60mm厚TC4钛合金电子束焊接头疲劳性能

针对大厚度钛合金在海洋领域的应用,开展了60 mm厚TC4钛合金电子束焊接(EBW)接头疲劳性能的研究. 对EBW接头和母材的疲劳性能进行测试,分析接头疲劳性能的均匀性,绘制S-N曲线对比分析母材与接头的疲劳性能,并采用扫描电镜观察疲劳试样断口以解明断裂路径. 结果表明,EBW接头疲劳性能测试断裂多发生在母材,少数断裂在热影响区,接头疲劳性能沿熔深方向由上至下逐步降低,电子束焊接接头比母材高出10%,接头疲劳试验断口可分为疲劳源区、裂纹稳定扩展区和瞬断区3个典型区域,裂纹起源于试件表面边缘处.     

7050铝合金搅拌摩擦焊接头超高周疲劳性能

采用超高周疲劳试验系统研究7050-T7451铝合金搅拌摩擦焊接头的超高周疲劳性能. 试验结果表明,焊接接头在10⁷周次以上仍然会发生疲劳失效,S-N曲线在10⁸周次左右出现转折点,呈折线型下降;通过SEM对超高周疲劳断口形貌进行观察发现,当应力范围较高时,试件的疲劳裂纹往往在表面萌生,随着应力范围的降低,裂纹有亚表面和内部萌生的倾向;裂纹萌生位置取决于表面起裂和内部起裂相互竞争的结果;试件的断裂位置多为焊接接头的热力影响区和热影响区,EBSD和接头硬度的分析结果表明断裂位置与接头组织不均匀密切相关.     

TC11/TC17线性摩擦焊接头疲劳性能及断口分析

针对TC11/TC17线性摩擦焊接头及母材进行了高周疲劳性能测试。结果表明,接头的高周疲劳强度与TC11母材相当,断裂发生在TC11母材一侧。通过对断口形貌进行分析,发现疲劳断口分为明显的3个区域:裂纹萌生区、裂纹扩展区、最终断裂区,且疲劳断口裂纹萌生于试件近表面处。裂纹扩展区较平整,在整个断口中占了较大的比例;裂纹扩展的初始阶段可观察到二次裂纹和由塑性变形引起的撕裂棱存在,裂纹扩展区后期阶段断口形貌以塑性撕裂为主。最终断裂区与裂纹扩展区不在一个平面上,TC11/TC17线性摩擦焊接头的疲劳断口为沿晶断口和撕裂棱的混合断口。     

6005A铝合金激光-MIG复合焊接接头超高周疲劳性能试验研究

对18 mm 6005A铝合金厚板进行多层多道激光-MIG复合焊接,采用超声疲劳试验技术对板状焊接接头与母材的超高周疲劳性能进行试验研究。结果表明,焊接接头和母材在10~9循环周次后均会发生疲劳断裂。焊接接头的高周疲劳数据点分散性较大,母材和焊接接头的S-N曲线均呈连续下降趋势,在10~6~10~9周次范围内焊接接头的疲劳强度为母材的50%~80%。对比IIW标准疲劳曲线发现,焊接接头的疲劳性能在N=10~4循环周次下与IIW标准基本一致,在高周范围内表现优于IIW标准。经扫描电镜微观分析发现,焊接接头的裂纹通常萌生在表面气孔处,疲劳裂纹断裂形式为穿晶断裂,主要表现为准解理断裂特征。     

TC4钛合金窄间隙激光填绞股焊丝焊接接头组织及性能

文中对比研究了30 mm厚TC4钛合金电子束焊接头和母材的高周疲劳性能,发现接头的高周疲劳性能与母材非常接近。在文中试验条件下,电子束焊接头在循环周次为2×10⁶时的高周疲劳强度为474 MPa,达到母材的94.2%。观察电子束焊接头和母材的高周疲劳断口形貌,发现接头和母材的疲劳源均位于试样表面。疲劳裂纹扩展区都发现疲劳辉纹,相同载荷条件下,母材高周疲劳断口中辉纹的间距较小,约为1.49 μm,电子束焊接头的相邻辉纹间距为2.14 μm。在接头和母材的疲劳瞬断裂区还发现大量韧窝,呈现出典型的韧性断裂特征。文中还对比了母材、热影响区和焊缝区的疲劳裂纹扩展速率,发现热影响区的抗疲劳裂纹扩展性能最弱。分析认为,热影响区的高硬度是导致其抗疲劳裂纹扩展性能弱于其他区域的重要原因。

     

Q345桥梁钢焊接接头超高周疲劳性能

采用超声疲劳振动技术研究了桥梁钢Q345qC的母材和圆形对接焊接接头试件的高周与超高周疲劳性能.试验发现,在105～109循环周次内焊接接头的疲劳性能远低于母材,且无论是母材还是焊接接头其S-N曲线都是呈连续下降趋势.当母材服役超过107周次,焊接接头服役超过5×106周次以后,试件仍然发生疲劳断裂.结果表明,焊接接头...     

TC4-DT钛合金电子束焊接接头疲劳断裂过程的原位观测

通过对TC4-DT钛合金焊接接头显微组织的观察和疲劳断裂过程的原位观测,分析了焊接接头的显微组织特征,研究了焊接接头的疲劳裂纹萌生与扩展行为.结果表明:TC4-DT焊接接头疲劳断裂于母材区,疲劳裂纹萌生于试样的边缘,裂纹既可以沿着初生α相扩展又能直接切过初生α相扩展,裂纹的萌生寿命占整个疲劳寿命的比例较大,裂纹的扩展寿命很短.     

转向架用SMA490BW钢焊接接头超高周疲劳性能

采用超声疲劳试验方法对SMA490BW钢焊接接头的超高周疲劳性能进行研究,通过X射线应力仪对焊接试样残余应力进行测试,采用扫描电镜对疲劳裂纹的萌生、扩展及疲劳断裂机理进行观察和分析. 结果表明,SMA490BW钢母材的疲劳性能远高于焊接接头,在1 × 10⁸循环周次条件下,接头的疲劳强度为141 MPa,仅为母材的44.2%. 接头裂纹主要萌生于焊趾表面缺陷处,疲劳断裂机理表现为准解理断裂, 并伴有塑性变形痕迹. 焊趾处几何不连续造成的应力集中和焊缝及其附近区域一定的残余拉应力,以及接头各微区组织和性能的不均匀性,是导致焊接接头疲劳性能偏低的主要原因.     

Ti-60钛合金电子束焊接接头高温下的失效与变形行为

在600℃拉伸条件下,Ti-60钛合金电子束焊接接头的熔合区和热影响区抗变形能力强于母材区(BM),试样断裂于母材区.在600℃持久条件下,当加载应力≤550 MPa时,接头变形以扩散控制的位错攀移为主,变形能力取决于显微组织中的板条边界密度,板条越细,边界密度越高,变形能力越大,断裂位置在接头熔合区;当加载应力接近或550 MPa(母材区屈服强度附近)时,接头的变形以位错滑移为主,断裂位置在母材区.在600℃高周疲劳条件下,疲劳裂纹易萌生于接头母材区,裂纹形核位置在试样的表面或次表面. TEM观察表明,接头母材区的变形以贯穿板条集束的位错滑移为主;而接头熔合区中的位错则局限在单个马氏体板条内部,位错运动特征为攀移及少量滑移.     

TC4-DT钛合金电子束焊接接头的拉伸性能

用电子束焊接50 mm厚TC4-DT钛合金板,对母材、焊缝金属和焊接接头的拉伸性能进行测试,获得了母材和焊缝金属的基本拉伸性能数据,分析了电子束焊接接头显微组织对拉伸性能的影响.结果表明,电子束焊接使TC4-DT钛合金焊缝金属强度增加,塑性和韧性降低,应变硬化能力增强.焊接接头拉伸试验的断裂位置均在离焊缝边缘较远的母材上,母材为整个接头的薄弱环节.母材和焊缝金属拉伸断口均表现出延性韧窝断裂特征.与母材金属相比,焊缝金属拉伸性能的变化与电子束焊接过程中冷却速度快、在焊缝区形成了粗大β柱状晶及针状马氏体有关.     

5A06铝合金焊接接头在超长寿命区间的疲劳性能

采用自行研制的TJU-HJ-I型超声疲劳试验系统对5A06铝合金TIG焊焊接接头在超长寿命区间的疲劳性能进行研究. 疲劳试验结果表明,圆柱状母材试件、圆柱状焊接接头试件和薄板状焊接接头试件,在经历107循环周次后,S-N曲线仍呈下降趋势,没有发现明显转折,传统意义上的疲劳极限并不存在. 焊接接头试件在107周次和109周次下的疲劳强度仅为母材的50%~70%. 通过扫描电子显微镜进行断口形貌观察发现:母材疲劳扩展区断口较焊接接头断口平整,瞬断区呈韧窝状,而无余高焊接接头试件存在气孔、夹杂等焊接缺陷,导致疲劳性能明显降低.     

激光焊接对SPF/DBTi-6Al-4V合金疲劳性能的影响

研究了SPF/DB Ti-6Al-4V合金及其激光焊接接头静态拉伸性能和疲劳性能,并获得S-N曲线.通过观察组织特征和疲劳断口形貌,分析了激光焊接对SPF/DB Ti-6Al-4V合金疲劳性能的影响.结果表明,SPF/DB T-6Al-4V合金激光焊接接头的抗拉强度略低于母材抗拉强度,而疲劳强度明显低于母材疲劳强度,约为其抗拉强度的40%.SPF/DB Ti-6Al-4V合金组织为α+β等轴细晶组织,其焊接接头组织为含α,针状马氏体α'和少量β相的魏氏组织结构.焊接接头组织结构的不均匀性,以及组织的粗大化是导致激光焊接接头疲劳性能下降的重要原因.SPF/DB Ti-6Al-4V合金疲劳断裂为塑性断裂,其焊接接头疲劳断裂为准解理断裂,这显著降低激光焊接接头的疲劳性能.而焊接气孔等焊缝表层微小几何不连续缺陷的存在往往成为激光焊接接头疲劳断裂的裂纹源.     

TA15线性摩擦焊接头高周疲劳性能分析

在相同热处理制度下,开展了TA15钛合金母材与TA15线性摩擦焊接头高周疲劳性能试验,并对疲劳断口进行扫描电镜分析. 结果表明,从S-N曲线低应力区到高应力区,焊缝针状组织的疲劳强度高于母材双态组织,随着应力的增大,两种组织的疲劳强度差异逐渐缩小;接头针状组织的疲劳极限(463 MPa)高于母材双态组织(423 MPa). 断口分析结果表明,TA15母材的疲劳断口相对较平,扩展区二次裂纹较少,而线性摩擦焊接头中存在较多的二次裂纹,降低了裂纹扩展速度,说明针状组织的疲劳性能优于双态组织.     

Fatigue properties of friction stir welded butt joint and base metal of MB8 magnesium alloy

The fatigue properties of friction stir welded(FSW) butt joint and base metal of MB8 magnesium alloy were investigated.The comparative fatigue tests were carried out using EHF-EM200K2-070-1A fatigue testing machine for both FSW butt joint and base metal specimens.The fatigue fractures were observed and analyzed using a scanning electron microscope of JSM-6063 LA type.The experimental results show that the fatigue performance of the FSW butt joint of MB8 magnesium alloy is sharply decreased.The conditional fatigue limit(2 × 10~6) of base metal and welded butt joint is about77.44 MPa and 49.91 MPa,respectively.The conditional fatigue limit(2 × 10~6) of the welded butt joint is 64.45%of that of base metal.The main reasons are that the welding can lead to stress concentration in the flash area,tensile welding residual stress in the welded joint(The residual stress value was 30.5 MPa),as well as the grain size is not uniform in the heat-affected zone.The cleavage steps or quasi-cleavage patterns present on the fatigue fracture surface,the fracture type of the FSW butt joint belongs to a brittle fracture.     

TC4-DT电子束焊接头显微组织及疲劳裂纹扩展行为

在光学显微镜下对TC4-DT钛合金电子束焊接头显微组织进行了分析,讨论了接头不同位置显微组织特征.比较了疲劳裂纹始于焊接接头不同位置时的宏观裂纹扩展路径及裂纹扩展速率,依据焊接接头显微组织特点讨论了显微组织对疲劳裂纹扩展行为的影响.结果表明,电子束焊接头沿熔深方向显微组织存在一定的差异;文中条件下,与母材区相比焊缝熔合区及热影响区具有较高的疲劳裂纹扩展抗力,导致裂纹扩展路径逐步偏向母材区,最后讨论了裂纹扩展路径的偏折对裂纹扩展速率的影响.     

TC11钛合金焊接疲劳损伤分行演化方程建立

用航空发动机压气机叶盘常用材料TC11钛合金焊接试件，做了控制应变的疲劳寿命试验，获得了最大加载应变与疲劳寿命的关系曲线。应用数据处理技术研究了疲劳断口分维数测量中电镜放大倍数及测量码尺的选择问题，改进了二次电子线扫描分维数处理方法，并成功地应用于钛合金焊接接头断口分维数的测量，获得断口分维数与疲劳寿命关系近似正比例关系。由已建立的焊接结构疲劳损伤分形演化理论模型，建立了一定载荷下TC11钛合金焊接接头疲劳损伤分形演化方程。对航空发动机整体焊接叶盘疲劳寿命预测有重要意义。     

高速列车TC4钛合金焊接构架强度及寿命评估

采用电子束焊和氩弧焊方法制备的TC4钛合金接头,在4种温度条件下,测试了其焊缝、热影响区及母材的断裂韧性,并结合断口形貌、硬度分布及微观组织对比分析了断裂韧性测试结果. 结果表明,TC4钛合金TIG焊接头焊缝及热影响区的断裂韧性优于钛合金母材,CTOD值随温度下降而降低;相较之下,EBW焊接头焊缝断裂韧性值较母材更低,热影响区断裂韧性与母材较接近,温度变化对其CTOD值无显著影响. 钛合金TIG焊接头焊缝区域具有较低硬度值,其网篮状α相和较低比例的马氏体分布是其断裂韧性较高的根本原因;而钛合金EBW焊接头焊缝中针状马氏体的分布导致其局部硬度较高,并降低了断裂韧性.     

厚板铝合金FSW和MIG焊接接头疲劳性能

对厚度10 mm的6082-T6铝合金搅拌摩擦焊(FSW)和MIG焊接接头的疲劳强度进行了试验研究,并与6082-T6母材疲劳性能进行了对比分析.结果表明,6082-T6母材的疲劳S-N曲线最高、MIG焊接接头S-N曲线度最低,而FSW接头的疲劳S-N曲线近似位于两者之间;在高应力区FSW疲劳强度低于MIG焊接接头、而在低应力区高于MIG焊接接头.大部分FSW试样疲劳裂纹启始于焊缝根部的"弱连接"缺陷,采用机械加工去掉1.4 mm厚度焊缝根部材料后,FSW疲劳强度明显提高并接近母材数据.厚板6082-T6铝合金FSW焊缝根部质量控制是影响疲劳性能的关键因素.