有关焊接接头力学性能测试方面若干问题的探讨

针对焊接接头性能测试与焊接工艺评定中常易引起分歧或者相关标准没有明确规定的一些问题,诸如通过横向拉伸试验获得接头的屈服强度与断后伸长率是否合理,拉伸试样平行段长度对试验结果的影响,拉伸/弯曲试样焊缝余高是否去除,热影响区冲击试样缺口位置的规定等,根据自身的工作经验以及大量的文献查阅,对相关标准规定之间的区别进行了阐述,并从理论上进行了分析与讨论。鉴于不同标准对同一测试项目的不同规定易造成试验结果之间的显著差异,建议尽快对统一相关标准的可能性和可行性进行讨论。     

高强钢低匹配焊接接头应用性能研究

本文采用低匹配焊条材料焊接了高强度钢材,对其焊接接头硬度、强度、抗弯性能、韧性和抗爆性能进行了综合试验研究,研究结果表明,对于屈服强度高达1,000 MPa的钢,其低匹配焊接接头如果采用常规焊缝余高控制工艺,将出现以下不利状况:(1)无余高焊缝金属承受横向拉应力,在母材及HAZ拘束下首先屈服时,发生低延性破坏;(2)有余高焊接接头在弯曲应力及弯曲、拉伸复合作用下,焊接接头易出现焊缝首先塑变破裂的低应力失效现象。其根本原因为焊接接头软质焊缝区塑性变形抗力的不足。此类破坏发生时,钢板尚未充分塑性变形,从承受应力水平和吸收能量能力来看,这将导致焊接接头系统的服役能力大为降低,因此提高低匹配焊接接头焊缝区塑性变形抗力变得极为重要。利用第三强度理论分析了低匹配焊接接头变形特点,并进行了此类接头焊缝余高的特殊设计,获得和传统等强匹配等效的焊接接头,即在服役状态下,确保焊缝金属不先于母材发生塑变集中而失效。     

焊接接头横向拉伸试验结果分析

通过一系列对比试验,研究分析了Q345焊接试板焊接接头横向拉伸性能与全焊缝和焊板母材之间的差异,探索接头横向拉伸所得屈服强度与断后伸长率的合理性。结果表明,接头横向拉伸所获得的屈服强度值介于母材与全焊缝的值之间,且试验结果受所用引伸计标距的影响较为显著;接头横向拉伸断裂位置虽在母材上,但抗拉强度值要高于母材强度近20 MPa,断后伸长率则比母材低了近10%,但仍高于全焊缝的值。     

基于微观机理的Q460钢材角焊缝搭接接头延性断裂研究

该文基于微观断裂力学的方法,针对Q460钢材角焊缝搭接接头的断裂行为进行了研究。分别通过对接焊缝试件的静力拉伸试验得到了焊缝材料的本构关系,11个开圆弧形平滑槽圆形截面拉伸试件标定了焊缝材料微孔扩张模型VGM和应力修正临界应变模型SMCS的断裂参量η、α,5个正面角焊缝搭接接头拉伸试验获得了焊接接头的荷载-变形曲线并进行了数值模拟。试验结果表明,E55-D2型焊材的角焊缝搭接接头拉伸破坏形式呈延性破坏。断裂参量结果分析表明,焊材的化学成分会导致焊缝金属断裂性能的差异。该文研究成果为焊缝材料建立了准确的数值模型,同时为高强度钢材焊缝的设计和焊接结构的破坏预测提供了一种有效的方法。     

超声振动辅助铝/钢激光–MIG熔钎焊外观成形、组织以及拉伸性能研究

目的 利用超声振动改善铝/钢对接接头界面的微观结构,降低气孔缺陷并提高接头力学性能。方法 通过超声振动辅助激光–MIG焊接方法实现铝/钢异种金属连接,采用光学显微镜观察焊缝形貌,采用金相显微镜和扫描电子显微镜观察焊缝和界面微观结构,利用拉伸试验机测试接头的拉伸强度。结果 超声振动的施加提高了熔融金属的润湿铺展性能,减少了焊缝中的气孔缺陷,并降低了界面层金属间化合物的厚度。带有余高和去除余高的接头拉伸强度由未加超声的175 MPa和154 MPa分别提高到189 MPa和172 MPa。结论 利用超声振动的声流、空化效应有效改善了熔融金属的润湿铺展性能和界面微观结构,并在一定程度上消除了气孔缺陷,进而提高了接头的力学性能。     

高强度钢框架梁柱节点焊接构造的断裂性能试验研究

为研究高强度钢材焊缝连接在实际节点构造中的断裂性能,选取代表实际梁柱节点局部焊接构造的十字型焊接接头试件,采用对接熔透焊和角焊缝两种焊缝类型,完成了20个高强度钢材典型焊接构造在单调拉伸和往复加载下的断裂性能试验,研究了高强钢焊接构造断裂机理,探讨了焊缝类型、荷载类型及钢材强度对典型构造细节断裂性能的影响。研究结果表明,焊缝类型对高强钢焊接构造断裂性能有较大影响,拉-卸载作用导致高强钢焊接节点热影响区材料损伤开裂,往复加载幅值越大,高强钢焊接节点的缺陷敏感性越大,越容易发生断裂失效。试验得到对接熔透焊和角焊缝试件在单调拉伸和往复加载下的断裂临界伸长量和临界荷载,为发展高强度钢材节点焊缝区域的断裂分析模型提供依据。     

电子束焊接K418高温合金裂纹的影响及组织与性能研究

目的探究工艺参数对K418高温合金焊接裂纹的影响,减少焊接过程中裂纹的产生。方法采用真空电子束对2mm的薄板K418高温合金进行焊接试验,通过改变工艺参数来调控焊接裂纹,使用光学显微镜对焊缝显微组织进行观察,使用显微硬度计对试样进行硬度测量,万能拉伸计对接头进行拉伸试验,使用扫描电镜对断口进行观察。结果在焊接束流为24 mA,焊接速度为600 mm/min时,扫描波形为O形,频率为500 Hz时,焊接接头表面未发现裂纹。通过拉伸试验发现断裂位置为母材,其断口为典型脆性解离断裂。结论采用合适的工艺参数可以减少或消除焊接接头表面裂纹的形成。     

钛-铝异种合金电子束焊接接头组织与性能研究

采用电子束焊接方法对厚度为2.5 mm的Ti6321钛合金板材和5083铝合金板材进行了对接焊接试验,并进行了力学性能、显微组织测试。结果表明,焊缝的钛侧及其热影响区组织主要是α'相和原始α相混合形成的马氏体组织,铝侧主要为粗大柱状晶组织,钛铝焊缝交界处析出少量Ti Al金属间化合物;焊接接头的拉伸强度约为219 MPa,接头断裂位置主要在铝侧焊缝位置,部分在钛铝两侧焊缝交界处的Ti-Al金属间化合物上。     

热处理工艺对M390/304闪光对焊焊接接头微观组织及力学性能的影响

本工作基于提高M390高碳马氏体不锈钢与304奥氏体不锈钢焊接接头的力学性能并且使M390/304焊接接头达到高端刀具的硬度要求，对闪光对焊的M390/304焊接接头进行不同热处理工艺研究。实验采用拉伸、维氏显微硬度测试及扫描电镜(SEM)表征不同热处理工艺的焊接接头的力学性能及微观组织演变，并通过线扫描研究了不同热处理工艺下焊接接头的元素扩散，揭示了不同热处理工艺下焊接接头的断裂机理。研究结果表明，1 150℃空冷热处理工艺为M390/304闪光对焊焊接接头的最佳热处理工艺，对应的抗拉强度和延伸率分别为494 MPa和15.7%,分别比焊态提高了2.7%和182%。延伸率显著提高是由于在1 150℃空冷工艺下焊接接头的元素扩散程度较大，焊缝中化学成分的均匀性得到提高。不同热处理工艺下焊接接头的断裂类型均为脆性断裂，但断裂位置并不相同。断裂位置的变化是由于不同热处理工艺下C、Cr、Ni等元素的扩散程度不同，焊缝中碳化物的尺寸和形貌也不同，导致焊缝中第二相强化作用不同。     

超声波探伤应用实例

焊缝中焊接接头余高及接头中未焊透、禾融合、裂纹等危险性大的缺陷往往会影响焊接产品的质量。我单位近年来对江西省内钢结构焊接产品进行检测,发现由于焊接工人操作不当,焊缝根部成型较差,在实际检测过程中当探头K值与前沿距离选择不当时,经常会遇到根部焊缝余高反射波、一次反射波扫查的缺陷反射波、根部焊缝余高的反射波扫查到缺陷的回波混淆不清,缺陷定位不准等现象。超声波探伤实际操作中通过选择合适探头K值、前沿距离,确定合适的扫查高度,可以减少或消除根部焊缝余高反射对缺陷回波判定的不利影响,提高探伤的准确度。     

随焊冲击碾压对LY12CZ铝合金接头组织和性能的影响

随焊冲击碾压是一种控制薄壁结构焊接应力变形、防止热裂纹的新方法.这种方法同时也改善了LY12CZ铝合金接头组织,提高了其力学性能.金相和拉伸断口SEM观察表明,随焊冲击碾压焊缝区晶粒明显细化,组织更加致密,气孔、缩松等缺陷大大减少.与常规焊接接头拉伸断口脆性和塑性断裂特征并存相比,随焊冲击碾压焊缝断口形貌呈现典型的塑性断裂的特征.随焊冲击碾压之后,接头区的硬度有了明显提高,表明接头软化区重新得到强化.而拉伸、疲劳和三点弯曲实验结果表明,随焊冲击碾压之后接头的抗拉强度、塑性及疲劳寿命等力学性能也都得到不同程度的提高.由于薄弱的焊趾部位得到强化,裂纹萌生位置也由焊趾转移到焊缝.     

ZK60镁合金光纤激光焊接工艺参数及接头性能研究

目的 采用光纤激光对ZK镁合金进行焊接,分析焊接工艺参数对焊接接头性能的影响规律。方法 采用正交实验方法,在焊接过程中对焊接主要的工艺参数比如:激光的功率,焊接的速度,离焦量进行三因素三水平正交实验,采用拉力实验机对焊接接头进行抗拉强度测试,得到抗拉强度最大的工艺参数组合。对焊缝微观组织及断口形貌进行分析。结果 当激光功率为1 400 W、焊接速度为40 mm/s、离焦量为3 mm时,焊缝抗拉强度达到最高的308 MPa,达到母材抗拉强度的95%。结论 在合适的工艺条件下,光纤激光焊接过程中,如果热输入较低,焊接速度过快,导致熔池冷却速度非常快,同时细化了晶粒,提高焊缝接头的综合力学性能。     

不同强度301L冷轧板激光对焊接头的组织和力学性能

研究了4级强度亚稳态奥氏体不锈钢301L-DLT、301L-ST、301L-MT和301L-HT冷轧薄板激光对焊接头的凝固组织和拉伸性能。激光焊缝以初始铁素体FA模式凝固,热裂敏感性较小;焊缝由垂直熔合线向内生长的柱状晶组成,没有中心等轴晶粒区。焊缝组织中有奥氏体和板条状、骨架状和蠕虫状铁素体,无杂质、热裂纹和析出相。一次铁素体枝晶臂的平均间距约为17.5 μm,平均铁素体量为5.7%(体积分数)。焊缝的硬度为208~241HV,低于301L-ST、301L-MT和301L-HT板材的硬度。301L-DLT和301L-ST板激光焊件的拉伸断裂位置在母材内,301L-MT和301L-HT板焊件的断裂位置在焊缝内,焊缝金属的断裂强度为886 MPa和921 MPa。301L-HT板焊件的塑性较低,其余三种强度冷轧板激光焊件的拉伸性能都达到了JIS G 4305标准中相应强度冷轧301L板材的力学性能。     

Evaluation of variation of tensile strength across 316LN stainless steel weld joint using automated ball indentation technique

Tensile strength variation across 316LN stainless steel fusion welded joint comprising of base metal, deposited weld metal and heat affected zone (HAZ) has been evaluated by Automated Ball Indentation (ABI) technique. Automated Ball Indentation tests were conducted on the various zones of the steel weld joint at 300, 523 and 923?K. The flow curves obtained from ABI results were consistent with corresponding conventional uniaxial tensile test results. The HAZ exhibited higher tensile strength than the other regions of the steel weld joint at all investigated temperatures. The ratio of ultimate tensile strength to yield stress (YS), which represents the work hardening behaviour, increased with an increase in temperature for the base metal and HAZ; whereas it remained nearly the same for the weld metal.     

不锈钢母材及其焊缝金属材料单拉本构关系研究

为研究国产双相型S22053和奥氏体S30408不锈钢母材及其焊缝金属材料的单拉本构关系和破坏模式,对4组共12个材性试样进行了单向拉伸试验,并对其破坏截面进行了电镜扫描。基于试验曲线,利用修正的Ramberg-Osgood （R-O）模型对材料本构关系参数进行了拟合,进而对不锈钢母材和焊缝金属的单拉本构关系进行了对比分析。结果表明:不锈钢母材和焊缝金属材料均发生韧性破坏,其本构关系都表现出明显的非线性;焊缝金属材料的屈服强度和极限强度均高于不锈钢母材,而延性低于母材;修正的R-O模型与母材和焊缝金属材料试验曲线吻合良好;在焊缝连接承载力精确分析中,应考虑焊缝金属材料与母材本构关系的差异,分别使用相应的本构关系模型。     

某飞机主减速器后撑杆焊缝断裂原因分析

对某飞机主减速器后撑杆焊缝疲劳断裂原因作了分析。结果表明,焊缝疲劳断裂是由于手工焊接时工艺控制不当,使得焊缝局部受到较严重过热,造成组织粗大,导致焊缝局部疲劳强度降低。     

汽车高强钢SG1000激光复合焊接力学性能研究

目的 针对汽车高强钢SG1000焊接接头恶化等问题,研究了SG1000激光复合焊接的力学性能。方法 选用等强匹配焊丝MG90-G对高强钢SG1000进行激光复合焊接,对焊接接头进行拉伸和低温冲击韧性试验,并结合扫描和硬度监测等手段对焊缝组织和断口形貌进行分析。结果 由于激光的预热作用,高强钢SG1000激光复合焊接成形件的焊缝美观,焊接过程稳定可靠,焊接熔池深度较大,有效改善了传统焊接的咬边、飞溅、气孔等缺陷。焊缝组织主要由板条马氏体和奥氏体晶粒组成,热影响区的过热区内部板条马氏体和奥氏体晶粒比较粗大,而焊接母材主要为细小的板条马氏体和奥氏体晶粒。焊接拉伸断口主要为细小且较浅的韧窝,且韧窝底部存在第二相粒子及夹杂物,焊接拉伸断口断裂于热影响区且微观形貌为韧性断裂;冲击微观形貌主要由准解理小平面及河流花样组成,且存在一定数量大小不一的韧窝交错分布,焊接冲击断口断裂于热影响区且微观形貌也为韧性断裂。结论 焊缝热影响区的晶粒比非热影响区的晶粒粗大,拉伸和冲击断裂均发生于热影响区;随着激光功率的增大,复合焊接接头的力学性能呈现逐渐增强的趋势;随着焊接速度的增大,复合焊接接头的力学性能呈现先增强后削弱的趋势。高强钢SG1000激光复合焊接最佳工艺参数如下:激光功率为9.5 kW,焊接速度为0.8 m/min,对应屈服强度为1 072 MPa,抗拉强度为1 175 MPa,断裂伸长率为13.5%,冲击断裂吸收的能量为30.8 J、焊缝中心显微硬度为342 HV。     

Experimental investigation of local tensile and fracture resistance behaviour of dissimilar metal weld joint: SA508 Gr.3 Cl.1 and SA312 Type 304LN

The aim of the paper is to evaluate the local tensile and fracture toughness properties of the dissimilar metal weld joints between SA508Gr.3 Cl.1 and SA312 Type 304LN pipe. Weld joints have been prepared by manual gas tungsten arc welding (GTAW) process with conventional V‐groove and automatic hot wire gas tungsten arc welding with narrow gap using different filler wires/electrode such as Inconel 82/Inconel 182 and ER309L/ER308L. The tensile and fracture toughness test specimens have been machined from different regions of dissimilar metal weld such as heat affected zones, fusion lines, buttering layer, weld metal and both base metals. Tensile and fracture toughness tests have been carried out as per the ASTM standard E8 and E1820 respectively. Tensile and fracture toughness results of all the regions of dissimilar metal weld joints have been discussed in this paper. Metallurgical and fracture surface examinations have also been reported to substantiate the tensile and fracture toughness results. Need for the local properties for integrity assessment of the dissimilar metal weld joints has also been brought out.     

电网设备线夹开裂原因

某电力公司变电站用铝合金设备线夹在运行过程发生批次开裂事故,通过宏观观察、断口分析、化学成分分析、力学性能测试、冷冻模拟试验等方法,对设备线夹的开裂原因和开裂机理进行了分析.结果表明:设备线夹焊缝存在焊接缺陷,导致焊缝强度下降;设备线夹接线管底部存在积水空间,寒冷天气下积水结冰,体积膨胀,使焊缝承受设计工况外的负载而过...