BT20钛合金激光焊接残余应力场及热处理研究

采用小孔释放法和数值模拟从对比的角度研究了B他0钛合金激光焊接和TIG焊接残余应力场的分布特点，并从理论上进行了分析。研究结果表明：在热影响区，激光焊接残余应力比TIG焊接残余应力小；但在焊缝及熔合线上，激光焊残余应力比TIG焊的大。这主要与激光焊接线能量小，塑性变形区窄有关。控制和消除激光焊接残余应力更具重要意义。经真空热处理后，激光焊接焊缝的针状马氏体转变为等轴细晶组织，焊接残余应力显著降低。     

IN738高温合金薄板激光焊接和TIG焊接数值模拟

利用MSC.Marc有限元分析软件,在激光焊接和TIG焊接温度场结果的基础上,对IN738高温合金薄板的焊接过程进行了数值模拟,分析了激光焊接和TIG焊接残余应力和塑性应变的分布规律,并进行了焊接试验验证,对焊接温度场和残余应力场进行了测定。结果表明,激光焊接的残余应力峰值高于TIG焊接残余应力峰值,在焊缝中心线和热影响区,激光焊接的纵向残余应力高于TIG焊接的纵向残余应力,激光焊接的拉应力区比TIG焊接的窄,塑性区宽度较TIG焊接的塑性变形区小,且塑性应变值也较低;激光焊接与TIG焊接计算得到的温度场、残余应力场与试验测得的温度场、残余应力场规律基本一致,只在焊缝处横向残余应力场存在较大的差异。     

航空用钛合金激光焊和TIG焊残余应力测试

钛合金是重要的航空材料。采用小孔释放法对钛合金平板激光焊接和钨极氩弧焊(TIG)残余应力进行了测试研究，分析了焊接方法及焊接热输入和焊后热处理对残余应力分布规律的影响。研究结果表明：在热影响区内，激光焊接残余应力分布规律与普通熔焊方法相似，但其分布区域较窄；与TIG焊相比，激光焊残余应力值大约低100MPa；焊后热处理能显著降低残余应力并使其分布区间平缓。     

焊接残余应力对7N01铝合金疲劳裂纹扩展影响

焊接残余应力作为平均应力影响裂纹扩展. 将残余应力与外载平均应力分离,通过构建典型焊接残余应力场,借助扩展有限元计算焊接残余应力场的应力强度因子. 开展了紧凑拉伸（CT）试样的疲劳扩展试验,基于Walker公式将裂纹尖端平均应力强度因子K_m（静态量）和应力强度因子幅值ΔK（动态量）分离,获得疲劳裂纹扩展速率da/dN与K_m及ΔK的非线性关系. 结果表明,不同外载荷下,应力比与裂纹长度为非线性关系;残余应力对裂纹扩展存在尺度效应:CT试样裂纹长度小于2 mm时,残余应力场明显影响疲劳裂纹扩展速率;当裂纹长度大于2 mm,外载荷为主导因素.     

核反应堆关键焊接结构应力腐蚀裂纹失效评估

以沸水堆堆芯围板焊接热影响区应力腐蚀开裂为例进行了裂纹扩展评估研究.采用有限元模拟与试验检测数据验证相结合的方法对焊接热影响区焊接残余应力场及应力腐蚀开裂扩展过程进行模拟.通过有限元方法计算了应力腐蚀开裂裂纹尖端应力强度因子,再根据应力腐蚀裂纹扩展试验数据获得裂纹尖端应力强度因子与裂纹扩展速率的关系,最终预测了沸水堆堆芯围板的使用寿命,解决了重大构件基于应力腐蚀开裂失效的安全评估问题.该研究过程为重大构件的腐蚀疲劳裂纹失效的安全使用提供了可借鉴的方法.     

郁金香坡口焊接接头焊后TIG重熔数值模拟

针对高速转向架构架上新设计的郁金香坡口焊接接头,运用ABAQUS有限元软件对该形式接头多道焊和焊后TIG重熔处理进行了数值模拟,分别计算了多道MAG焊和焊后TIG重熔处理的温度场、残余应力场和应变,对比分析该接头形式MAG焊后和TIG重熔处理后在不同路径下的横向与纵向残余应力及应变分布.结果表明,TIG重熔影响区产生的...     

BT20钛合金电子束焊接残余应力三维有限元数值模拟

研究钛合金电子束焊接构件残余应力的大小和分布，了解残余应力的形成机理，具有十分重要的理论和实际意义。作者利用ANSYS程序模拟了BT20钛合金电子束焊态和焊后电子束局部热处理的实际焊接温度场以及焊接接头应力场的变化和残余应力的分布。计算结果表明，钛合金薄板焊缝中心残余拉应力的峰值达到焊缝金属屈服强度σn的60％-70％；焊后电子束局部热处理可以降低焊缝中心处的拉伸残余应力值，降低约50％左右；用所建模型计算得到的数值结果规律与实测的残余应力值基本一致。     

焊接工艺对Inconel 718镍铬基合金管结构环焊缝残余应力和变形影响的有限元分析

采用等离子柬焊(PBW)和钨极惰性气体保护焊(TIG)方法对大口径镍铬合金石油管道环焊缝进行打底焊接,采用数值模拟方法分析了两种打底焊接工艺下,焊缝及其邻近区域的温度场、残余变形和残余应力的分布.数值模拟时,根据两种焊接工艺的热源特点,选用不同的热源模型进行计算;同时考虑了材料热物理性能与温度的非线性关系,以及相变潜热对温度场的影响.结果表明,采用PBW能够得到深而窄的焊缝截面,残余应力和残余变形都比TIG打底焊缝小.     

工艺参数对异厚度铝合金激光拼焊板残余应力场的影响

采用小孔释放法检测异厚度铝合金激光拼焊后的残余应力场,分析残余应力产生的规律和原因,对比薄厚两板残余应力场的差异,分析激光功率、焊接速度、离焦量、添加粉末对残余应力场的影响.测量分析结果表明:异厚度铝合金激光拼焊残余应力场分布规律与普通熔焊方法相似,但分布区域较窄.对于不同的工艺参数,焊接功率越小、焊接速度越快、离焦量越大、不添加粉末时,残余应力场分布范围越窄.     

局部加载拉应力对平板焊接残余应力场的影响

采用有限元模拟技术,观察在局部加载条件下平板焊接残余应力场的应力分布,比较平板构件焊接过程中拉伸与焊后拉伸在降低应力方面的不同效果.发现在局部加载条件下焊接过程中拉伸比焊后拉伸可更好地减小焊接残余应力,且当外加载荷低于材料的屈服强度时,载荷越大,残余应力的降低越明显.用200 MPa外截拉伸时,焊后拉伸残余应力最大值由常规焊条件下的235 MPa降至130 MPa,焊接过程中拉伸残余应力最大值可降至50 MPa.结果表明,通过局部加载减小焊接残余应力是可行的.     

焊趾TIG熔修对10Ni5CrMoV钢焊接节点疲劳性能的影响

对焊趾氩弧(tungsten-arc inert-gas welding,TIG)熔修与否的10Ni5CrMoV钢大角度焊接节点进行了疲劳试验,比较了相同加载条件下的疲劳寿命、载荷与位移关系及疲劳裂纹启裂位置,同时测量了焊接接头残余应力,并采用有限元计算方法对承载条件下焊接节点的应力应变场进行了分析.结果表明,焊趾TIG熔修显著提高了10Ni5CrMoV钢焊接节点的疲劳性能,在相同承载条件下使焊接节点的疲劳寿命提高了34%.其主要原因在于TIG熔修能有效改善焊趾处的几何形状、降低应力集中程度,从而降低焊趾在承载条件下的应力应变水平,使焊接接头疲劳性能得到提高.     

Computer-aided experiment on arc welding

Fatigue properties of cast aluminium welded joints by friction stir welding (FSW) and MIG welding were investigated, comparing with that of the base plate. Fatigue crack propagation tests for the da/dN ? ΔK relation and bending fatigue tests for the S–N relation were carried out. Fatigue cracks in both FSW and MIG specimens were accelerated, when the fatigue crack tip reached the stir zone or the weld metal. This behaviour was discussed based on the crack closure induced by the crack surface roughness and the residual stress. In the S–N properties, the influence of specimen surface finishing on fatigue life was also examined. Fatigue lives of the FSW and MIG specimens in the ‘as weld’ condition were in the range of the largely scattered base plate fatigue lives, in spite of the different fatigue crack initiation sites in each specimen such as the porosity in the base plate, the tool mark bottom in the FSW and the weld toe in the MIG. The FSW specimens with the polished surface showed the particular improvement in fatigue strength for finite fatigue life.     

Influence of fabrication stresses on fatigue life of friction stir welded aluminium profiles

Influence of clamping and welding procedure on fatigue life of a friction stir (FS) welded aluminium profile has been analysed. Two series of aluminium profiles (series A and B) have been fatigue tested. The different clamping conditions in series A and B gave rise to different failure positions that could not be explained neither by the effective notch stress method, nor by the critical distance methods. The clamping in series A introduced plastic deformation at the weld notch that gave rise to tensile residual stresses. The failure position could be explained from the value of the stress intensity factor provided that the residual stresses were considered.     

航空铝合金板材搅拌摩擦连接有限元分析

根据搅拌摩擦连接特点,充分考虑搅拌摩擦连接过程中搅拌针各部位与连接板材之间的摩擦生热及在连接过程中连接板材摩擦系数随温度变化规律,建立了适合搅拌摩擦连接自身特点的动态热元模型,并利用此模型进行了航空铝合金板材搅拌摩擦连接过程的有限元分析模拟.通过模拟结果和试验结果对比验证了所建立的动态热源模型和有限元分析过程是合理的.模拟结果显示搅拌摩擦连接残余拉应力主要集中在连接区,且在连接区中间位置出现最大残余拉应力区,连接区两端及其它部位出现残余压应力.     

搅拌摩擦焊及氩弧焊接头的组织形貌

对1060铝合金进行了搅拌摩擦焊和氩孤焊,对比分析了2种工艺方法对铝合金焊接接头组织演变行为的影响,结果表明：双面氩弧焊接头组织表现出明显的铸态组织,并且靠近熔池的柱状晶沿母材向对接中心线显著增大,所产生的内应力增加了晶界开裂的倾向;搅拌摩擦焊接头比氩弧焊接头具有更为细小的晶粒和狭窄的焊接热影响区。焊核区由于动态再结晶具有细小的等轴晶粒,旁边存在一个特殊的组织形貌——热机影响区域。     

Comparative study on fatigue properties of friction stir and MIG-pulse welded joints in 5083 Al-Mg alloy

The objective of this investigation was to compare the fatigue properties of friction stir welds with those of MIG-pulse welds. The 5083 Al-Mg alloy was welded by single pass friction stir welding（FSW） and double-sided MIG-pulse welding. The results show that friction stir（FS） welds have a better appearance than MIG-pulse welds for the lack of voids, cracks and distortions. Compared with the parent plate, FSW welds exhibit similar fine grains, while MIG-pulse welds display a different cast microstructure due to the high heat input and the addition of welding wire. The S-N curves of FSW and MIG-pulse joints show that the fatigue life of FS welds is 18 - 26 times longer than that of MIG-pulse welds under the stress ratio of 0.1 and the calculated fatigue characteristic values of each weld increase from 38.67 MPa for MIG-pulse welds to 53.59 MPa for FSW welds.     

激光-电弧复合焊接7075-T6铝合金裂纹扩展分析

研究了7075-T6铝合金薄板激光复合焊焊接接头疲劳裂纹扩展寿命.同时通过试验建立了不同热输入与弹性模量之间的函数关系并预测了给定热输入下的疲劳寿命.基于改进的Forman公式,提出了一种考虑7075-T6复合焊接头性能差异性、应力强度因子门槛值、裂纹扩展驱动力以及残余应力等多因素耦合的接头寿命预测模型.通过有限元模拟仿真并结合裂纹扩展和接头拉伸试验,对提出的模型进行了验证.结果表明,该模型预报的接头寿命与试验结果吻合较好.     

7075铝合金FSW接头腐蚀疲劳性能及断裂特征

以7075-T6铝合金搅拌摩擦焊接头为研究对象,对其显微组织结构、3.5% NaCl(质量分数)溶液腐蚀疲劳寿命和腐蚀疲劳断裂特征进行了研究,分析了7075铝合金搅拌摩擦焊接头的腐蚀疲劳性能及断裂过程.结果表明,7075-T6铝合金搅拌摩擦焊接头腐蚀疲劳S-N曲线方程为lgN=5.845-0.014S,随着应力幅增大,腐蚀疲劳寿命大幅度降低;腐蚀疲劳裂纹起源于接头的热影响区,逐渐扩展最终断裂于接头的焊核区.腐蚀疲劳断口存在多个裂纹源,且受到应力集中作用的影响,裂纹源萌生于腐蚀坑处.高应力作用加剧了试样边角部分的腐蚀损伤,导致边角比平面位置腐蚀程度更严重.裂纹扩展区出现了明显的晶间断裂和疲劳辉纹;在腐蚀介质和交变载荷的共同作用下,裂纹扩展区腐蚀程度最重,晶界处产生了阳极溶解现象并产生了“冰糖块状”和“蚁巢状”的形貌特征;瞬断区产生了大量解理台阶和二次裂纹,为脆性断裂,在第二相粒子分布区域存在孔洞形貌特征.     

Microstructure and fatigue properties of friction stir welded high-strength steel plates

The weldability of high-strength steels (HSSs) is limited by their loss of strength, toughness and fatigue properties. In demanding applications, the fatigue properties of welds are among the strictest requirements. This paper presents a weldability analysis focusing on the microstructure and fatigue properties of 6?mm thick S690 and S355 HSS plates joined by friction stir welding. Their fatigue properties are compared to design recommendations and to fatigue properties obtained with other welding techniques. Results show that the high-quality friction stir welded steel joints outperform high-quality arc welds and FAT80 design recommendations. The fatigue strength of the friction stir welded joints is increased with material yield strength. The mechanisms governing crack initiation at different maximum stress levels are discussed.