大角度激光填丝双面焊碳钢车体结构T形接头疲劳性能分析

针对2.5 mm和3 mm的碳钢材料的T形接头熔透焊接,采用ER50-G焊丝作为填充金属,对优化工艺参数焊接的T形接头的疲劳性能进行试验,对断口的宏观及微观断裂特征进行了分析。结果表明:指定寿命为1×10~7次循环下,激光填丝焊T形接头的中值疲劳极限σ_(0.1)为222.5 MPa;疲劳试件均断裂于焊趾部位,主要是由于该处存在较大的应力集中;断裂试件疲劳裂纹的启裂区和启裂扩展区具有典型的疲劳断裂特征,疲劳条带清晰,扩展区的大小随疲劳循环次数的增加而增大,瞬断区断口形貌均为大小不一的浅韧窝。研究结果可为激光填丝焊的车体结构工程化应用提供数据支持。     

不同形状的耐候钢T形角接接头疲劳性能研究

T形角接接头在铁路货车箱型结构中应用较为广泛,该接头处受力较为复杂,其疲劳性能对于整车安全有着关键作用。对不同形状Q450NQR1高强度耐候钢多层多道焊T形角接接头进行三点弯曲疲劳试验和疲劳断口扫描试验。结果表明：a10角焊缝、向外凸焊缝与向内凹焊缝焊接接头的中值疲劳极限由高到低依次为289 MPa、277.5 MPa、241 MPa。疲劳试件分别在焊趾或焊缝之间启裂,焊趾处裂纹向母材延伸。观察其断口形貌可知：各区域具有典型疲劳断裂特征,启裂区存在同扩展方向一致的清晰细密的条纹,此种条纹是一种呈向外放射状且具有一定高度差的撕裂棱。扩展区随疲劳循环次数的增加而扩大,裂纹呈河流状分布,终断区观察到大小深浅不一的韧窝,故判断断口为韧窝型韧性断裂。     

表面状态对6005A-T6铝合金双轴肩搅拌摩擦焊接头疲劳性能的影响

对采用双轴肩搅拌摩擦焊的两种不同焊前表面状态6005A-T6铝合金型材焊接接头进行脉动拉伸疲劳试验。断口疲劳断裂分析结果表明:焊前打磨时接头疲劳强度略高;焊前打磨状态对6005A-T6铝合金型材双轴肩搅拌摩擦焊接头疲劳强度影响不大。电镜扫描结果显示:两种类型接头试件宏观断裂形貌均为纤维状,启裂位置均集中在热影响区(焊核边缘),未出现明显缺陷;启裂区断口齐平光滑、疲劳源清晰;扩展区可观察到相互平行的塑性疲劳条带;终断区断口表现为韧性断裂,呈明显的等轴韧窝型。     

多次补焊对6061-T6铝合金T型接头疲劳性能的影响

对多次补焊下的高速列车用6061-T6铝合金T型接头进行三点弯曲疲劳性能试验,并对疲劳断口做了扫描观察与分析。结果表明:焊接接头指定寿命为1×107次的中值疲劳极限强度随着补焊次数的增加而下降,且补焊次数越多下降幅度越大。疲劳试验中的断裂试件均在焊趾处启裂,裂纹往母材方向延伸,其断口全貌呈纤维状;启裂区和扩展区疲劳纹清晰且较为粗大,但启裂源并不明显;终断区为浅韧窝型韧性断口。     

哈氏合金薄板激光填丝焊接接头高周疲劳性能

为了评价激光薄板填丝焊接接头的高周疲劳性能,利用升降试验法评价了指定2×10~6周次寿命的0.7 mm厚激光填丝焊接接头样件高周疲劳强度,借助扫描电子显微镜分析了断口及断裂位置。结果显示,激光填丝焊接接头的高周疲劳强度为396.6 MPa,断口形貌显示近无夹杂物,裂纹源区呈解理特征,裂纹主要为沿晶扩展,在裂纹扩展区呈现典型的疲劳条纹特征,且条纹间距随裂纹扩展长度的延长而加宽,瞬断区主要呈现与拉伸断口一致的韧窝形貌。观察断口截貌可知,裂纹主要在焊缝上表面焊趾附近萌生,并沿板厚方向扩展,在沿焊接方向扩展过程中会跨越熔合线,在焊缝区内和相邻母材区内扩展。     

05CuPCrNi钢薄板搭接接头疲劳性能研究

通过脉动拉伸疲劳试验及疲劳断口形貌分析,确定了不同厚度薄板05Cu PCr Ni耐候钢搭接接头疲劳性能最佳的焊接方法。结果表明:2 mm+2 mm和2.5 mm+2.5 mm的05Cu PCr Ni耐候钢胶接点焊、2 mm+2.5 mm的05Cu PCr Ni耐候钢塞焊时其搭接接头的疲劳性能最好;疲劳断裂试件均启裂于熔合区,启裂区无缺陷,熔合区应力集中大是断裂的主要原因,扩展区存在疲劳辉纹,终断区呈剪切韧窝+解理形态。     

激光填丝焊碳钢车体不等厚对接接头疲劳性能

使用2.5 mm+4 mm的碳钢材料和ER50-G焊丝进行不等厚对接接头的激光填丝焊试验,研究不等厚对接接头的疲劳性能和断口的宏观及微观形貌,并分析其断口特征。结果表明,在指定寿命为1×10~7次循环时,接头的中值疲劳极限σ_(0.1)为237.5 MPa。疲劳断裂发生在2.5 mm板一侧的焊趾处,断裂呈现典型的疲劳断裂特征,疲劳纹清晰,瞬断区断口形貌为大小不一的韧窝。该研究为激光填丝焊在碳钢车体制造上的应用提供了可靠的技术支撑。     

焊接工艺对6082-T6铝合金对接接头疲劳性能的影响

对6082-T6铝合金搅拌摩擦焊和MIG焊的对接接头分别进行脉动拉伸疲劳试验,并对试件的疲劳断口进行扫描电镜分析,结果表明:搅拌摩擦焊接头的疲劳极限较高,搅拌摩擦焊接头断裂位置主要集中在背面焊缝边缘; MIG焊接头断裂位置主要集中在热影响区。启裂区和扩展区疲劳纹清晰;终断区为深韧窝型韧性断口。     

5A90铝锂合金T形接头激光填丝焊接头组织性能分析

对2.5 mm厚5A90铝锂合金T形接头激光焊和激光填丝焊接头组织与性能进行了研究.结果表明,与不填丝相比,焊接过程中填充焊丝有效减少角焊缝咬边、下塌等缺陷,明显改善焊缝表面成形,同时增大了接头熔化区面积,提高了激光的吸收率;填丝还使得T形接头两侧角焊缝组织大小趋于相同,但组织相对粗大;接头抗拉强度接近提高20%,拉伸断口呈韧性断裂.     

不同返修次数对6082-T6铝合金对接接头疲劳性能的影响

对不同返修次数的高速列车用6082-T6铝合金搅拌摩擦焊对接接头进行脉动拉伸疲劳试验,并对疲劳断口进行扫描观察与分析。结果表明,焊接接头指定寿命为1×107次的中值疲劳极限随返修次数的增加而升高。搅拌摩擦焊返修两次时焊接接头的疲劳极限强度较高,疲劳试验中的试件断裂位置主要集中在背面焊缝边缘。启裂区和扩展区疲劳纹清晰,终断区为浅韧窝型韧性断口。     

AA6061填丝FSW T形接头特征及动静载特性分析

利用自主开发的填丝静止轴肩T形接头焊接工具开展了6061-T4铝合金填丝T形接头的焊接试验,获得了成形良好的无缺陷T形接头. 对接头内部成形、显微组织、硬度分布、静载强度及疲劳性能进行了测试与分析. 结果表明,接头轴肩影响区表面存在超细晶区,内部质量良好,焊核区不同位置填充材料与母材发生了不同程度的混合. 接头底板及筋板硬度较母材有不同程度的降低,拉伸测试中底板和筋板方向接头均断裂于热影响区,接头系数分别0.68和0.83. 过渡圆角明显提高了接头的疲劳性能,在2 × 106疲劳寿命下的具有90%置信度及97.5%存活率的特征疲劳强度可达101.4 MPa,远高于IIW建议的设计准则. 疲劳断口显示疲劳裂纹萌生于接头表面轴肩压入边缘,在交变载荷作用下向内部扩展,裂纹稳定扩展区可见明显的疲劳条带,断裂机制为穿晶断裂.     

TC4钛合金激光双光束焊T形接头疲劳性能及断裂机理

基于飞机机身壁板中T形接头在飞行过程中常因承受空气循环阻力而导致疲劳断裂的问题,分别采用激光双光束焊接技术和激光点焊接技术对TC4钛合金进行T形接头焊接,研究两种接头的显微组织特征、拉伸性能、疲劳性能及断裂机理。结果表明:利用两种不同激光焊接方法焊接后,熔合区组织均为针状α′马氏体组成的网篮组织;与激光双光束焊相比,激光点焊焊接接头网篮状组织中的α′网篮状组织的体积分数增大,针状α′马氏体尺寸增大且相间距减小。与母材拉伸性能相比,激光点焊接接头抗拉强度提高了5.5%,激光双光束焊接接头抗拉强度提高了5.8%。激光双光束焊接试件中值疲劳寿命提高2.23倍,主要原因在于网篮组织对焊接接头产生界面强化效果进而增加接头强度,而激光点焊试件的裂纹穿过焊点进入母材扩展导致试件的裂纹扩展抗力降低。     

不同装配条件下6005A-T6铝合金型材焊接接头疲劳性能

针对装配错边量参数如何影响搅拌摩擦焊接头的焊接质量和疲劳强度的问题,采用高速列车用6005A-T6铝合金作为母材,使用双轴肩对接方法制备了各种对接参数的BT-FSW接头,同时对各组疲劳断口进行了SEM分析。结果表明:随错边量的增加,接头指定1×10~7循环次数疲劳强度明显降低;当错边量控制在0.5 mm以内时,焊接接头的疲劳强度水平较高,在指定疲劳寿命下拥有更高的疲劳强度而不开裂;装配错边量超过0.8 mm时,疲劳强度迅速下降,且疲劳试件断裂位置多萌生于焊核边缘。SEM结果显示:启裂区疲劳源清晰,具有典型的疲劳断裂特征;扩展区疲劳纹与裂纹延伸方向垂直;终断区可观察到典型的纯韧窝状韧性断口。     

SMA490BW钢激光-MAG复合焊T型接头疲劳性能

对激光-MAG复合焊和MAG焊T型接头进行了四点弯曲疲劳试验,采用最小二乘法拟合疲劳S-N曲线,估算了两种焊接方法 T型接头循环寿命为107时的疲劳强度。试验结果表明,当循环基数为107次时,激光-MAG复合焊接头的疲劳强度较常规MAG焊接头提高17.5%。观察两种焊接方法的疲劳断口发现,断口位置在熔合区的焊趾处,裂纹扩展区疲劳辉纹明暗相交,既短又不连续,呈韧性疲劳断口特征。但激光-MAG复合焊疲劳裂纹扩展区撕裂棱凸出较大,裂纹扩展时所需的动力更大,断裂韧性更高。分析发现,焊趾处圆滑过渡和细小的熔合区微观组织导致激光-MAG复合焊T型接头的疲劳强度高于MAG焊。     

轨道车辆不锈钢车体激光焊部分熔透搭接接头疲劳性能研究

根据部分熔透搭接激光焊工艺特点和结合不锈钢车体侧墙结构,采用不同规格厚度及表面加工类型组合不锈钢进行部分熔透搭接激光焊,焊后对试样进行腐蚀和疲劳试验,以研究其疲劳性能。试验结果表明：疲劳裂纹均启裂于下板上表面的热影响区,并向下板内部扩展;在试样的宽度方向上,裂纹从下板一侧启裂,向另一侧扩展。疲劳断口扫描电镜分析发现,所有断口整个断裂界面比较粗糙,未观察到明显韧窝和腐蚀引起的点腐。在相同疲劳循环次数的条件下,激光焊部分熔透搭接接头疲劳强度随厚度增加而提高。腐蚀疲劳试验结果表明,在高载荷条件下,腐蚀时间对接头疲劳性能的影响较小;随着疲劳循环次数的增加,腐蚀对接头疲劳性能的影响逐渐增大。     

7050-T7451铝合金搅拌摩擦焊接头低周疲劳性能研究

对航空用5mm厚铝合金7050-T7451搅拌摩擦焊接头的低周疲劳性能进行了研究。在合适的焊接工艺参数及良好的焊接接头的基础上,进行了焊接接头的低周疲劳实验,得到了低周疲劳寿命表达式和应变-寿命曲线。用扫描电镜观察了疲劳断口的微观形貌并分析了疲劳断裂机理。结果表明：裂纹在接头底部启裂,沿前进侧热机影响区与焊核区的交界处扩展至断裂;试样在高应变下循环硬化和软化现象不明显;较低应变时有循环软化倾向。     

热矫正对Q345E低合金钢焊接接头疲劳性能的影响

通过脉动拉伸疲劳试验和断口形貌分析对不同火焰矫正温度的Q345E低合金钢焊接接头(去掉余高)的疲劳性能进行了研究。结果表明:随着矫正温度的升高,Q345E低合金钢对接接头的疲劳性能呈下降趋势,700、800、1000℃矫正的对接接头的疲劳强度与不矫正试件相比分别降低0、10和30 MPa,700℃矫正试件疲劳强度最好,1000℃矫正试件疲劳强度最低。试件的疲劳裂纹均从试件边缘处启裂,启裂区和扩展区具有典型的疲劳断裂特征,疲劳纹清晰并很粗,不矫正试件的终断区为准解理+韧窝型断口,矫正试件的终断区为韧窝型韧性断口。     

返修工艺对6005-T6铝合金型材搅拌摩擦焊接头性能的影响

在相同工艺参数下,对6005-T6铝合金型材双轴肩搅拌摩擦焊接头进行一次返修,并对其疲劳试件断口进行SEM扫描与分析。结果表明:返修后焊接接头的疲劳强度低于未返修焊接接头,随着应力的增大,从低应力区到高应力区,两种接头疲劳强度差异缩小;由升降法计算得未返修焊接接头疲劳极限为101.7 MPa,返修接头疲劳极限为75 MPa。断口分析表明:一次返修后疲劳试件未发现明显缺陷,断裂位置主要集中在母材,启裂区表面平滑,扩展二次裂纹少,疲劳纹清晰且粗大,终断区为韧性断口,可观察到大量浅韧窝。     

TA15钛合金薄板激光-TIG复合焊接头疲劳性能研究

针对复合热源焊接在钛合金航空结构件的应用,开展了2.5 mm厚TA15钛合金薄板激光-TIG电弧复合热源对接结构焊接试验。并对TIG焊接头、复合热源焊接接头和母材进行了疲劳测试分析,分别计算各自在不同应力水平下的中值疲劳寿命,采用扫描电镜(SEM)对复合热源焊接接头疲劳试样断口进行观察以了解断裂路径。结果表明:复合热源焊接接头疲劳断裂发生在热影响区,复合热源焊接接头疲劳寿命大于TIG焊接头,在560、672、784、896 MPa应力水平下时复合热源接头疲劳寿命分别为母材的91.5%、90.6%、82.7%、84%。。断口由疲劳源区、裂纹稳定扩展区和瞬断区组成,起裂源位于试件表面。     

6008铝合金不同焊接接头的组织和性能研究

采用熔化极惰性气体保护焊(MIG)、非熔化极惰性气体保护焊(TIG)和激光填丝焊(LBW)对6008-T7铝合金进行了焊接,并对焊接接头的拉伸性能、弯曲性能、微观组织和断口形貌进行了检测和分析。结果表明：三种焊接接头均具有良好的弯曲性能,拉伸试样的断裂机理均为韧性断裂。并且激光填丝焊焊接接头的焊缝区、熔合区晶粒更加细小,力学性能最佳。