45钢焊接接头电磁热强化及力学性能分析

焊接接头在焊接结构中属于薄弱环节,力学性能一般比母材差.选择45钢标准焊接拉伸试件,通过ZL2型超强脉冲放电装置实现焊接接头电磁热强化;利用微机控制万能试验机进行了强化前后抗拉强度测试,对比分析了脉冲放电对45钢焊接结构焊缝力学性能的影响;并采用SEM进行了强化前后断口分析.结果表明,采用合适的脉冲电流强度,由于接头处电流的绕流热集中效应,焊接接头热影响区发生了超高速冲击淬火,生成了白亮组织,提高了强韧性,改善了焊接接头的力学性能,经过脉冲放电强化的焊接拉伸试件抗拉性能提高10%以上.     

带有埋藏裂纹的焊接接头电磁热强化及力学性能分析

采用ANSYS分析软件对45钢焊接接头电磁热强化过程进行了数值仿真,并对其强化后的温度场和残余应力场进行了分析.结果表明,电磁热强化使焊接接头内部裂纹尖端钝化,减少了应力集中,焊接裂纹尖端形成了3向残余压应力场.通过ZL-2型脉冲放电装置对45钢焊接接头进行了电磁热强化试验,并对其进行了强化前后力学性能对比分析.经过脉冲放电强化后的焊接接头抗拉强度和断后伸长率均有所提高,其力学性能得到了改善.数值分析和试验研究均证实了电磁热强化技术应用到焊接领域的可行性.     

ZL201铝铜合金焊接接头电磁热强化实验研究

采用ZL201铝铜合金铸锭制备了焊接拉伸试件,通过ZL-2型超强脉冲放电装置对焊接接头进行了电磁热强化试验。通过抗拉强度测试,对比分析了脉冲放电对铝铜合金焊接结构焊缝力学性能的影响。对强化前后的断口进行了SEM断口扫描分析和EDS点成分分析以及金相分析。研究结果表明:通过脉冲放电,焊接接头的拉伸强度平均提高了9.5%;焊接接头内的孔洞缺陷内缘由于电流绕流发生熔化结晶现象,脉冲放电后孔洞内新生晶粒Cu含量增加明显,强化相增加,强脉冲电流使孔洞附近的金属晶粒细化,从而提高了焊接接头的强韧性。     

含孔洞缺陷焊接接头放电强化及疲劳寿命分析

针对焊接接头中存在的孔洞等形式的缺陷,利用自制的ZL-2型超强脉冲放电装置对含孔洞缺陷的9CrSi合金工具钢焊接接头进行了电磁热强化试验,并在自制的疲劳试验机上对放电前后焊接接头的疲劳寿命进行了对比分析,从理论上计算了含孔洞缺陷焊接接头放电瞬间的综合应力强度因子.结果表明,放电电压对疲劳寿命的影响存在最优值,在5.5 kV脉冲放电电压作用下,放电后的焊接接头平均疲劳寿命比放电前提高了10%以上,理论计算的电热应力强度因子为负值,削弱了裂纹扩展的驱动力,进而延长了试件的疲劳寿命.     

水下湿法自保护药芯焊丝

开发了一种新型水下湿法自保护药芯焊丝,采用模拟压力舱以及自动焊接系统,在30米模拟水深的条件下进行了焊接试验,焊接结果表明焊接过程稳定,成形良好.按照美国焊接协会水下焊接标准（ANSI/AWS D3.6 1999）对获得的焊接接头的抗拉性能、弯曲性能、硬度以及冲击韧性等进行了研究.拉伸试验试件断裂位置位于母材区,弯曲试验试件弯曲180°没有发生断裂,并无明显裂纹产生,0℃冲击韧性达到30.25J/cm2.研究结果表明,自主研发的水下湿法自保护药芯焊丝可满足CCSE36等级钢的水下30米水深的焊接性能要求.     

对含镦粗裂纹的20CrMnTi锻件电磁热止裂强化的分析

选择20CrMnTi锻件为研究对象,使用钻孔、镦粗、切片的方法制备试件。在自制的超强脉冲放电装置上进行电磁热止裂强化试验,对放电前后试件、拉伸性能和裂尖区域的形貌合金成分、显微硬度和应力场进行了对比分析。研究结果表明:放电后镦粗裂纹尖端区域生成均匀细化的白亮组织,Si、Cr、Mn元素的质量分数较基材均有提高,显微硬度提高了约80%;止裂后抗拉强度提高了10. 32%,断后伸长率提高了7. 09%;放电后裂纹两侧的应力由原来的易使裂纹开裂的两向拉应力,变为使裂纹闭合的两向压应力,放电后裂纹尖端区域的应力分布可有效抑制裂纹的发展,从而达到止裂的目的。     

激光清洗对SMA490BW钢接头表面应力及腐蚀的影响

为提高耐候钢焊接质量,将皮秒脉冲激光清洗技术引入到耐候钢焊接的清洗中,并研究了皮秒脉冲激光清洗对SMA490BW耐候钢焊接接头抗应力腐蚀性能的影响. X射线残余应力测试试验结果表明,激光清洗后试样表面残余拉应力增加130 ~ 200 MPa,不利于应力腐蚀性能的提高. 但周期浸润腐蚀试验证明,激光清洗使试件表面的耐蚀性明显提高,这有利于提高接头的抗应力腐蚀性能. 最后,通过三点弯应力腐蚀试验证明,激光清洗提高了耐候钢接头的抗应力腐蚀性能. 其原因为激光清洗使试样表面形成微米级（0.8 ~ 1.2 μm）紧密堆积的柱状颗粒,提高了试件表面的耐蚀性大于表面残余拉应力带来的影响.     

高温合金焊接接头动态拉伸变形断裂行为

借助扫描电子显微镜(SEM)的专用拉伸台,通过取自相同焊接接头疲劳试件的原位拉伸试验和疲劳试验,分析了高温合金焊接接头原位拉伸的动态断裂过程,讨论了原位拉伸断裂行为与疲劳断裂的关系。结果表明,高温合金熔化焊接接头强韧性良好,断裂前应变可达17．5％,具有明显的形变强化效应;焊缝断裂形貌与应力状态密切相关,在平面应力状态下,裂纹形成于熔合区晶内缺陷和晶界交汇处,以延性剪切型断裂为主,在应力集中的棱角处,易诱发穿晶脆断;焊缝熔合区的微观组织不均匀性和焊趾应力集中的联合作用将使焊接接头在疲劳试验过程中发生应变硬化,引发疲劳裂纹。     

构件中半埋藏裂纹在线止裂及力学性能分析

依据热-电耦合数值分析结果选择合适的脉冲放电电压,应用ZL-2超强脉冲电流发生装置,对带有半埋藏裂纹的45号试件进行拉伸载荷下脉冲放电止裂研究。放电止裂后,裂纹尖端瞬间熔化、钝化,达到了裂纹止裂目的。止裂中,试件在拉伸载荷作用下没有瞬间开裂。对止裂前后的拉伸试件通过冲击试验机、扭转试验机进行了冲击和扭转力学性能测试。研究结果表明,电磁热裂纹止裂可以有效提高试件的抗冲击和抗扭力学性能。     

考虑材料微观塑性损伤的焊接接头延性裂纹扩展行为分析

通过考虑材料微观塑性损伤，定量研究了焊接接头中强度匹配、试件几何形状对接头抗延性裂纹扩展行为的影响。对管线用钢焊接接头，测试了标准三点弯曲试样、同种接头及不同匹配状态的双边裂纹拉伸试样的阻力曲线。通过考虑材料塑性损伤的数值模拟，由标准三点弯曲试样的阻力曲线测试结果，得出反映材料微观损伤的特殊单元模型控制参量，再根据该参量对同种接头及不同接头强度匹配下双边缺口拉伸试件的阻力曲线进行了定量预测，其结果与试验结果相当吻合。结果表明，考虑塑性损伤的特殊单元模型能很好地描述接头的抗延性裂纹扩展阻力特性。     

脉冲放电裂纹止裂处的热处理研究

对含有裂纹的金属构件进行脉冲放电止裂时，裂纹尖端由于电流的绕流热集中效应，在瞬间使裂尖熔化形成焊口。由于裂尖附近超快速加热和冷却，金属材料完成了一次超高速冲击淬火。采用数值模拟计算了脉冲放电超快速加热时裂纹尖端温度、温度梯度场；通过脉冲放电止裂试验研究了裂尖超高速淬火全过程。通过对止裂后裂尖的金相组织观察和微观机理分析发现；超细化的条状马氏体、极少量残留奥氏体和细颗粒碳化物的出现明显提高了裂纹尖端的硬度、韧性和耐磨性。     

Microstructure and Fatigue Properties of Laser Welded DP590 Dual-Phase Steel Joints

In this paper, cold-rolled DP590 dual-phase steel sheets with 1.5 mm thickness were butt-welded by a fiber laser, and the evolution and effect on microhardness, tensile property and fatigue property of the welded joint microstructure were studied. The results showed that the base metal is composed of ferrite and martensite, with the martensite dispersed in the ferrite matrix in an island manner. The microstructure of the weld zone was lath-shaped martensite that can be refined further by increasing the welding speed, while the heat-affected zone was composed of ferrite and tempered martensite. The microhardness increased with increasing welding speed, and the hardness reached its highest value—393.8 HV—when the welding speed was 5 m/min. Static tensile fracture of the welded joints always occurred in the base metal, and the elongation at break was more than 16%. The conditional fatigue limits of the base metal and the weld joints were 354.2 and 233.6 MPa, respectively, under tension–tension fatigue tests with a stress rate of 0.1. After observation of the fatigue fracture morphology, it was evident that the fatigue crack of the base metal had sprouted into the surface pits and that its expansion would be accelerated under the action of a secondary crack. The fatigue source of the welded joint was generated in the weld zone and expanded along the martensite, forming a large number of fatigue striations. Transient breaking, which occurred in the heat-affected zone of the joint as a result of the formation of a large number of dimples, reflected the obvious characteristics of ductile fracture.     

含圆形埋藏裂纹金属构件的止裂应力强度因子

采用理论分析和数值模拟两种方法,对带有圆形埋藏裂纹金属构件通入强脉冲电流前后综合应力强度因子进行分析。通过具体算例,得到放电后综合应力强度因子KI比放电前应力强度因子KσI降低了70%,证明了电磁热止裂的可行性;焊接接头内圆形埋藏裂纹止裂实验,验证了数值模型及结果;数值和理论分析放电后的综合应力强度因子相差11.6%,在工程计算误差范围内,数值分析验证了理论分析的正确性。     

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.     

GCr15凹模淬火裂纹止裂处的显微组织分析

对GCr15冷冲凹模淬火裂纹尖端进行脉冲放电止裂，放电时裂纹尖端熔化形成焊点和高压应力区，使裂纹尖端钝化，达到止裂目的，由于脉放电超快速加热和冷却，在裂纹尖端处实现了冲击淬火，得到了超细化的隐晶马氏体和细粒碳化物，硬度提高到HV900－1200。     

Ⅲ型裂纹电磁热止裂分析

针对含Ⅲ型裂纹的金属构件,从理论、数值模拟和实验角度分析电磁热对其止裂强化的效果,导出了脉冲放电瞬间Ⅲ型裂纹尖端附近的叠加应力场分布。研究表明,受切应力的Ⅲ型裂纹通入脉冲电流后,裂尖处迅速升温,超过了金属的熔点,形成焊口,瞬间产生的热压应力场改变了受力状态下的Ⅲ型裂纹尖端附近的应力状态,使之成为抑制裂纹扩展的压应力,从而达到止裂的目的,证明了电磁热强化对在线Ⅲ型裂纹止裂的有效性。     

焊接结构抗疲劳优化设计方法及应用

焊接结构的破坏往往表现为焊接接头的疲劳破坏,提出考虑焊接接头疲劳损伤约束的焊接结构抗疲劳优化设计方法.根据国际焊接学会(IIW)的焊接接头与部件疲劳设计评估标准,基于Miner累积损伤理论,提出虚拟疲劳试验技术预测焊接接头的累积损伤,以焊接接头的累积损伤为约束进行抗疲劳设计,采用基于试验设计的近似模型优化策略提高计算效率.采用此方法对某焊接构架进行了抗疲劳轻量化设计,选取10个设计变量,进行120次试验设计创建Kriging近似模型,在近似模型上应用序列二次规划算法进行优化设计,在结构尺寸、应力及给定焊接接头累积损伤约束下,构架重量减轻11.6%.此方法为设计过程中保证焊接结构的疲劳可靠性提供了一种新途径.