2195-F态铝锂合金TIG焊和FSW焊后残余应力分析

采用盲孔法和压痕法,分别对2195-F态铝锂合金手工TIG焊和FSW焊后残余应力进行测量. 结果表明,盲孔法的测量值普遍高于压痕法. 两种焊接方法,近焊缝区的纵向应力均高于横向应力;横向应力整体表现为压应力或小于50 MPa的拉应力;纵向应力在热影响区附近表现为大于焊缝的拉应力. 焊缝区附近,手工TIG焊纵向残余应力大于FSW,且纵向残余应力表现为较大的拉应力,最大值接近于接头的屈服强度;焊缝区外,手工TIG焊和FSW残余应力值相差不大,其横向残余应力基本表现为很小的拉应力或者压应力.     

2219铝合金焊接残余应力分布分析

采用压痕应变法对2219-T87铝合金摆动TIG焊焊接残余应力进行测量,测试点分布于距焊缝中心线19和44 mm的纵截面及焊缝中心横截面. 铝合金熔焊焊缝及近缝区残余应力处于拉应力状态,且应力绝对值较高. 采用参数估计和假设检验方法分析沿焊缝方向近缝区纵向残余拉应力分布形式,并探究预测残余拉应力值的方法. 结果表明,近缝区纵向残余拉应力呈正态分布;回归拟合和Masubuchi公式与试验数据拟合良好,均可用于预测2219-T87铝合金近缝区纵向残余拉应力值.     

激光-氩弧复合热源焊接镁合金残余应力分析

采用冲击压痕法,对激光-氩弧复合热源焊接镁合金AZ31B焊缝的残余应力进行了测量,分别测量了300mm长镁合金的焊接接头沿焊缝方向和垂直焊缝方向上的残余应力.在此基础上运用有限元分析软件建立了相应的残余应力场,补充和完善了实际测量的数据.在焊缝中间区域得到垂直于焊缝方向上的最大残余应力在200～300MPa之间;在距焊接接头的中5～10 mm处得到最大压应力值,一般小于100MPa.通过对实际测量和模拟数据的综合分析,基本掌握了激光-氩弧复合热源焊接镁合金残余应力的分布规律和特征.     

试样尺寸对淬火铝合金厚板残余应力的影响

通过测量从淬火铝合金厚板上取出的一定大小的试样以测量原始铝合金厚板的残余应力值作为一种广泛使用的方法,在层削法、裂纹柔度法、X射线衍射法和中子衍射法中均有应用.以层削法为例,针对由于采用不同尺寸的试样而对7075铝合金厚板残余应力测量结果产生的影响进行了仿真分析和实验研究.结果表明,取样的尺寸对铝合金厚板残余应力的测量结果有重要影响.当试样在长宽方向上的尺寸小于2倍的"特征距离"(等于试样的厚度)时,试样将丧失保持原铝合金厚板真实残余应力的能力.测量结果将严重偏离真实值.基于此,在任何针对淬火铝合金厚板的残余应力测量方法中.当需要使用一定大小的试样对原铝合金厚板残余应力进行测量时,都必须保证试样在长宽方向上的尺寸大于2倍的"特征距离".     

超声冲击处理工艺对Q345焊接热影响区残余应力的影响

目的降低Q345焊接热影响区的残余应力。方法假设Q345对接焊缝两侧热影响区对称位置的表面残余应力一致,并采用盲孔法测量进行验证。采用超声冲击设备对焊缝一侧热影响区进行不同工艺参数的冲击处理,并测量焊缝两侧的残余应力值。对比焊缝两侧残余应力大小,并以消减率评价残余应力的消除效果。结果焊缝两侧热影响区对称位置的表面残余应力差值不超过最大主应力值的7.5%。超声冲击处理使热影响区的表面拉应力转变为压应力,消减率达到88%~130%。冲击时间一定,冲击电流的增大使残余应力消减率增大,但消减率增加的趋势变小。冲击电流一定,冲击时间增大时,残余应力的消减率变化不明显。结论可以认为焊缝两侧热影响区对称位置的应力值相等。提高冲击电流能够提高冲击力,使热影响区发生更大的塑性变形及位错结构变化,进而提高残余应力的消减率。但由于加工硬化的影响,消减率增加的趋势减小。超声冲击电流一定时,冲击力是一定的,提高冲击时间对消除率并没有明显的影响。     

超声波法评定7B05铝合金激光-MIG复合焊接头振动时效应力消除效果

超声临界折射纵波应力测量法具有测量速度快捷、对材料无损的优点。利用拉伸法标定了7B05铝合金的超声波应力系数K,比较了超声波法和盲孔法的应力测试结果,同时还利用超声波法测量了7B05铝合金激光-MIG复合焊接头振动时效前后的残余应力。结果表明:7B05铝合金的应力系数K=5.21 MPa/ns,超声波法和盲孔法所测的残余应力分布趋势一致,但残余应力峰值大小有差异;振动时效处理可以有效消除铝合金焊接接头的残余应力,而超声波法可以方便、快捷地用于铝合金焊接接头残余应力消除效果评定。     

钢板残余应力盲孔测量法试验及应用

盲孔法为目前应用最为广泛的金属结构残余应力测量方法. 为了在薄钢板残余应力检测时更合理使用盲孔法并获得最好的测量精度,设计制作钢板试样在拉伸(压缩)试验机上施加拉力或者压力,使用盲孔法重复测量钢板内应力多次并与其理论值进行比较,分析测量的准确性和重复性. 结果表明,最小可稳定感知的拉伸和压缩应力都大约为1 MPa,在各应力水平下测量值都存在一定大小的偏差和分散性. 随着拉应力的增大,测量的准确度和重复性也都提高,并在大于60 MPa以后趋于稳定;随着压应力绝对值的增大,测量的准确度和重复性也都提高,并在大于35 MPa之后达致稳定;当应力水平在?10 ~ 25 MPa之间时,测量的准确度和重复性都较差. 建立测量精度补偿修正模型,经过修正后盲孔法对于高应力(拉应力大于25 MPa,压应力小于?10 MPa)水平的测量准确度都可以显著提高;但对于低应力(拉应力小于25 MPa,压应力大于?10 MPa)水平的测量准确度与重复性仍都较低,建议在实际使用中通过增加测量次数以保证测量结果可信度. 将所建立的测量精度修正方法用于针对某公司热轧汽车大梁钢板分条前钢板残余应力的实际测量,测量发现产生分条翘曲缺陷的热轧钢板都存在横向残余应力大于纵向残余应力的现象,为研究分条翘曲问题提供了支撑.     

300M钢电子束预热与焊接复合加工后的残余应力测试

采用盲孔法测量了电子束预热与焊接复合加工300M超高强度钢板的残余应力分布。结果表明,垂直于焊缝方向的纵向残余应力以拉应力为主,横向残余应力以压应力为主,焊缝中心的最大纵向和横向残余应力分别为34.3和9.2 MPa;最大残余拉应力峰值出现在母材区,其应力值约为208.3 MPa,远低于母材屈服强度。沿焊接方向残余应力变化不大,可近似认为其分布基本稳定。     

利用中子衍射法和轮廓法测定GH4169圆盘残余应力

分别采用中子衍射法和轮廓法对服役态GH4169合金圆盘工件内部残余应力分布特征进行表征。两种测试技术的机理完全不同，测量结果互相对比验证后，确定出较高可信度的残余应力测量结果。首先利用飞行时间中子衍射技术准确表征了GH4169合金圆盘完全热处理后轴向、径向和周向的应力，其量级约为-300~300 MPa，以周向和径向残余应力为主，沿轮廓呈“外压内拉”特征分布；利用轮廓法测量沿直径截面周向残余应力的二维分布图，切割截面周向残余应力呈现明显的“外拉内压”式分布特征的残余应力，残余应力量级约为-300~250 MPa量级。合金盘厚度中心截面上，中子衍射法与轮廓法的测试结果从趋势和绝对数值上基本一致，测试结果可信度高。     

利用中子衍射法和轮廓法测定GH4169圆盘残余应力

分别采用中子衍射法和轮廓法对服役态GH4169合金圆盘工件内部残余应力分布特征进行表征。两种测试技术的机理完全不同,测量结果互相对比验证后,确定出较高可信度的残余应力测量结果。首先利用飞行时间中子衍射技术准确表征了GH4169合金圆盘完全热处理后轴向、径向和周向的应力,其量级约为-300~300 MPa,以周向和径向残余应力为主,沿轮廓呈“外压内拉”特征分布;利用轮廓法测量沿直径截面周向残余应力的二维分布图,切割截面周向残余应力呈现明显的“外拉内压”式分布特征的残余应力,残余应力量级约为-300~250 MPa量级。合金盘厚度中心截面上,中子衍射法与轮廓法的测试结果从趋势和绝对数值上基本一致,测试结果可信度高。     

铝合金搅拌摩擦焊接头残余应力分布

采用小孔法对3 mm厚2024-T4铝合金板搅拌摩擦焊对接接头的残余应力分布规律进行研究.为了衡量钻孔引入应变对结果的影响,测量了退火2024铝合金板钻孔产生的应变,将其作为附加应变对焊接试件上测得的应变结果进行修正.结果表明,在试验条件下得到的焊接接头的残余应力以纵向应力为主,横向应力相对很小;纵向高应力区集中在轴肩作用区域,呈不对称分布,前进侧应力高于返回侧,在轴肩作用区域之外应力值迅速降低,在距焊缝中心较远的区域转变为压应力;纵向残余应力峰值为164.5 MPa.分析认为,机械搅拌和焊接温度场的叠加作用造成焊缝两侧纵向残余应力的不对称分布.     

铝合金薄板焊接应力三维有限元模拟

采用热弹塑性有限元方法,对铝合金薄板脉冲TIG焊接接头的焊接应力进行了三维数值模拟,考虑材料性能随温度的变化,对焊接残余应力进行测量.结果表明,铝合金薄板中的焊接应力产生、发展很快,加热结束后不久应力便趋于稳定.热源前缘和两侧区域存在数值很高的纵向和横向动态压应力,焊缝中心的纵向残余拉应力低于母材的屈服强度,距焊缝中心10 mm处的最大纵向残余拉应力达到母材的屈服强度,并且拉应力区较宽,远离焊缝区域的纵向残余压应力数值较大,因此铝合金薄板焊接结构易发生动态和焊后失稳,横截面上纵向残余应力的数值模拟结果与实测结果基本一致.     

铝合金搅拌摩擦焊接头残余应力测试分析

采用小孔法研究厚2 mm的6061-T5铝合金搅拌摩擦焊对接接头残余应力的分布规律,分别测量接头处垂直、平行于焊缝的残余应力,并进行了计算分析。结果显示,搅拌摩擦焊接头残余应力在焊缝及其附近区域无论是垂直还是在平行焊缝方向的均承受压应力,且随小孔深度的增加而增加。垂直和平行于焊缝方向的残余应力呈现出周期性分布,且它们在前进侧的周期相比于后退侧较小;残余应力在焊缝两侧呈不对称分布,后退侧应力值较高,其残余应力峰值出现在后退侧轴肩作用区域边缘处,其值分别为93 MPa和100 MPa。     

铝合金搅拌摩擦焊过程热力演变的三维数值模拟

对搅拌摩擦焊过程中搅拌头速度变化进行分析,建立了考虑搅拌摩擦焊过程中焊缝产热的热源模型.对2024铝合金搅拌摩擦焊温度场和应力场进行了三维有限元模拟,表明焊缝两侧温度和应力分布的不对称现象不明显,主要由于焊接速度远小于搅拌头转速所致,但随着焊接速度加快,这种不对称现象逐渐加强.焊接过程中焊缝中心温度低于搅拌头边缘温度,焊接前方和两侧均为压应力,后方为拉应力;焊接结束后与搅拌头接触区的横向和纵向残余应力为较大拉应力,远离焊缝残余应力较小;沿厚度方向上,横向和纵向残余应力均逐渐降低.有限元计算结果与短波长X射线应力测试结果进行对比,结果表明,二者趋势基本吻合.     

基于弹性模量变化的7A52铝合金VPPA-MIG复合焊接残余应力测试

采用虚拟仪器和NI数据采集卡搭建了一种以小孔法为核心的残余应力测试系统,分析了7A52铝合金VPPA-MIG复合焊后残余应力的分布情况. 为降低弹性模量误差对最终测量结果的影响,通过实测复合焊接接头不同区域的弹性模量,拟合弹性模量随测量点位置变化的曲线来修正弹性模量误差. 针对10 mm厚7A52铝合金板材,完成了VPPA-MIG复合焊接残余应力测试试验. 结果表明,焊缝两侧各区域上的残余应力分布基本关于焊缝对称,熔合区出现最大拉应力,最大横向残余应力σ_y与纵向残余应力σ_x分别为118和223 MPa. 从熔合区至热影响区,残余应力均为拉应力,逐渐减小且高于焊缝中心的残余应力. 与单MIG焊相比,复合焊的最大横向残余应力与纵向残余应力大于MIG焊,但高应力区比MIG焊窄.     

LY12铝合金搅拌摩擦焊接头残余应力分析

采用小孔法对不同焊接工艺参数下得到的LY12铝合金薄板搅拌摩擦焊对接接头的残余应力进行了测量和分析.为了消除孔边塑性变形对测量精度的影响,建立了三维有限元法模拟应变释放系数的测量试验,使用基于孔边形状改变比能的A,B系数修正法对盲孔释放系数进行修正.结果表明,接头残余应力呈不对称分布,前进侧应力高于返回侧;纵向残余应力总是高于横向残余应力,但是横向残余应力并非在零附近,而是有一定的大小,约为焊前母材强度的10.8%;在一定范围内,搅拌摩擦焊接头残余应力随旋转频率先增大后减小,随下压量和焊接速度的增加而增加.     

Measurement of residual stresses in dissimilar friction stir-welded aluminium and copper plates using the contour method

The longitudinal residual stresses in the friction stir-welded plates of 5A06 aluminium and pure copper were determined using the contour method. The results revealed the presence of high tensile and compressive residual stresses on the aluminium and copper sides, respectively. The residual stresses were detected on the weld zone as well as the thermo-mechanically affected zone (TMAZ) of the aluminium plate. In contrast, the compressive residual stresses in the copper plate had a much narrower width along the weld line. Peak tensile stresses up to 240?MPa were found in the TMAZ of the aluminium plate.     

摩擦搅拌焊接过程残余应力的中子衍射法测量分析

利用中子衍射法测量了2024-T4铝合金板摩擦搅拌焊接头残余应力分布,得到了接头内部不同位置处的残余应力,研究了焊接速度对残余应力的影响。结果表明,纵向残余应力总体水平比横向残余应力高,是接头内的主要残余应力;当搅拌头转速相同时,提高焊接速度,纵向残余应力增大;横向残余应力除了在匙孔附近较大外,在其余位置处的残余应力都围绕0轴在拉应力与压应力之间波动,整体残余应力水平相对纵向残余应力小很多。