980MPa高强钢TIG焊接接头原位拉伸断裂机理

对新型980MPa深海用高强钢TIG焊接接头5种不同缺口位置的试样进行了原位拉伸试验,通过试验观察了每个试样的动态断裂过程,并对其断裂机理进行了详细研究和分析,最终确定焊接接头的薄弱环节。试验结果表明:直缺口试样的微观断裂经历了塑性变形、缺口处起裂、裂纹扩展、裂纹尖端钝化,直至试样断裂的过程,并且在裂纹扩展过程中,裂纹尖端重复钝化、扩展、新裂纹产生、再钝化、再扩展的过程;圆弧试样和平板试样在剪切力的作用下经历塑性变形、颈缩、出现微裂纹、微裂纹扩展,直至试样瞬间断裂的过程,并且圆弧试样和平板试样的起裂应力和断裂应力十分接近,表现为突发形式;平板试样中发现最后断裂在焊缝金属处,这说明其薄弱环节为焊缝金属处。     

X80管线钢焊接接头TEM观察下的断裂行为对比

对X80管线钢焊接接头3个区域的试样在透射电子显微镜（TEM）下进行原位拉伸试验,通过观察各个区域裂纹的萌生与扩展过程,对其微观断裂行为进行了研究和分析。结果表明：母材区中,裂纹萌生扩展主要以多裂纹起裂为主,表现为沿晶扩展的断裂形式,最后造成在切应力作用下的剪切脆性断裂;热影响区内,主裂纹首先在切应力作用下以45°方向起裂,整个扩展过程是主裂纹钝化、位错发射、主裂纹前方无位错区形成、微裂纹形核、主裂纹与微裂纹连接扩展这一多尺度过程不断重复的过程,最后导致准解理穿晶断裂;焊缝区中,从主裂纹分支出多条裂纹,裂纹均以与拉伸轴成45°的方向起裂,表现为沿晶与穿晶混合的断裂模式,最后造成穿晶脆性解理断裂。     

裂纹尖端钝化对CT试样力学性能影响的试验研究

通过平面断裂韧度实验对紧凑拉伸(CT)试样的力学性能进行研究,分析了尖裂纹和钝裂纹试样的断裂形貌特征,并定量分析了裂纹尖端钝化对力学性能的影响.实验结果表明,尖裂纹计算得出的断裂韧度值、最大断裂值、塑性分量和最大位移量都小于钝裂纹对应的数值,裂纹尖端形成的钝化区有利于抑制裂纹扩展,提高了抵抗断裂的能力,能够达到止裂的目的.随着裂纹尖端曲率半径的不断增加,存在最佳钝裂纹曲率半径.当曲率半径超过其值,刚度出现轻微退化,塑性分量在外加载荷输入能量中所占的比重越来越大,断裂韧度提升明显,增强了试样的承载能力.研究结果可为定量评价裂纹尖端钝化对力学性能的影响提供科学依据.     

全层状TiAl基合金拉伸试验断裂过程及机理

通过对全层组织TiAl基合金不同缺口试样进行原位拉伸试验,结合数据分析以及断口形貌的观察,研究TiAl基合金拉伸的断裂过程和断裂机理.研究发现在原位拉伸试验中,对于直缺口试样,裂纹起裂于缺口根部,其断裂过程主要是主裂纹(沿层裂纹)首先起裂、扩展、连接,然后形成解理断裂起裂源.这一起裂源形成的同时,在刚好能满足Griffiths脆性解理断裂所需要的临界裂纹尺寸时,引起整个试件发生脆性解理断裂.裂纹首先起裂于层间,层间是薄弱环节,断裂方式是穿层断裂和沿层断裂的混合体,以穿层断裂为主.对于大圆弧和平板试样,这种材料的断裂过程是:首先在较高外加载荷下,在标距范围内比较薄弱的区域沿层开裂,随着外加载荷的进一步增加,这些微裂纹扩展,当微裂纹引起的应力集中和外加载荷共同作用足以引起微裂纹进一步贯穿的瞬间,即能量积累到一定程度时,试样整体发生解理断裂.很多试样的断裂是直接起裂的过程,一旦产生裂纹试样立即解理断裂,即这种材料的强度较高,材料很难产生裂纹,也不易损伤.     

X70管线钢管环焊接头在低约束条件下的断裂韧性

针对基于应变设计的X70管线钢管,采用单边缺口拉伸试验对该钢钢管环焊缝金属及热影响区的裂纹尖端张开位移进行研究,获得了裂纹延性扩展过程的断裂阻力曲线,并对热影响区试样的试验结果进行了有效性验证。结果表明:热影响区试样的裂纹尖端距熔合线的距离在0.5mm以内,焊缝金属和热影响区试样的断裂阻力曲线分别为δ=1.395 78(Δa)0.783 35,δ=1.553 38(Δa)0.821 75;采用单边缺口拉伸试验能准确测出管线钢环焊接头在低约束条件下的断裂韧性;试验结果可以为管线基于应变设计和工程临界评价提供依据。     

氢致TA10钛合金焊接接头断裂韧度演变研究

钛合金焊接件在氢环境中服役面临着氢脆断裂风险,断裂韧度对钛合金损伤容限设计至关重要。研究充氢量对钛合金焊接接头断裂韧度、断口形貌和断裂方式的影响,揭示了固溶氢、氢化物导致焊接接头断裂韧度演变的微观机理。充氢0～0.21wt.%CT试样断裂韧度KQ值由39.6MPa·m1/2减小到22.1MPa·m1/2,扩展区断口形貌由大量韧窝+局部少量脆性断裂转为脆性断裂,氢致断裂韧度损失和脆性断裂加剧。应力诱导氢扩散使固溶氢局部富集形成富氢气团,气团存在内压剪切分量使产生局部塑性变形所需外应力下降,焊接接头表观屈服应力下降,促进微裂纹在低KI下孕育。位错运动无法直接切过大尺寸氢化物,位错塞积在氢化物界面处,致局部应力集中,微裂纹在氢化物界面处孕育;同时氢化物为软基体金属中的一种脆性相,应力集中致其产生高应变,氢化物自身断裂,微裂纹在氢化物内部孕育;固溶氢、氢化物均致焊接接头加速开裂。     

应力复合型裂纹焊接接头裂端场及其断裂参量分析

针对含Ⅰ+Ⅱ应力复合型裂纹的焊接接头,应用弹塑性有限元方法分析了其裂端应力场的分布规律。并对不同组配焊接接头的裂纹张开位移(COD)断裂参量及其复合角进行了数值计算,讨论了加载角度和接头强度组配对焊接接头中应力复合型裂纹的断裂行为及其断裂参量的影响机制。研究结果表明,无论何种强度组配,焊接接头裂纹尖端应力场的分布是不对称的。裂端上部发生锐化现象,而裂端下部发生钝化现象。断裂参量COD值的大小受接头组配的影响,因此,不能简单地采用全母材的性能代替接头进行焊接接头的断裂分析。加载角度对焊接接头中复合型裂纹Ⅰ、Ⅱ型主导性存在很大的影响,而接头强度组配对其影响不明显;而裂纹复合角则会受到加载角度及材料组配因素的影响。因此,在进行含应力复合型裂纹的焊接接头的COD断裂参量的计算时,必须考虑这些因素的综合影响作用。     

非均质焊接接头断裂行为预测研究

基于局部法定量研究了焊接接头中强度匹配、试样几何形式对接头断裂行为的影响。首先由标准三点弯曲试样的断裂韧度值,得出反映材料脆性断裂的控制参量,再根据该参量对不同接头强度匹配下三点弯曲和双边裂纹拉伸试样的断裂行为进行了定量预测,当考虑由于延性裂纹扩展所造成的应力升高后,其结果与试验结果相当吻合。表明局部法能很好地描述材料的断裂行为。     

火电厂中铁素体/奥氏体钢焊接接头的蠕变断裂行为研究进展

综述了火电厂中铁素体/奥氏体钢焊接接头在服役过程中的显微组织演变和Ⅳ型裂纹的形成、扩展及蠕变断裂机制,重点分析了该类焊接接头薄弱位置的蠕变断裂行为,总结了铁素体钢热影响区发生蠕变断裂的影响因素,并给出了提高焊接接头蠕变性能的相关建议,最后对未来的研究方向进行了展望。     

T型焊接接头的抗疲劳裂纹扩展设计研究

针对焊接机械结构中出现的焊接接头疲劳断裂现象,从裂纹扩展的角度分析结构参数对结构疲劳强度的影响情况,为进行焊接结构的抗疲劳设计提供依据。建立了含表面裂纹T型焊接接头的有限元模型,采用扩展有限元法计算外载荷作用下的裂纹尖端应力强度因子,探寻T型焊接接头的结构参数发生变化时,对相同载荷条件下表面裂纹应力强度因子的影响规律。采用研究结果指导T型焊接接头的设计,提高焊接机械结构的疲劳强度和可靠性,降低断裂事故的发生。     

钝裂纹或缺口下失效评定图的变化及修正方法研究

应用增量理论弹塑性有限元方法以及弹塑性断裂力学 Ｊ积分理论, 深入研究和全面探讨了一种用于含裂纹结构完整性评定的工程方法——失效评定图, 以及钝裂纹或缺口根部曲率半径、缺口长度、缺口端部椭圆离心率、试样形式和材料等对其的影响。提出了钝裂纹或缺口应力强度因子和极限载荷修正方法。通过这一方法建立的失效评定图可有效地消除缺口因素对失效评定图的影响, 由此, 可完全等效地将裂纹失效评定图用于含缺口结构的完整性评定。     

Prediction of fatigue regimes in notched components

Fatigue crack growth from notches is described as a two-stage process. Cracks are assumed to initiate in, and their early growth controlled by, the plastic zone due to the notch. Later growth is controlled by the developing crack tip plastic zone which can be described by the elastic stress intensity factor. A simple model is proposed which qualitatively accounts for all observed notch phenomena including non-propagating cracks and size effects. The equation: is shown to quantitatively predict the experimental fatigue failure limit of sharply notched specimens.     

3D-C/SiC复合材料断裂韧性的研究

针对 C/ Si C复合材料的结构特征和断裂行为与单一陶瓷材料线弹性断裂不同的特点 ,采用三点弯曲加载试验对 3 D- C/ Si C复合材料室温的加载—卸载行为进行了实验研究。通过对滞回曲线的分析 ,运用能量表征方法定量研究了裂纹扩展过程中弹性变形能、塑性变形能及裂纹扩展形成新表面所需的能量 ,获得了裂纹扩展阻力曲线。结果表明 :3 D- C/ Si C复合材料在加载卸载过程中载荷—加载点位移呈现典型的滞回曲线 ,能量法分析表明 ,裂纹扩展阻力曲线呈现先增加后减小的变化规律     

随焊冲击旋转挤压控制LD10薄板件焊接变形和热裂纹的研究

LD10铝合金薄板在焊接过程中易产生焊接热裂纹,焊后薄板件易产生较大的焊接变形。采用冲击旋转挤压头对焊缝及相邻区域施加一定频率的冲击旋转挤压作用,使焊缝及近缝区产生塑性延展;对LD10常规焊接件和随焊冲击旋转挤压件的焊接残余变形与焊接残余应力进行测量,对比分析了常规焊接件和随焊冲击旋转挤压件的拉伸试验、维氏硬度、断口分析和金相组织,明确了随焊冲击旋转挤压工艺对焊接件组织及性能的影响。试验结果表明,随焊冲击旋转挤压处理后,工件的残余应力被降低到较低水平,随焊冲击旋转挤压工艺起到控制焊接残余应力和变形的作用,并且抑制了焊接热裂纹的产生。     

含裂纹强度失配焊接接头弹塑性变形分析

采用有限元方法对平面应变条件下含裂纹不同强度失配的平板拉伸焊接接头的弹塑性变形进行了分析,研究了焊缝与母材强度失配系数、焊缝硬化性能、裂纹长度等对接头塑性变形的影响。结果表明：强度失配系数对接头塑性变形有显著影响。低匹配时,变形首先集中在焊缝中,而高匹配则对焊缝起到了一定的保护作用。失配系数一定时,不同焊缝硬化性能接头的塑性变形发展趋势是一致的;但当外载较大时,局部塑性变形程度不同,焊缝的硬化性能降低,裂尖塑性变形增大。
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力学性能不均匀性对焊接接头三点弯曲试样塑性区发展规律的影响

利用弹塑性有限元方法对焊接接头试样在三点弯曲试验中塑性区的发展情况进行了计算。分析了不同的裂纹深度、强度组配，焊缝宽度以及不同位置裂纹的焊接接头试样对塑性区形状发展的影响规律。分析结果显示，不同强度组配和几何特征的焊接接头试样对裂纹尖端塑性区的发展规律有较大的影响，由于裂纹尖端拘束程度的不同会造成塑性区的形状和尺寸的改变，因此在做焊接接头试样三点弯曲试验时，可能会得出与均质材料试样不同的驱动力曲线     

TC4合金微动疲劳损伤研究

研究了TC4合金在柱面-平面接触务件下的微动疲劳行为，分析了其微动疲劳损伤机制。结果表明：在试验务件下，微动区边缘的损伤特征以粘着磨损为主，而微动区中部则以磨粒磨损和接触疲劳为主。疲劳裂纹易于在微动区．特别是在蚀坑处萌生和扩展。促使微动疲劳裂纹萌生的因素：一是法向应力和切向摩擦力引起的材料表层塑性变形，二是微动磨损破坏了材料的表面完整性，造成了缺口应力集中效应。     

Staging of a localized plastic deformation upon the tension of Д16AT alloy specimens on the basis of acoustic emission,surface deformation mapping,and strain gauging data. II. Specimens with notches of different depths

Studies of the development of deformations and damage in Д16AT alloy specimens with side notches, which modeled cracks in objects, were performed by combining the acoustic emission, surface deformation mapping, and strain gauging methods. It was shown that a significant portion of the loading time is associated with crack propagation, which is accompanied by the appearance of a segment with a negative value of the strain strengthening coefficient in loading diagrams. According to the data from the correlation of digital images at the plastic deformation stage (within stage 2), two substages were distinguished: the first is related to the deformation localization directly at the notch apex, while the second is associated with an increase in the area of this region to dimensions that are comparable with the specimen cross section. It was revealed that, in the case of a significantly localized deformation, the staging-based approach to the analysis of deformation and fracturing processes is characterized by the better correlation between data that are recorded by different in situ methods.