基于显微组织的多层焊接接头断裂韧性试验研究

对NiCrMoV钢多层焊接接头进行了准静态断裂性能试验,试验中发现埋弧焊焊缝断裂韧性J值分散性较大。根据焊接试样韧性断裂和脆性断裂的情况,分组拟合J-R阻力曲线和计算有pop-in效应的尺寸敏感断裂韧度Jc(25)值。分别对呈现韧断和脆断的多层焊接试样断口的启裂部分进行扫描电镜分析,发现多层焊接焊缝的断裂韧性与试样预制裂纹尖端在焊缝接头中的位置有很大关系。对多层焊接接头各组织的成因以及对断裂韧性的影响进行了分析和研究,可知多层焊缝的粗大柱状晶、再结晶粗晶和再结晶细晶区交替存在的复杂组织是焊接接头断裂韧性分散性大的根本原因。     

核压力容器接管安全端堆焊修复对失效评定曲线的影响

核压力容器接管安全端异种金属焊接接头在服役中通常会产生高温高压水环境下的应力腐蚀裂纹扩展。目前减轻和修复这种裂纹的技术为在安全端管接头外表面堆焊一层更抗腐蚀的镍基合金(Alloy52M)材料。通过ABAQUS有限元分析,构建了堆焊修复后结构的失效评定曲线,分析了堆焊层厚度、裂纹深度和裂纹位置对失效评定曲线的影响。结果表明:随着堆焊层厚度的增加、裂纹深度的减小及裂纹位置向接管嘴的移动,失效评定曲线上移,结构的安全性增加。当对堆焊修复接头区的裂纹进行评定时,需要建立与堆焊修复后安全端结构尺寸、裂纹尺寸、裂纹位置和材料性能相关的准确的失效评定曲线。     

几何和材料拘束与高匹配焊接接头断裂韧性的统一关联

采用数值计算方法研究了拘束参数A_p对高匹配窄间隙焊接接头面内/面外几何拘束和材料拘束的统一表征能力,以及参数A_p与接头不同位置裂纹断裂韧性的可关联性。结果表明,几何和材料拘束对高匹配窄间隙焊接接头的J-R阻力曲线和断裂韧性J_C具有显著的影响。参数A_p可以统一地表征该种接头不同位置裂纹的面内/面外几何拘束及由材料强度失配引起的材料拘束,基于A_p可建立统一拘束与接头断裂韧性的关联。计算得到了不同位置裂纹的标称断裂韧性J_C/Jref与A_p的关联式。     

CAP1400核电站接管和安全端焊接变形与残余应力研究

系统研究了CAP1400核电站接管和安全端模拟件焊接变形与残余应力分布特点。接管和安全端在焊接过程中焊接变形主要集中于焊接的初始阶段,焊接1/4厚度时,变形量为3 mm左右,焊接完成后,焊缝收缩量高达4.5 mm。盲孔法测试结果表明,在整个接管和安全端焊接接头内,环向与轴向焊接残余应力均为拉应力。焊接残余应力的最大值位于安全端镍基堆焊层与对接焊缝熔合线附近,测试结果达到500 MPa。     

双金属接头界面裂纹几何拘束与断裂韧性的统一关联

针对均质材料A508合金钢定义了可表征面内/面外几何拘束的统一拘束参数Ap,但在双金属接头或异种金属焊接接头中,除了存在面内/面外几何拘束外,还存在材料性能失配引起的材料拘束。针对均质材料定义的统一拘束参数Ap能否同时对几何拘束与材料拘束进行表征还需要进一步的研究。采用有限元数值模拟的方法,对不同面内、面外拘束的双金属接头界面裂纹尖端的等效塑性应变等值线所围面积进行了计算;并用嵌含有GTN损伤模型的有限元法计算了不同拘束状态下双金属接头界面裂纹的J-R阻力曲线和延性断裂韧性。之后,分析了Ap作为几何拘束与材料拘束统一表征参数的可行性。结果表明:Ap可作为统一拘束参数对几何拘束和材料拘束同时进行表征,并可用其建立双金属接头中几何拘束与断裂韧性之间的统一关联线。     

应力状态,温度和腐蚀介质对X52 ERW输送管断裂韧性的影响

从国产Ｘ５２直缝电阻焊输送管上取三点弯曲试样对焊缝进行了Ｊ积分试验。结果表明,无侧槽试样具有高的断裂韧性和裂纹扩展阻力,相比之下,带侧槽试样断裂韧性和裂纹扩展阻力大幅度降低。     

外拘束对接管-安全端焊接接头残余应力和变形的影响

接管与安全端的连接是核岛一回路相关设备中典型的焊接接头,利用有限元法探究了外拘束对焊接接头残余应力分布和变形的影响。结果表明,由于接管侧固定,安全端侧的拘束状态明显影响残余应力,若焊接过程中安全端不受外拘束,则接头轴向弯曲明显,焊缝根部由于弯曲效应发生应变硬化,导致根部存在较大的轴向拉伸残余应力;若焊接中安全端进行固定且焊完去除拘束,则可有效抑制焊接接头的弯曲效应,降低焊缝根部的轴向拉伸应力,而环向残余应力仅略有增大,且主要集中在管壁中间位置,同时近外壁和近内壁区域的峰值环向应力也没有明显增大。     

0.8设计系数用X80管线钢焊接接头的失效评估曲线

根据GB 2038-1991,对0.8设计系数用X80管线钢焊接接头母材及焊缝进行了三点弯曲试验,据此进行断裂韧性及失效评估曲线(建立R6-3失效评估曲线,并与R6-1曲线和R6-2曲线进行了比较)的研究。结果表明:根据J-R阻力曲线测得X80管线钢母材和焊缝的断裂韧度分别为1 080,298kJ·m-2;在高载荷下,母材的R6-3失效评估曲线比焊缝的略高,这是由于母材具有较高的塑性;R6-3曲线的安全范围最大,能够精确反映材料性能、加载类型及构件形状,精度高于R6-1和R6-2曲线的,能够更好地发挥材料的性能。     

材料拘束相关的J-R阻力曲线的构建

材料的J-R阻力曲线受裂尖拘束的影响。为在结构完整性评定中准确纳入这种影响,需要构建材料拘束相关的J-R阻力曲线。基于新发展的面内与面外统一拘束参数Ad,定义了一个载荷无关的统一拘束参数A_d~*。用有限元法计算了不同拘束试样在不同J积分下的A_d~*值,验证了A_d~*的载荷无关性。基于参数A_d~*和不同拘束试样的J-R阻力曲线,研究了构建材料拘束相关的J-R阻力曲线的方法,并得到了核电压力容器A508钢和X80管线钢的拘束相关的J-R阻力曲线的数学方程。通过方程预测的J-R阻力曲线与数值模拟曲线和试验曲线的对比,验证了方程预测的准确性。所构建的J-R阻力曲线方程可用于结构(如压力容器、管道等)的延性撕裂及裂纹扩展稳定性评定,以提高传统不考虑拘束评定的精度。     

LY12CZ铝合金及其搅拌摩擦焊接头断裂性能试验研究

结合多年断裂韧性测试试验的经验,研究了较薄板材C(T)试验件测定KR曲线和断裂韧性的注意事项。通过试验测定了LY12CZ铝合金及其搅拌摩擦焊接接头的KR曲线和断裂韧性,并通过金相显微镜对焊接接头的显微组织进行了观察。试验结果表明,由于焊缝中心处的致密再结晶微观组织,搅拌摩擦焊接接头的断裂韧性明显高于母材,且裂纹垂直于板材轧制方向的母材和焊接接头试验件,断裂韧性均高于裂纹平行于板材轧制方向的试验件。此外,试验结果表明C(T)试验件的断裂韧性值与面内尺寸有关,尺寸越大,断裂韧性值越高。     

搅拌摩擦焊缝类型对接头拉伸性能及断裂特征的影响

采用三种不同针长的搅拌头对6082-T6铝合金板材进行焊接,获取三种类型的焊缝,即未透对接焊缝、已透对接焊缝和对-搭组合焊缝,通过对焊缝金相观察、拉伸测试和断口分析,得到焊缝类型对接头拉伸性能及断裂特征的影响规律。不同类型焊缝的表面成形区别不大,但内部成形各有特点。未透对接焊缝根部界面处形成未焊合缺陷;已透对接焊缝中无缺陷;对-搭组合焊缝后退侧和前进侧形成“钩状”缺陷。拉伸测试表明,未透对接接头拉伸性能最低,裂纹在未焊合处产生并沿焊核区扩展,接头下部呈现剪切断裂特征,接头上部呈现准解理和剪切混合断裂特征;已透对接接头拉伸性能最高,断裂位置位于前进侧热机影响区,断口呈现出典型的剪切断裂特征;对-搭组合接头拉伸性能居中,裂纹在前进侧“钩状”缺陷处产生并沿焊核区扩展,断口形貌与未透对接接头相似。     

力学性能不均匀性对焊接接头三点弯曲试样塑性区发展规律的影响

利用弹塑性有限元方法对焊接接头试样在三点弯曲试验中塑性区的发展情况进行了计算。分析了不同的裂纹深度、强度组配，焊缝宽度以及不同位置裂纹的焊接接头试样对塑性区形状发展的影响规律。分析结果显示，不同强度组配和几何特征的焊接接头试样对裂纹尖端塑性区的发展规律有较大的影响，由于裂纹尖端拘束程度的不同会造成塑性区的形状和尺寸的改变，因此在做焊接接头试样三点弯曲试验时，可能会得出与均质材料试样不同的驱动力曲线     

焊接接头母材区断裂韧度COD特征值研究

采用三点弯曲试样对ＡＰＩＸ５２管线钢焊接接头母材金属区断裂韧度ＣＯＤ特征值进行了测试研究。研究结果表明，焊缝金属的力学性能对母材金属的起裂韧工，裂纹扩展阻力，撕裂模量及延伸区宽度有很大的影响，其影响程度取决于裂纹离焊缝的距离，离焊缝愈近，影响愈大，裂纹尖端的延伸区宽度和起裂韧度具有良好的线性关系。     

力学不均匀性对焊接接头动态J积分影响的实验研究

用真空电子束焊的方法建立焊接接头的“软夹硬”非均匀体模型。用示波冲击的试验方法测出试件的动态断裂韧性,用该模型研究了焊接接头的力学不均匀性对其动态J积分的影响。结果表明,裂纹位于硬区材料,断裂韧性值理接近硬区材料,与软区材料的断裂韧性值差别较大;随夹层宽度增加,断裂韧性值减小,夹层宽度到某一值时,断裂韧性值趋于稳定。     

Comparative study of toughness between the AH 40 fatigue crack arrester steel and its weld metal in the case of robotic metal-cored arc welding

The current investigation aims to scrutinize the impact and fracture toughness of the AH 40 fatigue crack arrester (FCA) steel and its weld metal, when welded with the metal-cored arc welding technique (MCAW). Initially, macroscopic observation and microstructural characterization were carried out in the areas of interest. Subsequently, the impact toughness was determined with the use of the Charpy V-notch test (CVN) at various temperatures, while the values of the absorbed energy (KV), the percentage of shear fracture (PSF), and the lateral expansion (LE) were recorded. Moreover, the ruptured surfaces were examined with a scanning electron microscope (SEM). Finally, the crack tip opening displacement (δ) parameter was estimated at room temperature by fracture toughness testing. The obtained data led to the quantification of the toughness parameters, when dynamic or quasistatic load is applied, while the combined effect of several factors to the degradation of the weld metal toughness was elucidated. The ductile to brittle transition curve and the crack tip opening displacement in the weld metal appeared to be lower than inside the unaffected material. Nevertheless, fracture toughness properties were evaluated within acceptable limits in all cases.     

Modelling the effect of HAZ undermatching on the crack-tip stress distribution in idealized welds

In order to study the influence of the heat-affected zone softening on the fracture behaviour of welds with cracks in the weld metal centre line, a large variety of weld geometries and undermatch conditions of the heat affected zone mechanical properties, relative to the weld metal and base material, were addressed in this study. With this aim, the opening stress distribution in notched welded specimens was analysed using the numerical simulation of the three-point bending test. The numerical results show a reduction in the stress levels ahead of the crack tip for welded specimens with severe heat-affected zone undermatch. The stress distribution is strongly influenced by the crack position relative to the weld material/heat-affected zone interface, independently of heat-affected zone width.     

不同强韧性组配的16Mn钢焊接接头的断裂性能和裂行为

对16Mn钢不同组配焊接接头的断裂性能和断裂行为进行了试验研究。认为在高应力塑性断裂和高应力脆性断裂状态下,16Mn钢接头的断裂强度为焊缝强度和接头各部分塑性变形能力所决定,提高焊缝强度以及提高焊缝和母材的塑性均有利于提高接头的抗断裂能力;在低应力脆性断裂状态下,接头的抗断裂性能是可以根据焊缝的低温冲击韧度进行评价的。焊接接头各部分塑性变形能力及其相互关系对焊接接头的断裂行为具有不可忽视的影响,是评价接头断裂性能的重要依据。     

轴向拉力对铝合金拉拔式摩擦塞焊接头组织及力学性能的影响

拉拔式摩擦塞补焊是一种固相连接技术,具有接头强度高,焊后残余应力和变形小等优点,在航天领域具有潜在的应用前景。研究轴向拉力对2A70铝合金拉拔式摩擦塞焊焊接成形及接头性能的影响,并分析焊接缺陷、微观组织及断口形貌特征。结果表明,轴向拉力在20~30 kN范围内能够得到良好的焊缝成形;轴向拉力为20 kN时,结合界面存在未焊合缺陷;轴向拉力提高至22 kN及以上,未焊合缺陷完全消除;轴向拉力提高至28~30 kN时,塞棒与母材形成完好的冶金结合,焊接接头的抗拉强度可达到376 MPa,接头系数为83.6%。当轴向拉力较低时（22~25 kN）,结合界面上易出现弱结合缺陷,微观特征为沿结合界面断续分布的微孔,可导致接头抗拉强度和断后伸长率下降;焊接接头中,塞棒侧热影响区硬度值最低,分析表明该区域的晶粒形态和尺寸未发生明显变化,但θ'相部分溶解,θ相发生粗化,导致局部强度下降;断口形貌显示,在优化参数下断口呈现韧性特征。研究结果可为铝合金拉拔式摩擦塞补焊工艺及机理分析提供借鉴和参考价值。     

Ca-Ni-Ti-Bi多元微合金化铸铁同质气焊丝的焊接性能研究

采用多元微合金化铸铁同质气焊丝对HT250铸铁板材进行了气焊研究，测试和分析了焊接接头的硬度、抗裂性和机械加工性能。研究结果表明：接头颜色和硬度与母材一致，焊缝组织为珠光体加小团状石墨，抗裂性能良好，机械加工性能优良。     

LZ92镁锂合金激光焊接接头的显微组织与力学性能

采用CO2激光焊接厚度为2 mm的LZ92镁锂合金板,研究了焊接接头的显微组织、物相组成、显微硬度与拉伸性能.结果表明:LZ92镁锂合金焊接接头成形良好,焊缝中无明显气孔、裂纹等缺陷;母材与焊缝的物相组成相同,由α相、β相和中间相Mg7Zn3组成;母材由等轴状β相和枝晶状与颗粒状α相组成,热影响区由粗大的β相和少量细小...