基于临界面法对AZ31B镁合金焊接接头疲劳评定(英文)

通过有限元软件模拟横向十字接头的实际焊接过程,并进行温度场和应力场分析,采用基于Dang Van准则考虑焊接残余应力的临界面法对AZ31B镁合金典型角接头型式——横向十字接头进行了疲劳评定研究,并与疲劳试验结果进行对比分析。结果表明,法国焊接研究所提出的钢材参数及国内研究者提出的铝合金材料的参数均不适用于AZ31B镁合金横向十字接头,需要进行修正;经试验研究将参数修正为α*=0.5,β*=55 MPa,并拟合出相应的Dang Van图形,其结果与疲劳试验结果相吻合;说明修正后的临界面法可以对AZ31B镁合金横向十字接头进行合理的疲劳评定,而且依据应力集中大小,可以有效预测试件可能的疲劳断裂位置。     

Fatigue Assessment of Welded Joints in AZ31B Magnesium Alloy by a Critical Plane Method

通过有限元软件模拟横向十字接头的实际焊接过程,并进行温度场和应力场分析,采用基于Dang Van准则考虑焊接残余应力的临界面法对AZ31B镁合金典型角接头型式——横向十字接头进行了疲劳评定研究,并与疲劳试验结果进行对比分析。结果表明,法国焊接研究所提出的钢材参数及国内研究者提出的铝合金材料的参数均不适用于AZ31B镁合金横向十字接头,需要进行修正;经试验研究将参数修正为α*=0.5,β*=55 MPa,并拟合出相应的Dang Van图形,其结果与疲劳试验结果相吻合;说明修正后的临界面法可以对AZ31B镁合金横向十字接头进行合理的疲劳评定,而且依据应力集中大小,可以有效预测试件可能的疲劳断裂位置。     

双相不锈钢焊接接头疲劳评定体积法

应用体积法对SAF2205双相不锈钢两种不同形式的焊接接头疲劳强度进行了评定研究，对该方法的适用性和有限元计算过程影响因素进行了分析讨论。结果表明，对焊态焊接接头，体积法局部平均应力△σave|Ω参量为具有一定普遍意义的疲劳控制参量，对于讨论的两种接头，由△σave|Ω表示的焊接接头疲劳强度与接头形式无关；对SAF2205双相不锈钢两种不同形式焊接接头，其局部疲劳强度△σave|Ω=411.3MPa；采用体积法进行疲劳评定时，为得到合理的评定结果，应选取最小单元尺寸emin≤0．14mm进行计算。上述结果为简化焊接接头疲劳评定提供重要依据。     

AZ31镁合金TIG焊接接头疲劳性能试验研究

采用TIG焊对厚度10 mm的AZ31镁合金板材进行对接焊和十字角接焊。对母材、对接接头、十字角接接头的静载抗拉强度和疲劳性能进行了试验,分析了焊接组织对焊接接头的抗拉强度和疲劳强度的影响。结果表明:AZ31镁合金母材、对接接头、十字角接接头的静载抗拉强度分别为254.3、186.1、213.4 MPa,焊接接头的抗拉强度均低于母材的抗拉强度。焊接热影响区存在典型的过热组织,晶粒粗大,焊缝区域主要为晶粒细小的铸造急冷组织。母材、对接接头和十字角接接头在2×10~6循环次数下的疲劳强度分别为58.3、26.1、18.2 MPa,焊接接头的疲劳强度远低于母材的疲劳强度。疲劳裂纹主要萌生于焊缝表面的气孔位置,焊缝区晶粒间沉淀相的减少是疲劳裂纹产生和扩展的主要原因。     

AZ31镁合金及其TIG焊接接头断裂机理研究

对AZ31镁合金及其焊接接头进行拉伸、冲击和疲劳试验,分析了镁合金的断裂机理及疲劳裂纹扩展方向.母材拉伸试验结果表明,试样几乎没有缩颈,抗拉强度为236.29 MPa;焊接接头的抗拉强度为185.68 MPa,拉伸断裂从焊接接头焊趾部位启裂,抗拉强度为母材的78%.冲击试验在-80～340 ℃进行,结果表明,在较低温度下AZ31镁合金冲击韧性较小,断口为准解理形貌的脆性断裂;随着温度的增加,断裂形式由准解理+韧窝形貌的混合断裂过渡为韧性断裂;在常温下焊缝中心的冲击韧性比母材的高,但热影响区的冲击韧性较差.AZ31B镁合金母材的疲劳强度为66.72 MPa,对接接头的疲劳强度为39.00 MPa;母材疲劳断口由解理台阶组成,为脆性断裂;焊接接头疲劳断口由解理和准解理台阶组成,为脆性断裂.     

深冷处理对AZ31B镁合金焊接接头疲劳性能的影响

研究了深冷处理对镁合金焊接接头疲劳性能影响。采用TIG焊接AZ31B镁合金,在-160℃、保温12 h深冷工艺下对镁合金焊接接头进行深冷处理。测试未深冷组和深冷组镁合金焊接接头疲劳性能,用最小二乘法拟合实验数据得到S-N曲线,计算2×106循环次数下,未深冷接头疲劳性能为36.42 MPa,深冷接头疲劳性能为41.26 MPa,深冷处理后接头疲劳强度提高13.29%。用盲孔法分别测试未深冷和深冷后垂直焊缝不同位置的残余应力。结果表明:深冷处理后焊接残余应力下降;深冷处理后焊缝晶粒比未深冷焊缝晶粒明显细化。未深冷接头疲劳断口为解理断裂,深冷后接头疲劳断口为韧性断裂,说明深冷处理可提高焊接接头韧性。深冷处理可以提高镁合金焊接接头疲劳性能。     

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.     

超声冲击对MB8镁合金对接接头疲劳性能的影响

采用HJ-Ⅲ型超声冲击设备对MB8镁合金对接接头焊趾区域进行冲击处理.利用EHF-EM200K2-070-1A电液伺服疲劳试验机对超声冲击前后的MB8镁合金对接接头进行疲劳对比试验.采用光学显微镜和高分辨率的透射电镜对超声冲击后的MB8镁合金对接接头的表层组织进行了分析.结果表明,在试验循环基数为2×106周次的条件下,超声冲击态接头的疲劳强度为52.8 MPa,比焊态试样的疲劳强度提高了37.5%,在同等应力水平下,接头的疲劳寿命提高了58～65倍.超声冲击后,焊趾处的应力集中程度降低,焊址及附近区域发生明显塑性变形,变形层厚度大约为70 μm,并在焊趾表面获得了纳米晶组织,同时把焊接残余拉应力转变为压缩应力.超声冲击可以大幅度地提高MB8镁合金焊接接头的疲劳寿命.     

低碳多元高强结构钢焊接接头疲劳强度试验及分析

对低碳多元高强结构钢焊接接头在应力比r=0．12下，采用单点试验法和小样子升降法相结合的试验方法，进行了拉．拉疲劳强度试验。对焊接接头型式对疲劳寿命的影响进行了数理统计分析，并对疲劳断口进行了扫描电镜观察。试验结果和分析表明：对接接头的疲劳极限σ0.12=230MPa；角接接头的疲劳极限σ0.12=130MPa；得到了两种接头型式的S-N曲线和P-S-N曲线方程。在应力水平250MPa、可靠度95％条件下，对接接头的中值疲劳寿命是角接接头中值疲劳寿命的6～18倍。疲劳断口分析认为，焊缝的焊趾和裂纹是影响高强钢疲劳强度的主要原因。     

不同评定方法对高速列车A7N01铝合金焊接接头疲劳强度的影响

选取我国某类型高速列车常用的A7N01S-T5铝合金焊接对接接头,通过实验获得接头的名义应力S-N曲线以及不同存活率下的疲劳强度。采用仿真分析方法获得接头热点应力、缺口应力,分别采用名义应力法、热点应力法、缺口应力法评定接头的疲劳强度。结果表明,通过应力比R=0的拉-拉轴向加载疲劳试验,接头中值疲劳强度Δσ为45.77 MPa,经过±2倍标准差修正后,95%可靠度的疲劳强度ΔσK为39.89 MPa;接头热点应力集中系数为1.034,热点应力疲劳强度为47.39 MPa;缺口应力疲劳强度为123.03 MPa。缺口应力疲劳强度结果最大,热点应力疲劳强度次之,而名义应力疲劳强度最小。因此用名义应力法评定接头疲劳强度更趋于保守,而热点应力法以及缺口应力法需要全面考虑焊缝的细节因素,更加准确地进行受力分析,才能保证高速列车焊接结构的安全可靠性。     

Fatigue property comparison of TIG welded joints of magnesium alloy and aluminum alloy

The fatigue properties of the TIG welded joints of both AZ31B magnesium alloy and 5A06 aluminum alloy were investigated.The four types of welded joints were used in fatigue tests,such as butt joints,transverse cross joints,fillet joints and lateral connecting joints.The fatigue strengths at 2×10~6 cycles of the four welded joints of AZ31B magnesium alloy are 39.0 MPa,24.4 MPa,32.1 MPa and 24.2 MPa,which are 55.0%,42.2%,78.0% and 50.2% of that of 5A06 aluminum alloy,respectively.The fatigue strength levels at slope m=3 of the aluminum alloy's welded joints are mostly higher than the FAT recommended by the International Institute of Welding (IIW),while those of the magnesium alloy's welded joints are all lower than the FAT.It is indicated that the FAT of magnesium alloy's welded joints should be established as early as possible in order to be applied in the design of magnesium alloy's welded structures.     

Improving the fatigue property of welded joints for AZ31 magnesium alloy by ultrasonic peening treatment

The fatigue property of AZ31 magnesium alloy and its TIG welded joints were investigated. The ultrasonic peening treatment (UPT) was used to improve the fatigue property of the TIG welded joints, which was treated at the weld toe by the UPT process. The test results show that the fatigue strength of the base metal of AZ31 magnesium alloys is 57.8 MPa, and those of the fillet joint and the transverse cross joint are respectively 20.0 MPa and 17.2 MPa at 2×106 cycles. The fatigue strengths of two kinds of welded joints treated by the UPT are respectively 30.3 MPa and 24.7 MPa, which have been improved by 51.5% and 43.6%, respectively. The fatigue life of the fillet joint specimens is prolonged by about 2.74 times and the fatigue life of the transverse cross joint specimens is prolonged by about 1.05 times when the stress range is at 40.0 MPa.     

Fatigue crack growth behaviour of pulsed current gas tungsten arc, friction stir and laser beam welded AZ31B magnesium alloy joints

The laser beam welded joints offered better resistance against the growing fatigue cracks compared to friction stir welded and pulsed current gas tungsten arc welded AZ31B magnesium alloy joints. The formation of very fine grains in weld region, higher fusion zone hardness, uniformly distributed fine precipitates and favourable residual stress field of the weld region are the main reasons for superior fatigue performance of laser beam welded joints of AZ31B magnesium alloy.     

AZ31B镁合金及其焊接接头的疲劳断裂机理

对AZ31B镁合金进行疲劳实验,在2×106循环次数下,母材、对接接头、横向十字接头和侧面连接接头的疲劳强度分别为66.72,39.00,24.38和24.40MPa。采用光学显微镜对裂纹扩展特征进行分析,结果表明,AZ31B母材的疲劳裂纹宏观扩展路径平滑,但微观观察发现疲劳裂纹扩展方向曲弯,有些裂纹分成两岔;裂纹尖端扩展均为沿晶扩展。焊接接头裂纹均在焊趾部位起裂,对接接头和横线十字接头的裂纹沿着热影响区扩展;侧面连接接头的裂纹起裂位于焊脚部位。采用扫描电子显微镜对疲劳断裂机理进行分析。疲劳断口由准解理或解理台阶组成,均为脆性断裂,断口中存在二次裂纹,对接接头中存在疲劳条纹,其间距约为5μm。     

镁合金钨极氩弧焊接头深冷强化机制

针对镁合金焊接接头软化问题,文中提出了AZ31镁合金TIG焊接接头深冷强化方法,进行了镁合金TIG焊接工艺试验和焊接接头的-160℃,8 h深冷处理试验;深冷处理使镁合金焊接接头抗拉强度从212.4 MPa提高到246.6 MPa;用X射线衍射仪(XRD)和透射电子显微镜(TEM)等观测了焊接接头深冷前后的微观组织与结构,分析了焊接接头深冷强化机理.结果表明,深冷处理使镁合金TIG焊接接头形成亚晶结构,第二相Mg17Al12颗粒弥散析出,提高了基体连续性,第二相颗粒数量增加,使接头组织细化并获强化,深冷处理使焊接接头的晶粒发生转动与位错转化为位错环,使接头组织产生孪晶,强化了焊接接头.     

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.     

中低强度钢超声冲击处理焊接接头热点应力设计曲线

用ANSYS计算了对接接头、横向非承载十字接头和纵向非承载角接板的热点应力集中系数K_hs,根据Q235B和Q345B的超声冲击处理焊接接头的相关疲劳试验数据得出经过应力比、板厚和几何不平度修正后的超声冲击处理焊接接头的热点应力设计S-N曲线. 结果表明,经过超声冲击处理后,中低强钢(R_m≤355 MPa)对接接头、横向非承载十字接头和纵向非承载角接板的热点应力S-N曲线的分散性降低,与接头形式无关,可以用一条热点应力设计S-N曲线表达. 在采用热点应力法进行疲劳设计时,选取m=10.0,上述三种类型焊接接头在2×106次疲劳强度级别可统一采用FAT135来表示.     

AZ31B/Q235激光诱导电弧填丝焊连接界面分析

利用激光诱导TIG电弧复合热源,通过添加AZ61镁合金焊丝,开展了1.6 mm厚AZ31B镁合金和1.0 mm厚Q235低碳钢板材对接焊研究.分别采用扫描电镜、电子探针、万能拉伸试验机、金相显微镜等仪器进行分析测试.结果表明,采用激光诱导电弧双面填丝焊接工艺,能够获得成形美观、连续的焊缝,焊接接头平均抗拉载荷为3.13 kN.连接界面包括两部分:镁与钢的对接界面为熔化焊接,主要以界面元素扩散为主;远离对接面的接头上下界面为镁合金在钢基体的润湿铺展连接.焊接接头断裂路径表明,连接界面发生的元素扩散是实现镁合金与钢高性能连接的关键.     

超声冲击改善MB8镁合金焊接接头超高周疲劳性能机理探究

通过超声疲劳试验探究超声冲击对MB8镁合金焊接接头超高周疲劳性能的影响。同时,从应力集中、残余应力、晶粒细化等三个因素来探究超声冲击改善MB8镁合金焊接接头超高周疲劳性能的机理。结果表明：在1.0×108寿命下,焊态试样疲劳强度为31.62MPa,冲击态试样疲劳强度为39.81MPa,冲击态试样疲劳强度相较于焊态提高了26%。这说明超声冲击可以明显提高MB8镁合金焊接接头超高周疲劳性能。焊态试样焊趾处应力集中系数Kt1=1.95,冲击态试样焊趾处应力集中系数Kt2=1.67,应力集中系数降低了14.4%,所以超声冲击可以降低焊趾处的应力集中程度。超声冲击后试样焊趾处的应力由残余拉应力转变成残余压应力。超声冲击细化焊趾表面晶粒改善MB8镁合金焊接接头的超高周疲劳性能。