焊趾TIG熔修对10Ni5CrMoV钢焊接接头弯曲疲劳性能的影响

采用悬臂弯曲疲劳试验方法比较了相同加载条件下焊趾TIG熔修与否的10Ni5CrMoV钢焊接接头的疲劳寿命．并对焊趾TIG熔修与否的焊接接头在加载条件下的应力应变场进行了有限元计算。结果表明TIG熔修对焊趾形状的改善作用能有效降低焊趾处的应力集中程度，明显提高10Ni5CrMoV钢焊接接头弯曲疲劳性能。     

焊趾处理工艺对10Ni5CrMoV钢低周疲劳性能的影响

对原始焊态、焊趾氩弧熔修、焊趾打磨和焊趾针击处理的10Ni5CrMoV钢堆焊试板分别进行了四点弯曲低周疲劳试验、焊接残余应力测量和焊趾应力集中系数计算.结果表明,焊趾氩弧熔修对低周疲劳性能改善作用明显,疲劳寿命提高幅度平均达98%;焊趾打磨对低周疲劳性能无明显改善作用;焊趾针击处理对低周疲劳性能有一定改善,但改善幅度不如焊趾氩弧熔修,其对疲劳寿命的提高幅度平均为45%.对低周疲劳寿命、残余应力和应力集中系数的综合分析结果表明,应力集中是影响焊接接头低周疲劳性能的关键因素,改善应力集中是提高焊接接头低周疲劳性能的有效途径.     

焊后处理对转向架SMA490BW钢焊接接头疲劳性能的影响

本文分别对焊趾TIG熔修、焊趾TIG熔修+退火处理、焊趾TIG熔修+超声波冲击处理这3种焊后处理状态下的转向架构架材料SMA490BW钢的T形焊接接头进行四点弯曲疲劳试验,拟评估3种焊后处理方法对不同焊接方法焊接接头疲劳性能的影响。试验结果表明:焊趾TIG熔修使焊趾处形成了过渡圆滑的重熔区,降低了应力集中程度,改善了接头的疲劳性能;焊趾TIG熔修+退火处理可使熔修区及其热影响区的组织明显细化,减少残余拉应力,进而改善接头疲劳性能;焊趾TIG熔修+超声波冲击处理改善了焊趾的几何外形,降低了焊趾处的应力集中程度,将残余拉应力转变为压应力,并改善了接头区域的微观组织,显著提升了接头疲劳性能。     

TIG熔修对7N01铝合金焊接接头疲劳性能的影响

采用焊条电弧焊的方法对7N01铝合金焊接试板进行TIG熔修,对熔修前后的试件进行疲劳寿命测试,并对焊接接头的显微硬度变化进行测试,采用扫描电镜对疲劳断口进行显微形貌分析,并对疲劳源区缺陷进行XRD成分检测.结果表明,TIG熔修对焊趾应力集中的降低有限,还可能引入新的焊接缺陷成为疲劳裂纹源;同时TIG熔修使得焊接区域经受二次加热,沉淀强化相的形态和重新分布造成接头组织弱化,降低了焊接接头抵抗疲劳裂纹扩展的能力,多方面作用的结果是:经TIG熔修后铝合金焊接接头疲劳寿命略有降低,所以对于7N01高强铝合金对接接头单纯采用焊趾TIG熔修的方法提高疲劳性能不具备可行性.     

承载超声冲击提高TC4钛合金焊接接头的疲劳性能

利用自行研制的HJ-II型超声冲击处理装置对钛合金十字接头焊趾处进行了处理,并对接头的疲劳性能进行了研究.结果表明,在应力比R=0.5加载条件下,非承载超声冲击处理的TC4钛合金焊接接头较原始焊态的疲劳强度提高了约73.5%,寿命延长了12~17倍左右,承载超声冲击处理的TC4钛合金焊接接头较原始焊态的疲劳强度提高了148.1%,寿命延长了23~26倍左右.同时,从超声冲击前后应力集中系数的改变、焊接接头残余应力的改变、接头焊趾区表层塑性变形及硬度的变化等几个方面阐述了超声冲击提高焊接接头疲劳性能的机理,特别是承载超声冲击提高TC4钛合金焊接接头疲劳性能的原因.     

火焰喷熔修形法提高Q235钢焊接接头疲劳性能的研究

采用Ni60和Fe38两种合金粉末对Q235B钢十字接头焊趾处进行了火焰喷熔修形处理并对接头性能进行了测试.经测定Ni60和Fe38喷熔层硬度平均值为53 HRC和31.25 HRC.疲劳试验结果表明,经过喷熔修形处理后,Ni60 和Fe38喷熔修形态十字接头的2×106 条件疲劳强度分别提高了64.5%和42%.金相检查结果可以看出,Ni60 喷熔层的晶粒比Fe8 喷熔层的晶粒小.用有限元计算软件ANSYS对接头焊趾处应力集中系数进行计算,结果发现焊趾区过渡半径ρ是影响应力集中系数K的主要因素.     

BT20钛合金电弧超声TIG焊接头疲劳性能分析

针对BT20钛合金开展了电弧超声TIG焊和常规TIG焊试验以及接头疲劳性能测试,对比分析了两种焊接方法接头的疲劳性能和断口形貌.结果表明:在高加载应力条件下,电弧超声TIG焊接头与常规TIG焊接头的疲劳寿命基本相同;在低加载应力条件下,电弧超声TIG焊接头比常规TIG焊接头疲劳寿命明显增加,疲劳强度(2×106循环周次)提高19%;从断口形貌分析可以看出,电弧超声TIG焊接头组织比常规TIG焊接头在一定程度上得到了改善.     

利用低相变点焊条熔修方法改善焊接接头疲劳强度的试验

焊趾部位存在应力集中和残余拉伸应力,使得接头处的疲劳强度远低于基体金属.通过对纵向环绕焊接接头和横向角接焊接接头试样的疲劳试验表明,低相变点焊条(low transformation temperature electrode, LTTE)熔修是提高焊接接头疲劳强度的有效方法.具体结果是,LTTE熔修的上述两种焊接接头在2×106循环周期下其疲劳强度试验结果分别为154.7MPa和173.9MPa,而TIG熔修处理的则分别为152.6MPa和173.3MPa,前者分别是后者的101.4%和100.3%.这表明,LTTE熔修方法与TIG熔修方法相当,但前者较后者简单得多,因此LTTE熔修具有极大的推广应用价值.     

承载超声冲击下焊接接头疲劳性能的改善

采用承载超声冲击处理的方法对20号钢T形管接头进行处理,并与原始焊态、非承载冲击处理态试件进行了对比.结果表明,在高应力比R=0.75的加载条件下,与原始焊态接头相比,非承载超声冲击和承载超声冲击的疲劳强度分别提高了23%和70%,疲劳寿命分别延长了1.4倍和5.6～8.5倍.从超声冲击处理区域表层组织、接头焊趾区表层硬度、焊接接头残余应力等方面比较了承载和非承载超声冲击提高焊接接头疲劳性能的异同,并采用有限元软件ABAQUS模拟了两种超声冲击处理下焊接接头的应力分布,与非承载冲击处理试件相比,承载冲击处理试件表面压缩应力值大,压缩应力层深.     

铝合金TIG焊非承载角焊缝十字接头疲劳强度的研究

对LF21铝合金非承载角焊缝TIG焊十字接头在应和比R=0及R=0.5的条件下进行了疲劳试验。结果表明：TIG焊铝合金焊接接头的疲劳强度与其它焊接方法获得的相同接头的疲劳强度相当,试图采用更高级别的S-N曲线进行应持慎重态度;LF21铝合金非承载角焊缝十字接头的疲劳性能对平均应力较为敏感。     

等离子喷涂法改善1Cr18Ni9Ti接头的疲劳性能

焊接接头焊趾处的等离子喷涂层可改善焊缝截面形状变化，降低该处的应力集中，提高焊接结构的疲劳强度。采用1Crl8Ni9Ti不锈钢十字接头焊态和喷涂处理试样分别进行疲劳对比试验，并对试验结果进行统计分析。疲劳试验结果表明，等离子喷涂后1Crl8Ni9Ti接头疲劳性能明显改善。焊态试件的疲劳强度为169.8MPa，火焰喷涂试件为186.2MPa，等离子喷涂试件为213.8MPa，与焊态试件相比，等离子喷涂试件的疲劳强度提高25.9％，火焰喷涂试件提高9.7％。等离子喷涂试件的疲劳寿命是焊态试件的1.58～9.62倍，火焰喷涂试件的疲劳寿命是焊态的1.55～1.97倍。     

错边对钢悬链立管横焊接头疲劳性能的影响

采用填丝TIG方法进行了不同错边量的立管环缝横焊试验,对其接头试样在80,120和175 MPa应力范围下进行了疲劳试验,研究错边对横焊环缝接头疲劳性能的影响. 结果表明,错边方式对横焊接头疲劳裂纹起裂位置有重要影响,“上错边”接头的疲劳裂纹主要从根部焊趾上侧起裂,无错边接头的疲劳裂纹主要从根部焊趾下侧起裂,而“下错边”接头的疲劳裂纹则全部从根部焊趾下侧起裂;在相同应力范围下,试样的疲劳循环周次随错边量的增大而降低,当错边量超过0.60 mm后,疲劳循环周次会显著下降.     

铝合金 TIG 焊接接头喷射式微弧氧化腐蚀疲劳性能研究

目的研究铝合金TIG焊接接头经喷射式微弧氧化后对腐蚀条件下疲劳寿命的影响,为延长焊接接头的使用寿命提供一种有效的方法。方法采用TIG焊对5083铝合金进行焊接,观察焊接接头的组织结构,测试焊接接头的显微硬度距焊缝中心的分布情况;通过喷射式微弧氧化方法处理焊接接头,考察陶瓷层的生长曲线和截面纳米硬度;在最大载荷量为7,8,9 k N的条件下,分别对微弧氧化处理与未处理的焊接试样预腐蚀168 h后进行等幅拉伸疲劳实验,对比两种试样拉断时的循环次数。结果铝合金焊接接头呈现不均匀性,微弧氧化后接头陶瓷层均一性较好;陶瓷层厚度增长呈现先快后慢的趋势,表面粗糙度与厚度相关,呈近似线性增长;7,8,9 k N的载荷下,未处理的焊接接头相比于喷射式微弧氧化的接头,疲劳寿命分别降低50.7%,58.3%,64.9%。结论采用喷射式微弧氧化处理可改善铝合金TIG焊接接头的表面状态,阻隔外界腐蚀介质对焊接基体的侵蚀,提高其在预腐蚀和交变应力条件下的疲劳寿命,延长结构零件的使用寿命。     

Fatigue strength improvement of stainless steel using weld toes dressing with low transformation temperature welding wire

In the present study, low transformation temperature welding wire (LTTW), which can induce residual compressive stress around 304L welded joints, has been developed to improve the fatigue performance of welded joints. Procedure of design and chemical composition of weld metal and deposited metal of LTTW are introduced. The microstructure of weld metal of LTTW is composed of low carbon martensite and residual austenite. The residual stress distribution of a single welding bead of LTTW was measured and the result shows that compressive residual stress is generated. In addition, fatigue test was also carried out on no-load cruciform welded joints of 304L stainless steel under three conditions: as welded, 308L dressing and LTTW dressing. The result shows that the fatigue life of LTTW dressing joints (2×10⁶ cycles) is improved by 14–23 times and 3–6 times compared with that of as welded joints and 308L dressing joints.     

斜十字接头三维焊接残余应力的数值模拟

为研究全熔透焊接十字接头残余应力空间分布特点,分析十字接头焊缝形式对焊接残余应力分布状态的影响,基于温度场和应力场间接耦合方式,对全熔透焊接十字接头残余应力开展了有限元数值模拟研究. 采用ANSYS有限元软件,选择Q345C钢材典型热力学参数,构建全熔透焊接十字接头有限元模型,分析得到焊接过程结构温度场分布. 将焊接十字接头温度场作为输入条件,基于ANSYS热–力耦合分析得到全熔透焊接斜十字接头三维残余应力场分布. 结果表明,全熔透焊接十字接头残余应力峰值主要分布在焊趾和焊根处,焊缝角度变化会对焊缝处残余应力分布带来较大影响.     

超声冲击处理冷轧钢板缝焊接头的疲劳性能

用窄搭接电阻缝焊机对汽车用SPCC（冷轧低碳普通钢板）进行焊接,采用超声冲击仪对缝焊接头进行处理;通过拉压疲劳试验、X射线应力分析仪、OM、SEM对处理和未处理的缝焊接头疲劳性能和组织进行测试和观察分析对比.结果表明,未经超声冲击处理的缝焊接头经5×104次交变载荷作用即在焊趾区萌生裂纹,裂纹与载荷方向呈45°;经超声冲击处理过的缝焊接头经1.88×106次交变载荷作用未发生断裂;超声冲击处理使缝焊接头表层晶粒细化并形成塑性变形层,降低了其表面的微裂纹缺陷造成的应力集中,使表面残余拉应力变为了压应力,有利于改善缝焊接头的疲劳性能.     

Fatigue properties of welded joints using steel with high resistance to fatigue crack growth

It has been generally recognized that the fatigue life of welded joints is little influenced by the strength of steels owing to the high-stress concentration and the tensile residual stress near the weld toe. In this paper, improvement of the fatigue life of welded joints using steel with high resistance to fatigue crack growth (ferrite/martensite (F/M) steel) is investigated. F/M steel has a microstructure with an elongated and banded martensite phase distributed in a ferrite matrix and a fatigue crack growth rate of about one-half to one-tenth in the thickness direction, compared with conventional steel. As a result, the fatigue life of an out-of-surface gusset-welded joint increases with the decrease of the fatigue crack growth rate. The fatigue life of welded joints using F/M steel with the highest resistance to fatigue crack growth increases to about twice that of joints using conventional steel. Whereas the fatigue crack growth rate decreases significantly, the fatigue life of welded joints increases only slightly. This can be attributed to the stress ratio independent of the fatigue crack growth rate. In other words, the fatigue crack growth rate of F/M steel increases with the increase of the stress ratio, approaching that of conventional steel. In the case of welded joints, even if a fatigue test is carried out at a low-stress ratio, the region near the weld toe is under a high-stress ratio due to tensile residual stress. Therefore, improvement of the fatigue life of welded joints becomes comparatively small so that the effect of fatigue crack retardation of F/M steel decreases.