TIG与FSW焊接工艺下2219铝合金疲劳裂纹扩展性能研究

目的 研究钨极惰性气体保护焊（TIG）和搅拌摩擦焊（FSW）对2219铝合金焊接接头疲劳性能的影响,并探究这2种不同焊接技术条件下焊接接头疲劳裂纹的产生与裂纹扩展原理,了解2种焊接接头的抗裂纹扩展能力,为工程实践应用提供数据参考。方法 采用疲劳裂纹扩展试验方法,测试上述2种焊接工艺条件下焊缝金属和热影响区组织的疲劳裂纹扩展速率da/d N和阈值,使用光学显微镜和扫描电子显微镜观察并分析金相组织和疲劳断口形貌特征。结果 疲劳裂纹倾向于沿裂纹处萌生,裂纹的存在成为主要的裂纹扩展源头,有利于加速裂纹向前延伸。热影响区由于组织结构不均匀,不同位置的晶粒尺寸存在明显差异,疲劳裂纹扩展路径倾向于沿靠近焊缝一侧向靠近母材区域扩展。TIG焊接工艺下焊缝金属和热影响区的裂纹扩展速率明显低于FSW焊接工艺下的焊缝金属和热影响区,与此同时,TIG焊接接头表现出优良的抗疲劳裂纹扩展性能。结论 通过此研究,建议2219铝合金焊接接头采用TIG焊接工艺,抗疲劳裂纹扩展效果更佳。     

GH4169合金焊接接头高温疲劳裂纹扩展性能试验研究

对GH4169合金焊接接头在650℃下的疲劳裂纹扩展性能进行了测试和分析.结果表明,疲劳裂纹扩展速率、初始裂纹尺寸、裂纹容限和温度对焊接接头的疲劳裂纹扩展寿命都有影响.母材及焊缝的疲劳裂纹扩展速率和裂纹容限均有较大的差异.     

2219铝合金TIG和FSW接头力学及疲劳性能

目的 研究钨极氩弧焊(TIG)和搅拌摩擦焊(FSW)对2219铝合金(母材)力学及疲劳性能的影响。方法 通过拉伸试验,得到了母材、TIG和FSW接头的抗拉强度和伸长率;通过疲劳性能试验测试了母材、TIG和FSW接头在不同应力下相应的疲劳寿命,根据疲劳试验结果绘制了其试样的S-N曲线;使用扫描电子显微镜观察并分析了疲劳断口的形貌特征。结果 未焊接的铝合金母材抗拉强度和伸长率最高,分别为506 MPa和15.92%;TIG接头抗拉强度和伸长率分别为330 MPa和7.65%,FSW接头抗拉强度和伸长率分别为310 MPa和8.74%。母材、TIG和FSW接头等3种疲劳试样在2×10⁶次循环下的疲劳强度分别为129、108、115 MPa,其疲劳断口均可分为裂纹源区、裂纹扩展区和瞬间断裂区,疲劳裂纹分别起始于试样表面的局部变形区、第二相夹杂物和“吻接”缺陷。疲劳裂纹扩展区的主要形貌为疲劳辉纹和二次裂纹,瞬间断裂区以脆性断裂为主。结论 TIG和FSW等2种焊接工艺均导致了2219铝合金的强度、塑韧性和疲劳性能降低,其接头表面的第二相夹杂物和“吻接”缺陷促进了疲劳裂纹的萌生。     

TC4钛合金焊接接头组织不均匀性与疲劳性能

对TC4钛合金电子束焊接四种典型熔凝区形状(钉形、漏斗形、楔形和钟罩形)焊接接头的微观组织进行了观察分析,并采用多晶局域梯度模型表征焊缝组织不均匀性,通过疲劳实验,建立焊接接头的组织不均匀性和疲劳性能的关系。结果表明:焊缝上端纵向柱状晶长度尺寸梯度变化较大的楔形形貌焊接接头疲劳寿命较低,梯度变化较小的钟罩形焊缝形貌接头疲劳寿命较高;疲劳裂纹多萌生于横向区域硬度梯度变化较大的热影响区和熔合线区域。     

HT80钢焊接接头在几个应力比之下的疲劳裂纹扩展速率和门槛应力强度因子

采用200毫米宽的中心裂纹试样测量了焊接接头和基体金属的疲劳裂纹扩展速率和门槛应力强度因子。业已发现,不管裂纹在哪种区域扩展(即热影响区和焊缝金属区)和采用何种焊接工艺(埋孤焊和金属极气体保护电孤焊),焊接接头的疲劳裂纹扩展速率都是相似的。然而,焊接接头的疲劳裂纹扩展性能要比基体金属的差。通过对裂纹闭合情况的观察,揭示了这样的事实:疲劳裂纹在整个加载过程中是完全张开的,这是由于焊接接头中间部分的残余应力分布处于拉伸状态之故。这种观察也解释了应力比对焊接接头疲劳裂纹扩展性能的影响不大及以焊接接头的疲劳裂纹扩展性能之所以比基体金属的差的原因。     

疲劳裂纹在奥氏体／铁素体异种钢接接头中的扩展行为

采用三点弯曲试样研究了疲劳裂纹在奥氏体 /铁素体异种钢焊接接头中的扩展行为与显微组织的关系 ,测得疲劳裂纹在 Cr2 5 Ni13/ 13Cr Mo44异种钢焊接接头中的扩展速率 da/ d N,并且讨论了疲劳裂纹扩展与显微组织之间的关系。实验结果表明 ,疲劳裂纹在异种钢焊接接头熔合区中扩展的路径 ,是接头中韧性最低的热影响区过热区 ,裂纹在铁素体材料侧 ,跟随熔合线并平行于熔合线 5～ 2 5 μm扩展 ,而马氏体层对疲劳裂纹有较大的抗力 ,疲劳裂纹的扩展路径主要受组织韧性的控制。疲劳裂纹在 Cr2 5 Ni13/ 13Cr Mo44异种钢接头的扩展速率为 :da/ d N=7.0 7× 10 - 1 3(△ K ) 3.86 3     

疲劳裂纹在奥氏体/铁素体异种钢焊接接头中的扩展行为

采用三点弯曲试样研究了疲劳裂纹在奥氏体/铁素体异种钢焊接接头中的扩展行为与显微组织的关系,测得疲劳裂纹在Cr25Ni13/13CrMo44异种钢焊接接头中的扩展速率da/dN,并且讨论了疲劳裂纹扩展与显微组织之间的关系。实验结果表明,疲劳裂纹在异种钢焊接接头熔合区中扩展的路径,是接头中韧性最低的热影响区过热区,裂纹在铁素体材料侧,跟随熔合线并平行于熔合线5～25μm扩展,而马氏体层对疲劳裂纹有较大的抗力,疲劳裂纹的扩展路径主要受组织韧性的控制。疲劳裂纹在Cr25Ni13/13CrMo44异种钢接头的扩展速率为：da/dN=7.07×10-13(△K)3.863。     

FV520B不锈钢角焊缝接头的组织和断裂机理

通过对焊接接头疲劳断口的观察研究,讨论了控制接头疲劳失效的疲劳机理。实验研究了焊接接头的母材、焊缝及热影响区的微观组织形态。结果发现:母材组织为细小均匀的板条马氏体及弥散分布的第二相粒子,而焊缝区为粗大的板条马氏体及少量的第二相颗粒。组织特征的区别证明母材综合力学性能优于焊缝。     

BT20钛合金激光焊接接头的断裂韧性研究

对BT20钛合金及其激光焊接接头的断裂韧性进行了研究.同时分析了合金及激光焊接接头的硬度分布及显微组织.断裂实验表明,除了一个焊接接头紧凑拉伸(CT)试样是脆性启裂外,其它CT试样均在裂纹延性启裂并缓慢扩展后,发生脆性失稳断裂.母材的断裂韧性明显高于焊接接头,轧制方向对母材断裂韧性的影响不明显.焊接热影响区的断裂韧性介于母材和焊缝金属之间.本研究采用的焊后热处理没有改善焊接接头的断裂韧性,还有进一步恶化的趋势.添加活性剂对焊缝金属的断裂韧性没有明显作用,但对延性裂纹扩展长度有所改善.     

固溶氢对TA15钛合金电子束焊接头疲劳扩展寿命的影响

对TA15钛合金电子束焊接试样充氢,研究了氢对其显微组织形态和接头疲劳扩展寿命的影响。结果表明:充氢含量低于0.105%时,氢以固溶态存在于合金中,并未形成氢化物;母材抗疲劳扩展的能力高于焊缝区;随着充氢含量的增加,接头的疲劳寿命大幅下降。其原因是,微量氢的存在降低了TA15合金的韧性,固溶氢提高了疲劳裂纹的扩展速率。氢在边界处的聚集加速了焊接接头内裂纹沿马氏体束边界的扩展,导致在断口形成了团结构这一特殊组织形态。     

微观组织与裂纹闭合效应对40CrNiMo钢疲劳短裂纹扩展的影响

对具有粗、细晶粒组织的40CrNiMo 钢进行了疲劳短裂纹扩展试验研究。试验和分析结果表明,短裂纹扩展的偏折强烈,裂纹闭合效应较小。粗晶组织比细晶组织的裂纹偏折更大,粗糙度诱发闭合效应更强,因而裂纹扩展较幔。微观组织通过对闭合效应的作用进而影响了疲劳短裂纹的扩展行为。     

Establishing criteria for root and toe cracking of load carrying cruciform joints of pressure vessel grade steel

In this investigation an attempt has been made to establish a criterion to forecast the possible crack initiation region (toe or root) in double fillet welded load carrying cruciform joints and also to know the probable failure mode. Cruciform joints were fabricated from pressure vessel grade (ASTM 517 ‘F’ grade) steel using shielded metal arc welding (SMAW) and flux cored arc welding (FCAW) processes. Fatigue crack growth experiments were carried out in a mechanical resonance vertical pulsator (SCHENCK 200 kN capacity) with a frequency of 30 Hz under constant amplitude loading (R=0). It was found that the fatigue crack initiation lives (root crack or toe crack) were relatively lower in the joints fabricated by FCAW process than the joints fabricated by SMAW process.     

Fracture toughness and fatigue crack growth in Ti‐6Al‐4V friction stir welds

Friction stir welding of titanium holds the promise for producing joints with microstructures and mechanical properties that are more comparable to wrought material than traditional fusion welding processes. Extensive data exist on the microstructure and static mechanical properties of titanium friction stir welds, but very little are available on the durability (fatigue) and even less on the damage tolerance (fracture toughness and fatigue crack growth). This paper presents the results of an investigation into the damage tolerance of friction stir welds made in 6 mm thick Ti‐6Al‐4V after a post‐weld heat treatment. It was found that the apparent fracture toughness was lower than the wrought base material, 7–25% depending on the crack orientation relative to the weld, but the crack growth performance (ΔK vs. da/dN) of the weld in the absence of weld‐induced residual stresses was identical to the base material.     

Inconel 82焊丝焊接Incoloy 800H合金的工艺研究

Incoloy 80 0H合金焊接时有一定的热裂倾向。通过分析Incoloy 80 0H合金的焊接性 ,选用Inconel82作为填充焊丝 ,并通过焊接工艺试验制定了合理的焊接工艺 ,使焊接热裂得到了控制。并对其焊缝组织、力学性能等进行了分析 ,论证了该焊接工艺的可行性     

给水管座开裂原因分析

锅炉锅筒的给水管座与锅筒在焊接和消除应力热处理后经探伤检查发现沿焊缝有环向裂纹,并扩展至给水管座的内壁形成纵向裂纹。采用化学成分分析、宏观和微观检验以及力学性能分析等方法对给水管座的裂纹产生原因进行了分析。结果表明：由于焊接工艺规范控制不当,未及时进行消氢处理,焊件的碳当量提高具有明显的淬硬倾向,焊接结构和较大的焊件厚度引起拘束应力等综合作用产生了延迟裂纹。     

淬火微观组织对重轨钢疲劳裂纹扩展速率的影响

以U75V重轨钢CT(Compaction test)试样为研究对象,分别研究了冷速为3℃/s、5℃/s及空冷轧态的组织对稳定区(疲劳扩展Ⅱ区)疲劳裂纹扩展速率的影响,疲劳试验在高频共振疲劳试验机上进行。研究结果表明:疲劳裂纹扩展速率随着珠光体片层间距的减小而降低,冷速由大到小(5℃/s、3℃/s、空冷)所对应的n值分别为3.603 05、3.631 18和3.885 28;珠光体组织的疲劳裂纹断裂形式主要以穿晶断裂为主,同时伴随部分沿晶断裂;片层间距影响裂纹扩展路径的偏折程度,偏折程度随片层间距的减小而增大,增大的裂纹偏折路径对裂纹扩展的阻碍作用增强,有利于疲劳裂纹扩展速率的降低。     

Micro-crack initiation at tip of a rigid line inhomogeneity in piezoelectric materials

For the square-root singularity shear stress found at the tip of a rigid line inhomogeneity (an anti-crack) in piezoelectric media, one possible way of releasing high strain energy is to initiate a micro-crack at the inhomogeneity tip. In our current study, a dislocation pileup model for micro-crack initiation at the inhomogeneity tip is proposed based on Zener-Stroh crack initiation mechanism. An interesting and important physical result that emerges from the analysis is that the critical stress intensity factor for the anti-crack (the line inhomogeneity) can be related to the fracture toughness of a conventional Griffith crack in the same material. Analytical results further show that under mechanical loading, the critical stress and electric displacement intensity factors of an anti-crack are only related to the corresponding intensity factors of stress and electric displacement of the crack, respectively. While if the anti-crack is under displacement loading (with net dislocation pile-up at the inhomogeneity tip), the critical stress and electric displacement intensity factors of an anti-crack depend on both of the total mechanical dislocations b_T and electricity dislocations b_D.     

6061-T6 铝合金激光焊接接头腐蚀疲劳裂纹扩展

目的研究6061-T6铝合金激光焊接接头的腐蚀疲劳裂纹扩展特性,并分析裂纹扩展的影响因素。方法利用光纤激光器,焊接尺寸为150 mm×100 mm×4 mm(焊接方向、横向、熔深方向)的6061-T6铝合金,采用SE(B)三点弯曲疲劳裂纹扩展试验并利用连续降K法,分别在空气和人工海水中进行疲劳裂纹扩展试验,通过使用金相显微镜(OE)和扫描电子显微镜(SEM),对金相结构进行观测分析。结果同样工艺参数的焊接接头,在海水中疲劳裂纹门槛值(4.063 016 MPa·m~(0.5))大于空气中的门槛值(3.479 166 MPa·m~(0.5));在疲劳裂纹扩展中速区(da/dN10~(-5) mm/cycle)时,海水焊接接头疲劳裂纹扩展速率大于空气中的,低速区(da/d N10~(-5) mm/cycle)则小于在空气中的。结论成形良好的焊缝、晶粒细小的焊缝组织有助于接头疲劳裂纹扩展性能的提高;中速区,海水中疲劳裂纹扩展速率偏大,主要是由腐蚀条件下焊缝裂纹尖端阳极溶解和交变载荷共同作用导致;低速区,海水中疲劳裂纹扩展速率偏小,主要原因是腐蚀产物堆积于疲劳裂纹扩展尖端,产生较强裂纹闭合效应。     

Finite element computation of fatigue growth rates for mode I cracks subjected to welding residual stresses

This paper presents a finite element modeling procedure for predicting fatigue crack growth rate in butt welds subject to mode I loading condition. Sequentially coupled three-dimensional thermal–mechanical finite element model to simulate welding residual stress was first developed. The weld-induced residual stress effect on the fatigue crack growth rate was then modeled by calculating the stress intensity factor due to the residual stress field based on the superposition rule of the linear elastic fracture mechanics. The results demonstrated the significance of the residual stresses in assessment of the fatigue crack growth rate in the welds.