环软化效应;热疲劳抗力主要受钢的强度及热循环稳定性所控制;热疲劳断口兼有疲劳损伤和氧化腐蚀特征;热疲劳裂纹以沿晶楔入为源,按穿晶——沿晶混合方式扩展。     

GH80A镍合金电子束焊接接头旋转弯曲高周疲劳行为研究

随着镍合金电子束焊接在工业中的大量应用,尤其是在航空发动机和燃气轮机等关键长寿命服役设备中的使用,有必要对镍合金电子束焊接接头的高周疲劳属性和断裂机理进行系统的分析研究。本文利用旋转弯曲高周疲劳试验机进行疲劳试验,获得了母材和焊接接头的应力-寿命(S-N)曲线和疲劳断口,同时利用扫描电镜（Scanning Electron Microscope,SEM）对疲劳断口进行了微观特征分析,确定了母材和焊接接头在不同应力幅下的疲劳裂纹萌生区和扩展区,分析了裂纹萌生区位置与应力幅的相互关系。最后,利用有限元分析了焊接接头热影响区微裂纹位置与大小对材料疲劳性能的影响。从现有的试验和模拟结果可以得到：1)母材和电子束焊接接头应力-寿命(S-N)曲线分布趋势一致,但焊接接头疲劳强度要低于母材,在靠近107周次时,两者疲劳强度差距最小;2)在高应力幅（低周疲劳寿命阶段）母材和焊接接头的疲劳裂纹均起源于试件表面并且都是多点萌生断裂,焊接接头疲劳断口位置位于焊接熔合区或热影响区;3)在低应力幅（高周疲劳寿命阶段）疲劳裂纹在试件次表面萌生,焊接接头疲劳断口位于热影响区或焊接母材靠近热影响区处;4) 通过有限元模拟发现微裂纹的存在有利于裂纹的扩展。在拉应力作用下,横向微裂纹更优于纵向裂纹沿着应力方向进行裂纹扩展;随着微裂纹尺寸增大,微裂纹间更易于相互贯通,形成更长的裂纹,从而降低了材料的疲劳性能。综上可知,电子束焊接仅仅影响材料的疲劳强度。疲劳断裂机理和母材一致都为穿晶解理断裂,疲劳裂纹萌生区域位置也和母材一样都受应力幅的直接影响。     

7075铝合金的搅拌摩擦焊组织性能研究

采用搅拌摩擦焊方法对10mm厚的7075铝合金板进行了焊接试验，焊接形式为单道对接焊，通过拉伸强度测试和显微组织观察，发现焊缝中粗大的化合物相被破碎，焊核区内是细小均匀的等轴晶，平均晶粒大小在4μm左右，热力影响区与热影响区的过渡区的金属塑性流线变化不很急剧，晶粒沿流线方向拉长，且有细小沉淀相在晶界上析出。焊缝显微硬度的最低值出现在前进侧，说明前进侧是焊缝的薄弱环节。实验结果表明：在旋转速度为1200r／min，且焊接速度为60mm／min时，可以获得较好的焊缝组织，力学强度达到了320MPa。     

高强管线钢焊接裂纹产生的原因及控制

高强管线钢焊接热影响区(HAZ)受焊接热循环影响,韧性降低,成为焊接接头的薄弱位置.由于焊接粗晶区粗大晶粒及焊趾处产生的应力集中,裂纹通常起源于焊趾处靠近熔合线的热影响区粗晶区.夹杂物与基体界面处、MA岛与基体界面处、存在MA岛的晶界以及MA岛内部是裂纹形核的主要位置.裂纹沿着晶界扩展,或从晶粒内部穿过,或沿着基体与夹杂物之间的缝隙扩展.控制焊接热输入减少MA岛数量、细化奥氏体晶粒及利用氧化物冶金的方法促进晶内形核铁素体的生成,有助于提高焊接热影响区粗晶区韧性.     

机身壁板LBW结构DFR值试验测定及理论计算

飞机机身壁板是疲劳的关键位置,空客公司首先在飞机机身壁板采用激光焊接(LBW)结构代替传统铆接结构.为评价该激光焊接结构的疲劳性能,结合试验测定和统计学理论计算两种方法,对两组新型铝锂合金2060-T3激光焊接焊后热处理(PWHT,即焊后固溶+时效热处理和焊后时效热处理)结构进行疲劳试验、断口分析及细节疲劳额定强度(DFR值)分析,分别计算了试验测定DFR值和理论DFR值.分析结果表明,试验测定焊后固溶+时效热处理激光焊接结构的DFR值为118.0 MPa,焊后时效热处理的DFR值为113. 7 MPa,理论DFR值分别为115. 8 MPa (误差为1. 86%)和112. 2 MPa (误差为1.32%);两组结构均在焊趾处产生裂纹源,裂纹沿板材厚度方向进行扩展,裂纹扩展区均表现为脆性解理河流花样,不同的是前者瞬断区为微孔聚集型断裂,断口存在大量微小韧窝,后者瞬断区为沿晶断裂,断口存在大量晶粒;采用统计学理论计算,可以较好地还原威布尔分布的形状参数,验证了统计学理论分析方法的工程适用性,为机身壁板LBW结构的DFR值测定提供了参考依据.     

7075铝合金的搅拌摩擦焊组织性能研究

采用搅拌摩擦焊方法对10mm厚的7075铝合金板进行了焊接试验,焊接形式为单道对接焊,通过拉伸强度测试和显微组织观察,发现焊缝中粗大的化合物相被破碎,焊核区内是细小均匀的等轴晶,平均晶粒大小在4μm左右,热力影响区与热影响区的过渡区的金属塑性流线变化不很急剧,晶粒沿流线方向拉长,且有细小沉淀相在晶界上析出。焊缝显微硬度的最低值出现在前进侧,说明前进侧是焊缝的薄弱环节。实验结果表明:在旋转速度为1 200r/min,且焊接速度为60mm/min时,可以获得较好的焊缝组织,力学强度达到了320MPa。     

TRIP800钢激光焊焊接接头的疲劳性能

对TRIP800钢以焊接速度为7mm/s,焊接功率为570 W,离焦量为-1mm进行激光焊接,焊接后的工件采用加载频率为8Hz、R=0的拉-拉循环加载的条件下,测定TRIP800钢激光焊后疲劳S-N曲线.得出其疲劳强度极限是σ-1=560 Mpa;通过对疲劳断口的扫描分析发现TRIP800钢板激光焊后宏观疲劳断口上有明显的三个区域,分别是疲劳源区、疲劳区和瞬断区.疲劳源开始于表面下的第二相处和表面的应力集中处,裂纹的扩展区为微孔聚集型断裂最终瞬断区发生纯剪切断裂.     

机身壁板LBW结构DFR值试验测定及理论计算[KH-*1]

飞机机身壁板是疲劳的关键位置, 空客公司首先在飞机机身壁板采用激光焊接(LBW)结构代替传统铆接结构.为评价该激光焊接结构的疲劳性能, 结合试验测定和统计学理论计算两种方法, 对两组新型铝锂合金2060-T3激光焊接焊后热处理(PWHT, 即焊后固溶+时效热处理和焊后时效热处理)结构进行疲劳试验、断口分析及细节疲劳额定强度(DFR值)分析, 分别计算了试验测定DFR值和理论DFR值.分析结果表明, 试验测定焊后固溶+时效热处理激光焊接结构的DFR值为118.0 MPa, 焊后时效热处理的DFR值为113.7 MPa, 理论DFR值分别为115.8 MPa(误差为1.86%)和112.2 MPa(误差为1.32%); 两组结构均在焊趾处产生裂纹源, 裂纹沿板材厚度方向进行扩展, 裂纹扩展区均表现为脆性解理河流花样, 不同的是前者瞬断区为微孔聚集型断裂, 断口存在大量微小韧窝, 后者瞬断区为沿晶断裂, 断口存在大量晶粒; 采用统计学理论计算, 可以较好地还原威布尔分布的形状参数, 验证了统计学理论分析方法的工程适用性, 为机身壁板LBW结构的DFR值测定提供了参考依据.     

铝合金摩擦搅拌焊接焊区的I/II型复合断裂研究

采用二维计算机视觉-数字图像比对技术,进行裂纹稳定扩展实时表面位移测量,定量分析了铝合金2024-T351母材及摩擦搅拌焊接后不均匀、各向异性的焊区的I/II型复合裂纹稳定扩展的断裂性能、临界COD及其分量CODI和CODII.并研究了母材及焊区裂纹的扩展路径.结果表明(1)距裂纹尖端后某一固定距离的临界COD可反映焊区的断裂韧性,(2)临界COD值反映复合裂纹的扩展受I型或II型裂纹扩展主导,(3)焊区的临界COD值对应地为母材的85%,(4)用数字图像比对技术分析I/II型裂纹的断裂性能是切实可行的一种新方法.     

10CrNi3MoV钢的机器人MAG焊焊接接头微观组织与疲劳性能

对20mm厚10CrNi3MoV钢用机器人进行多层单道熔化极活性气体(Metal Active Gas,MAG)保护焊焊接,采用光学显微镜(Optical Microsope,OM)观察焊接接头组织分布,采用硬度计和疲劳试验机分析焊接接头的硬度和疲劳性能.结果表明:焊接接头热影响区(Heat Affected Zone,HAZ)宽度小,其硬度比母材硬度高,HAZ没有造成焊接接头强度软化.二次热循环作用使得焊缝粗晶区晶粒显著细化,焊缝区维氏硬度(HV)谷值约为170,母材硬度约为250.焊接接头应力在屈服点80%时低周疲劳试验循环10 000次没有断裂,而在屈服点90%时循环3 254次后断裂,并且断裂发生在焊趾处.     

预拉伸变形后X60管线钢疲劳裂纹断口形貌分析

用扫描电镜(SEM)分析了X60管线钢在未变形和10%的预拉伸变形后循环载荷下的裂纹断口形貌.结果表明:在高应力比下,静载拉伸力学因素在断裂机制中占主导地位,随着应力比的降低,断口呈现疲劳断裂特征;随着加载频率的降低,MnS夹渣的数量和密度明显增加;疲劳断口呈现出典型的晶间断裂冰糖状形貌,但由于X60管线钢的晶粒细小,并不明显.