强动载荷下焊接钢板力学性能及本构模型研究

为研究强动载荷下船用焊接钢板的力学性能。开展了典型船用焊接钢板母材、焊缝和热影响区的准静态拉伸试验、高温拉伸试验及SHPB动态压缩试验,分析了焊接钢板材料在不同应力状态下的力学行为,基于力学性能试验结果拟合了焊接钢板母材、焊缝和热影响区材料的本构模型。结果表明:准静态条件下,与母材相比,焊缝和热影响区材料的屈服强度与抗拉强度偏大,延伸率偏小;高应变率下,热影响区材料抵抗塑性变形的能力明显强于其他两种材料,且随着应变率的增加抵抗塑性变形的能力呈增强趋势;焊接板母材、焊缝与热影响区材料均表现出应变率效应和温度效应;热影响区是焊接板抗冲击性能相对薄弱的区域。建立的Johnson-Cook模型可以描述强动载荷下焊接钢板的力学性能。     

多面壳体胀球时焊接接头变形的数值模拟和试验研究

用弹塑性有限元法模拟了多面壳体胀球时焊接头变形过程，并且云纹法和网络法对有限元结果进行了试验证。研究结果表明：胀形时内侧焊缝首先进入屈服，内侧应变大于外侧应变。板越厚，初始两面角越小，内侧焊趾应变越大，内外侧应变差越大。焊缝金属屈服强度低于母材，有利于缓和热影响区的变形，有利于棱角展平。     

高强度钢QP980激光焊接头的微观组织与力学性能

为解决高强度钢QP980在汽车轻量化应用方面存在的成分偏析、淬硬脆化和氢致开裂等焊接问题,开展了QP980钢激光焊接研究,对1.2mm厚QP980钢进行焊接试验,并利用激光共聚焦显微镜、扫描电子显微镜、万能试验机和显微硬度计等手段,研究工艺参数对QP980钢激光焊接头微观组织和力学性能的影响。在所选焊接工艺参数下均获得了全焊透及表面成形良好的接头; QP980钢激光焊接头的横截面宏观形貌呈现“沙漏型”,接头可分为焊缝区、粗晶区、细晶区、临界热影响区、亚临界热影响区和母材区;不同工艺参数下接头的焊缝及部分热影响区的硬度均高于母材,且硬度最高值出现在细晶区,在焊缝的两端都存在一个软化区,随着热输入的增加,焊缝及热影响区的宽度变大,软化区也更加远离焊缝中心;不同工艺参数下接头的抗拉强度都能达到母材的强度,屈服强度均高于母材,而接头的伸长率都低于母材,说明在所选焊接工艺参数下,均获得了性能良好的焊接接头。     

Q345R钢焊缝区大气腐蚀行为研究

研究了储罐钢Q345R钢焊缝区的大气腐蚀特征,并通过极化曲线和交流阻抗技术对比分析了热影响区、焊缝和母材的腐蚀行为,结合扫描电子显微镜、激光拉曼光谱仪对样品表面腐蚀微观结构和组成进行表征。研究结果揭示：母材的腐蚀敏感性最大,焊缝区较热影响区相比更耐蚀。腐蚀倾向与显微组织存在一定关系,焊缝区的显微组织为粒状贝氏体与针状铁素体,因该区域组织细化明显降低该区域的腐蚀敏感性,同时因焊接工艺使焊缝处几乎成为无孔区,母材处存在的微孔隙会导致母材具有更高的腐蚀速率。     

高频焊管焊缝冲击韧性异常原因分析

为查明J55钢高频焊管焊缝处的冲击功差异较大的原因,对母材,焊接热影响区及焊接区进行了微观分析,结果表明,冲击功低者,其母材,热影响区和焊缝区分别存在较严重的带状组织,粗大的过热组织和夹杂物等。     

Ti17合金电子束焊接接头的性能及组织分析

分析了Ti17合金真空电子柬焊接接头的显微组织结构及其显微硬度分布规律,并结合室温和高温拉伸试验结果分析了焊接接头的力学性能。结果表明,用电子束焊接方法焊接的Ti17合金其焊缝区和热影响区显微组织为β相基体上分布着细长针状α相,母材为典型的α＋β双相网篮组织,焊后焊缝晶粒细化,焊接接头的焊缝区硬度最高,焊缝的抗拉强度和缺口敏感性均高于母材。     

AZ81A镁合金焊接接头的组织与性能

对AZ81A镁合金进行了搅拌摩擦焊和钨极氩弧焊的工艺实验.通过观察焊接接头宏观成形,分析焊缝显微组织,测试焊接接头的显微硬度分布,对两种焊接方法焊接性进行了分析.研究结果表明:搅拌摩擦焊的外观成形及可操作性均优于熔化焊,焊件焊后基本没有变形.搅拌摩擦焊接头的焊缝为锻造组织,焊核区为细小的再结晶组织;热影响区为部分再结晶组织,再结晶的晶粒沿原铸造晶界生长.熔化焊接头的焊缝区组织为较母材细小的等轴晶,熔合区组织的晶界为α固溶体和Mg17Al12共晶,并有强化相析出;热影响区组织的晶界分布有不连续的共晶.     

不同强度级别双相不锈钢激光焊接头的组织与力学性能

目的 为了合理制定不同强度等级DP钢同种和异种接头的激光焊接工艺,研究激光焊接工艺对接头组织性能的影响。方法 采用SEM、硬度试验、拉伸试验等手段,研究不同强度等级DP钢同种和异种激光焊接接头的微观组织和力学性能。结果 对于同种DP钢激光焊接,由于接头各个区域经历的热循环不同,因此其马氏体体积分数和形态、含碳量等存在明显差异。在焊缝熔合区,由于冷却速度较高,因此马氏体体积分数较高且为细条状,硬度高于母材硬度。在热影响区,由于马氏体发生了回火分解,因此其硬度值低于母材硬度,且软化的程度和范围大小与DP钢的强度级别相关。软化的热影响区成为接头的薄弱区域,降低了接头的拉伸性能。在异种DP钢激光焊接接头中,焊缝熔合区的硬度也明显高于母材硬度。靠近高强度级别母材侧的热影响区范围更大,软化程度更明显,接头硬度分布不再对称。接头的抗拉强度与低等级DP钢母材的抗拉强度基本一致。结论 激光焊接工艺对不同强度等级DP钢同种和异种接头组织性能的影响存在较大的差异,DP钢强度级别越高,接头或接头对应侧的热影响区软化程度越明显,这在制定焊接工艺以及焊后处理工艺过程中需要予以考虑。     

Mg-Y-Nd-Zr镁合金焊接接头的显微组织与力学性能研究

目的研究Mg-Y-Nd-Zr镁合金焊接接头显微组织和力学性能。方法采用钨极氩弧焊工艺制备Mg-Y-Nd-Zr合金焊接接头,采用金相显微镜、扫描电子显微镜观察焊接接头显微组织,采用能谱测试主要合金元素含量,采用电子万能实验机测试焊接接头的力学性能,采用维氏硬度计测试焊接接头的硬度。结果Mg-Y-Nd-Zr合金母材、焊缝区与热影响区平均晶粒尺寸分别为80, 30, 95μm。焊接接头的抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为295 MPa, 188 MPa和3.0%。结论 Mg-Y-Nd-Zr合金母材、焊缝和热影响区晶粒均为等轴晶,与母材相比,热影响区未发生晶粒粗化,焊缝区晶粒明显细化,析出相Mg24Y5增多。Mg-Y-Nd-Zr合金焊接接头经525℃×12 h固溶+225℃×12 h时效处理后,各区域的硬度差异不大。抗拉强度达到母材的93%,断后伸长率达到母材的67%。     

高强低合金钢电子束焊接接头的组织与性能研究

采用电子束焊接了厚度为9 mm的15CrNi3MoV高强低合金钢试板,焊接接头成形良好,无内部缺陷,经热处理后焊接系数达到0.98以上。通过研究焊接接头组织和力学性能,发现热处理后,接头组织以贝氏体组织为主,在焊缝和热影响区粗晶区中出现索氏体组织,热影响区的细晶区存在粒状贝氏体组织,焊接接头的冲击韧性与母材相比得到提升;散焦修饰使原始焊缝的柱状晶碎化,能够改善焊缝处的显微硬度。     

低碳钢薄壁焊管液压胀形行为

为了研究焊管液压胀形过程的变形行为,在管材胀形性能测试系统上进行了不同长径比条件下低碳钢(STKM11A)薄壁焊管的胀形实验,获得了焊管的壁厚分布规律、胀形区轮廓形状、极限膨胀率和应变分布规律。结果表明:管材焊缝区的减薄率仅为2.4%~5.5%,等效应变仅为0.05~0.10,变形程度相对母材区较小,主要发生几何位置移动。环向壁厚的最薄点位于以焊缝为中心的对称两侧士30°位置处。随着胀形区长度增大,管材破裂压力、减薄量、极限膨胀率均发生减小,胀形区轮廓逐渐偏离椭圆形,当长径比达到2.0时,已不再适合用椭圆函数描述。此外,胀形区长度增大过程中,管材从双拉向平面应变状态发生转变,在此基础上建立了焊管的成形极限图。     

Determination of Material Parameters of Welded Tube via Digital Image Correlation and Reverse Engineering Technology

Material characteristics play an important role in tube hydroforming (THF). A method, based on digital image correlation (DIC) and reverse engineering (RE) technology, is proposed to determine the material parameters of a welded tube in hydroforming with a single tubular blank. The material parameters of the weld and parent metal are determined by applying membrane theory and the force equilibrium equations, as well as the deformation data which are obtained by DIC and RE technology in the THF process. Finite element simulations of welded THF are performed with these material parameters and the maximum bulge radii and axial profiles of the weld and parent the metal obtained from the simulations are compared with those obtained from the hydroforming experiments to verify the reliability of the proposed method. The results show that the material parameters of the weld are lower than those of the parent metal. With the material parameters adopted in FE simulation there is a good agreement between the simulation and the experiment as for the maximum bulge radii and axial profiles of the weld and parent metal. This verifies that the proposed method is acceptable for determining material parameters of a welded tube.     

铝合金板材热塑性变形行为研究

为了研究铝合金板材的热塑性变形行为,进行了热态胀形试验,获取了不同温度及压力率下的胀形压力-高度曲线,分析了压力率对胀形高度的影响规律.基于同一压力率、不同温度下胀形压力与等效应变之间的关系,提出胀形压力关于等效应变及压力率的拟合方程,同时获得压力率和应变率之间的函数关系.试验结果表明,板材充液热成形工艺过程中,压力率对金属材料的变形行为影响显著,同时压力率能够表征材料成形过程中的变形快慢.     

Corrosion behaviour of a thin section martensitic stainless steel GTA weldment in chloride solutions

A thin section martensitic stainless steel was welded by gas tungsten arc welding and characterized for the microstructure, hardness and corrosion behaviour in chloride solutions. Welds free from defects could be produced by autogenous welding under the optimized welding conditions. The weld metal was over-matched in terms of mechanical properties (hardness, tensile strength). The general corrosion resistance and the passivation behaviour of the weld metal/heat affected zone (HAZ) region were on par with that of the parent material in chloride and sulphuric acid test electrolytes; however, in terms of pitting corrosion resistance, the martensitic-structured weld metal/HAZ region was marginally inferior compared to its parent material.     

扶梯上侧板横撑液力成形仿真研究

目的 缩短上侧板横撑胀形件的开发周期,降低开发成本。方法 采用理论研究与仿真分析相结合的方法对胀形管件的壁厚分布及加载路径进行研究。首先,借助ABAQUS有限元软件,对简单管件两次液压成形过程进行仿真模拟,通过对比仿真结果与实验结果,验证仿真建模的正确性。其次,基于有限元软件对横撑管件液力成形、退火等过程进行仿真分析。最后,通过分析、总结获取合理的加载路径。结果 通过理论计算得到了预胀形所需的内压力值,为横撑管件预胀形仿真分析提供了参考。在预胀形阶段,当内压力<65 MPa时,由于内压力不足,管件无法成功胀形,当内压力>65 MPa时,管件中间胀形区域存在应力集中现象,不利于后续管件胀形,所以预胀形阶段的合理加载路径为常压65 MPa。在终胀形阶段,常压加载路径下的胀形结果不理想,而在多线性加载路径4下退火件及未退火件都能获得理想的胀形结果,因此,多线性加载路径4为终胀形的合理加载路径。结论 相较于常压加载,终胀形阶段采用多线性高压加载,管件成形效果更好;终胀形前进行退火处理,可以降低胀形管件的残余应力,壁厚分布也更加均匀。     

Failure analysis of 316L austenitic stainless steel bellows used under dynamic sodium in a creep testing chamber

Failure analysis has been carried out on 316L austenitic stainless steel seamless bellows served as mechanical and environmental isolator in a creep chamber for carrying out creep test under dynamic sodium. A set of 4 seamless bellows welded with a supporting ring by TIG welding process has been used. Visual examination and liquid penetration test revealed that the failure reveal as holes occurring at the bellow convolution which was welded with the supporting ring. Severe loss of material at the failed region due to reaction of leakage liquid sodium with residual oxygen and moisture in argon cover gas was observed. Further, deposition of chromium- and iron-rich oxides was observed in and around the failure location. Microstructure studies revealed the presence of interdendritic porosity in the weld fusion zone and evidences of sensitized grain boundary with extensive precipitation of chromium-rich carbides in the coarse heat affected zone in the bellow. The leakage of sodium through the interdendritic pores and micro-cracks might have facilitated the reaction of sodium with bellows. Improper method for welding of the thin-walled bellow convolution with a supporting ring is considered as the root cause of the failure. Welding technique and method facilitating the formation of equi-axed microstructure with least formation of dendritic structure in the fusion zone and the use of proper cooling arrangement during welding to avoid sensitization have been recommended to avoid the bellow failure during service.     

核电站控制棒驱动机构Canopy焊缝焊接温度场和应力-应变场模拟

目的 研究机加工和拉拔2种成形方式下得到的填充环对Canopy焊缝的影响,获取焊接焊缝成形、焊接残余应力和变形的相关数据,以指导Canopy焊缝焊接工艺。方法 采用数值模拟的方法,建立Canopy焊缝焊接数值分析模型,模拟焊接温度场、焊接残余应力和焊接残余变形。结果 拉拔成形环焊接熔池高度为9 mm,机加工成形环焊接熔池高度为8.3 mm;机加工成形环焊接最大残余应力为255.6 MPa,而拉拔成形环焊接最大残余应力为277.8 MPa,均出现在管座紧贴焊缝的位置;机加工成形环焊接残余变形为0.19 mm,拉拔成形环焊接残余变形为0.186 mm,最大残余变形均出现在焊接起始位置附近,在焊缝与管座交接的位置。结论 熔池形貌直接影响了热影响区域的大小,拉拔Y型环焊接熔池高度更大,焊接的热影响区域更大;拉拔Y型环焊接残余应力略大于机加工Y型环焊接残余应力;机加工成形环和拉拔成形环焊接残余变形相近。     

X70大变形管环焊接头及断裂机制研究

目的基于应变设计大变形管线环焊接头热影响区的软化问题,解决制约管线安装质量和服役寿命等难题。方法通过显微硬度测试、微观组织分析,研究了X70大变形管接头热影响区的软化原因,并利用数字相关法研究了焊接接头拉伸过程中的断裂机制,还对焊接接头热影响区进行了激光增强探索。结果 X70焊接接头热影响区粗晶区的最大硬度损失达HV0.239;软化区最大应变达到37%以上;经过热影响区激光重熔后,X70钢焊接接头抗拉强度可提高10%以上,断裂位置均位于母材。结论 X70焊接接头热影响区粗晶区存在明显的软化;拉伸过程中在软化区出现了明显的应变集中,是X70焊接接头断裂于近缝区的主要原因;焊接接头热影响区粗晶区粗大的粒状贝氏体和铁素体导致了焊接接头热影响区的软化。     

有限元在波纹管稳定性分析中的应用

本文简要介绍了结构稳定性理论和有限元屈曲分析理论,通过建立波纹管材料简化模型和有限元模型,对不同单元模型下的波纹管进行内、外压屈曲分析,并对结果与实验值进行了分析。