超声冲击对Q460高强钢焊接接头残余应力及组织性能的影响

以Q460高强钢焊接试板为研究对象,采用超声冲击处理接头表面,研究超声冲击对焊接残余应力及组织性能的影响。研究结果表明:超声冲击可以有效降低焊接残余应力,并使拉应力转化为压应力;超声冲击消除了焊缝与母材过渡区域的凹坑与尖角,焊趾处变得圆滑;超声冲击细化了表层晶粒,细化层深度约120 μm;超声冲击后表面显微硬度提高了40 HV0．2,硬化层深度约2 mm。     

Q460高强钢焊接T形截面纵向残余应力分布

采用分割法测量了4个Q460高强钢焊接T形截面的纵向残余应力分布;借助通用有限元程序ANSYS,采用热-结构耦合分析方法模拟钢板的切割和焊接过程,将数值模拟获得的纵向残余应力与试验值进行对比,从而验证有限元分析过程的正确性;基于有限元方法获得更多不同截面尺寸的Q460高强钢焊接T形截面纵向残余应力分布,对丰富的数据进行汇总分析,重点研究板件宽厚比和板厚对残余应力大小及分布的影响.结果表明,残余拉应力分布在焊缝周边区域、翼缘和腹板外伸端,残余压应力则分布在翼缘外伸段中部及腹板中部区域;残余拉应力与板件宽厚比和板厚均无关,残余压应力与板件宽厚比和板厚成反比;翼缘和腹板的残余应力均达到自平衡.提出的Q460高强钢焊接T形截面纵向残余应力分布模型,可为后续钢压杆的整体稳定承载力数值分析提供重要参考.     

Q960高强钢焊接接头组织及力学性能

使用电弧焊和激光-电弧复合焊2种焊接工艺对高强钢Q960钢板进行对接焊试验,焊接材料选用遵循等强匹配原则,对焊接接头金相组织、拉伸性能、冲击韧性以及耐蚀性进行了试验评价和分析,结果表明：焊接接头抗拉强度和冲击吸收功均满足Q960板材标准要求;电弧焊焊缝中心为铁素体和粒状贝氏体组织,断裂发生于焊缝,选用激光-电弧复合焊工艺后,焊缝中心主要为板条贝氏体组织,强度提高,拉伸试样断裂于母材。周期浸润腐蚀试验结果表明：Q960钢焊接接头耐腐蚀性与耐候型S355钢焊接接头耐腐蚀性相当。     

激光冲击处理对焊接接头力学性能的影响

上文对GH30、1Cr18Ni9Ti焊缝进行了激光冲击处理,试验发现激光冲击处理提高G30焊接接头强度12％,仅对疲劳寿命影响不明显;冲击提高1Cr18Ni9Ti焊接接头强度仅为5％,但提高疲劳寿命300％以上。为作进一步分析,本文测试了两种金属焊缝在有无激光冲击处理条件下的表面显微硬度分布和残余应力状态,并对GH30试件疲劳断口进行扫描电镜分析。经分析发现,激光冲击处理能显著提高GH30焊缝表层的显微硬度,也可以提高抗拉强度并获得较高的表面残余压应力,因此强化区域能抑制疲劳裂纹的萌生和扩展,降低裂纹扩展速率,但由于焊缝较宽,激光冲击光斑未能完全覆盖焊缝及热影响区,部分未冲击区域影响了疲劳寿命的提高。1Cr18Ni9Ti在等离子焊接过程中产生相变马氏体,减弱了激光冲击处理产生形变马氏体对提高显微硬度的作用,因此对抗拉强度影响不大,但激光冲击处理可以使焊缝表面获得较高的表面残余应力,因此能明显提高疲劳寿命。     

去应力退火处理对310S钢焊接接头残余应力与力学性能的影响

采用钨极氩弧焊对310S耐热不锈钢进行焊接试验,并对其接头进行去应力退火处理,采用金相显微镜、残余应力仪、拉伸试验机等测试热处理前后焊接接头的显微组织、力学性能与残余应力演变规律。结果表明:在600℃进行退火处理时,随着保温时间的增加,残余应力被消除的程度逐渐加大;由于去应力退火温度未达到其再结晶温度,因此,热处理后焊接接头的显微组织与力学性能变化不明显。     

激光冲击处理对奥氏体不锈钢薄板焊接接头表面残余应力的影响

利用激光冲击对AISI202奥氏体不锈钢薄板焊接接头进行了表面强化处理,采用X射线衍射法测定其激光冲击处理后的表面残余应力,分析了单次冲击和搭接冲击两种工艺下焊接接头表面残余应力场分布。结果表明,经搭接激光冲击处理后,AISI202焊接接头显微硬度提高了约50%,纵向残余压应力σx达到395 MPa,横向残余压应力σy达到456 MPa,显著增强表面残余压应力,并使得残余压应力趋向均匀。     

焊接材料对Q550高强钢焊接接头组织的影响

根据Q550高强钢的焊接特点,研究了在不预热条件下ER50-6和MK·G60焊丝对Q550高强钢焊接接头显微组织的影响。结果表明,采用ER50-6焊丝焊接得到的焊缝组织为先共析铁素体、针状铁素体、珠光体和粒状贝氏体,熔合区断口有大量韧窝,表现为明显的韧性断裂特征;采用MK·G60焊丝的焊缝显微组织主要为贝氏体和大量的针状铁素体,接头熔合区断口形貌主要呈山谷状,具有准解理断口的特征,存在撕裂棱。     

预热温度对Q460焊接温度场及残余应力的影响

利用ANSYS有限元分析软件,分析了无预热、预热温度为150℃和200℃时Q460焊接温度场和应力场的分布情况。运用单元生死技术和APDL语言,采用映射网格划分及双椭球热源模型模拟焊缝金属的逐步填充过程。结果表明,预热温度升高,工件最高温度增加,冷却速率减小,模拟结果和理论分析结果吻合较好,证明了模型的可靠性;预热温度为200℃时,焊接件残余应力最小,焊接接头质量较好。     

Q800高强钢焊接工字形截面残余应力试验分析

为研究Q800高强钢焊接工字形截面的纵向残余应力分布规律,采用线切割法对4个试件进行试验研究,分析腹板和翼缘板件宽厚比对残余应力的影响,研究各板间残余应力的相互影响及其自平衡性,提出Q800高强钢焊接工字形截面的残余应力分布模型和计算公式. 结果表明,Q800高强钢工字形截面的残余应力分布形式与普通强度钢材的一致. 焊缝和火焰切割边附近呈现残余拉应力,且随着宽厚比的变化呈不规律变化;翼缘外伸部分中部和腹板中部都呈现基本恒定的残余压应力,且随着板件宽厚比的提高而相应减小;其余部位是从残余拉应力到残余压应力转变的过渡区域;翼缘和腹板内的残余应力基本满足自平衡条件,二者没有相互间的影响作用.     

激光冲击强化对AISI202不锈钢焊接接头残余应力的影响

采用两种冲击方式对AISI202不锈钢焊接接头表面进行激光冲击强化处理,利用X射线应力仪测试了激光冲击强化处理后焊接接头的残余应力,研究了单面和双面激光冲击对残余应力分布的影响,分析了残余压应力的形成机理。结果表明,双面激光冲击强化处理效果明显优于单面冲击方式,双面冲击方式能够使试样正反面都获得很大的残余压应力,并且反面的残余压应力水平高于正面,同时使得正反两面残余压应力分布趋于均匀。     

激光冲击690高强钢表面残余应力工艺优化模拟

为研究激光冲击对690高强钢表面残余应力尤其是"残余应力洞"的影响,在ANSYS/LSDYNA平台对690高强钢薄板经激光冲击后的残余应力进行模拟,优化光斑搭接率及激光功率密度。结果表明:采用搭接处理工艺,功率密度为1.98 GW/cm~2,在搭接率为33%、50%、66%时,激光冲击690高强钢表面最大残余压应力和光斑中心最小残余应力差值分别为275.6、241.6、238.3 MPa;搭接率的增加抑制了"残余应力洞";功率密度为2.77 GW/cm~2时,激光冲击表面残余应力优化结果最佳,达到211.0 MPa。     

残余应力对薄板激光搭接接头力学性能的影响

针对不锈钢薄板熔透和非熔透型激光搭接焊,以80和10 mm作为考虑和不考虑残余应力影响的试样宽度,对两种宽度试样进行一系列的拉伸和疲劳试验,获得了焊接残余应力对薄板搭接接头力学性能的影响规律,进行了有关机理分析. 结果表明,搭接焊缝正、背面存有较大的纵向残余拉应力和较小的横向残余压应力;残余应力的存在会降低搭接焊接头的拉剪强度和疲劳强度. 改变激光入射角和搭接间隙,残余应力对拉剪强度的降低程度随之改变:增大入射角至20°,熔透型接头降低程度达到0°时的7倍,而非熔透型为10倍;搭接间隙在一定范围内增大时,残余应力对拉剪强度的降低程度也随之加剧.     

激光冲击处理对焊接接头力学性能的影响（I）

当短脉冲、高峰值功率密度（＞10^13W/m^2)的激光辐射金属靶材时,就产生高温、高压等离子体,该等离子体受到约束层的约束时产生高强度应力波冲击金属表面并向内部传播,在材料表面产生应变硬化,称这种表面强化技术为激光冲击处理或激光喷丸。激光冲击处理可以提高材料表层硬度、强度,并获得比传统的喷丸技术更深的硬化层或残余压应力层,从而更有利于材料疲劳性能的提高,为研究激光冲击处理在焊后强化方面的应用,本文对1．66mm厚的镍基高温合金GH30、1．2mm厚的奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti板材焊缝进行了激光冲击处理,对比了激光冲击处理试件和未激光冲击处理试件焊缝的表层显微硬度、残余应力、抗强度和疲劳寿命,发现激光冲击处理能提高GH30氩弧焊接接头抗拉强度12％,提高1Cr18Ni9Ti等离子焊接接头疲劳寿命300％以上。     

激光冲击处理对焊接接头力学性能的影响(Ⅰ)

当短脉冲、高峰值功率密度 (>10 13 W /m2 )的激光辐射金属靶材时 ,就产生高温、高压等离子体 ,该等离子体受到约束层的约束时产生高强度应力波冲击金属表面并向内部传播 ,在材料表面产生应变硬化 ,称这种表面强化技术为激光冲击处理或激光喷丸。激光冲击处理可以提高材料表层硬度、强度 ,并获得比传统的喷丸技术更深的硬化层或残余压应力层 ,从而更有利于材料疲劳性能的提高 ,为研究激光冲击处理在焊后强化方面的应用 ,本文对 1.6 6mm厚的镍基高温合金GH30、1.2mm厚的奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti板材焊缝进行了激光冲击处理 ,对比了激光冲击处理试件和未经激光冲击处理试件焊逢的表层显微硬度、残余应力、抗拉强度和疲劳寿命 ,发现激光冲击处理能提高GH30氩弧焊焊接接头抗拉强度 12 % ,提高 1Cr18Ni9Ti等离子焊接接头疲劳寿命30 0 %以上。     

激光冲击处理对焊接接头力学性能的影响（Ⅱ）

上文对GH3 0、1Cr18Ni9Ti焊缝进行了激光冲击处理 ,试验发现激光冲击处理提高GH3 0焊接接头强度 12 % ,但对疲劳寿命影响不明显 ;冲击提高 1Cr18Ni9Ti焊接接头强度仅为 5 % ,但提高疲劳寿命 3 0 0 %以上。为作进一步分析 ,本文测试了两种金属焊缝在有无激光冲击处理条件下的表面显微硬度分布和残余应力状态 ,并对GH3 0试件疲劳断口进行扫描电镜分析。经分析发现 ,激光冲击处理能明显提高GH3 0焊缝表层的显微硬度 ,也可以提高抗拉强度并获得较高的表面残余压应力 ,因此强化区域能抑制疲劳裂纹的萌生和扩展 ,降低裂纹扩展速率 ;但由于焊缝较宽 ,激光冲击光斑未能完全覆盖焊缝及热影响区 ,部分未冲击区域影响了疲劳寿命的提高。 1Cr18Ni9Ti在等离子焊接过程中产生相变马氏体 ,减弱了激光冲击处理产生形变马氏体对提高显微硬度的作用 ,因此对抗拉强度影响不大 ,但激光冲击处理可以使焊缝表面获得较高的表面残余压应力 ,因此能明显提高疲劳寿命。     

爆炸法消除焊接残余应力对焊接接头力学性能的影响

采用70mm厚16MnJ对接试板,研究了焊后和爆炸消除应力后两种状态焊接接头冷弯、拉伸、硬度、冲击和疲劳等力学性能的变化。结果表明:爆炸法消除焊接应力不会降低焊接接头的上述力学性能。     

热输入对Q460C钢焊接接头力学性能的影响

文中研究了3种热输入对特高压用Q460C热轧钢埋弧焊接头力学性能及金相组织的影响,对锻造钢板与热轧钢板进行了焊接。结果表明：12 mm厚热轧钢板,热输入对焊接接头的抗拉、屈服强度影响较小,但对焊缝、热影响区的低温冲击性能影响较大;焊缝的柱状晶比例及尺寸随着热输入的增大而增大,同时大尺寸仿晶界铁素体明显增多,热影响区过热区的显微组织也随之粗化;16 mm厚锻造钢板与热轧钢板焊接中,采用正面18 kJ/cm,反面20 kJ/cm的热输入能够得到柱状晶尺寸均匀、细小的焊缝组织。     

激光冲击消除焊接残余应力

对现有焊接残余应力的理论进行分析,讨论激光冲击处理消除焊接残余应力的可行性,认为短脉冲高峰值功率密度的激光冲击焊接接头产生的等离子体冲击波,可使焊接接头表面产生塑性应变,能有效消除焊接残余拉应力。文章设计了激光冲击强化12Cr2Ni4A钢焊接接头试验,通过选择不同焊接材料和焊接方式,设计了4种焊接状态,分别进行激光冲击强化。试验结果表明,激光冲击强化均能消除氩弧焊和等离子焊等焊接方式的焊接残余拉应力,改善焊接接头表面的力学分布,在选用NAK80焊材和等离子体焊方式时,形成的残余压应力幅值高达884MPa,极大提升了焊接接头的力学性能。     

超声冲击处理对316L不锈钢焊接接头组织及残余应力的影响

对6 mm厚的316L奥氏体不锈钢板进行TIG焊试验,采用盲孔法测量焊缝附近的残余应力,并采用超声冲击处理焊接接头,观察超声冲击前后焊接接头的组织形貌。使用Abaqus有限元软件,分析了316L不锈钢的焊接残余应力分布,并与残余应力测试结果进行对比,以验证模拟结果的准确性。结果表明,焊缝组织由奥氏体与δ铁素体组成,铁素体主要以蠕虫状分布于枝晶主轴上。超声冲击处理前,熔合线清晰可见,靠近熔合线的热影响区晶粒粗大,晶粒内部有滑移线,该部位在焊接过程中发生了塑性变形。超声冲击处理后,熔合线变得模糊,接头的残余应力大幅降低。接头的横向残余应力以拉应力为主,最大应力在焊缝熔合线处;最大纵向残余拉应力出现在焊缝及其热影响区附近。横向残余应力的模拟结果与盲孔法测试结果较为吻合,其与测试结果的偏差低于20%。     

方形光斑激光冲击690高强钢表面残余应力分布模拟

为研究方形光斑激光冲击690高强钢表面残余应力的分布,在ANSYS/LSDYNA平台进行了二元光学衍射方形光斑激光冲击690高强钢薄板的残余应力分布模拟,并对其不同光斑搭接率处理工艺研究,得出了几种工艺下激光冲击690高强钢表面残余应力分布的云图和二元衍射光斑转换前后的残余应力分布曲线。结果表明,采用二元衍射光斑工艺进行激光冲击对于消除残余应力洞有较好效果;在33%、50%、66%这3种典型的搭接率下,二元光学衍射光斑周围区域残余应力分布比较均匀,且不同搭接率下的最大残余压应力和光斑中心最小残余压应力均相互接近,所以二元衍射光斑激光冲击690高强钢无需搭接处理。