焊接残余应力对超声波冲击处理焊接接头疲劳性能的影响

采用含高值焊接残余应力的非承载纵向角接接头进行了Q235B钢焊态与超声波冲击态的疲劳对比试验,研究了焊接残余应力对超声冲击处理焊接接接头疲劳性能的影响规律。结果表明:焊接残余应力对超声波冲击处理后焊接接头疲劳性能的影响较小。使用不含高值焊接残余应力的小试件来评估超声波冲击处理对相同接头形式及板厚的大型焊接结构疲劳性能的改善程度可能是偏于安全的。     

超声冲击处理改善22SiMn2TiB钢焊接接头的疲劳性能

研究超声冲击处理(Ultrasonic impact treatment,UIT)对22SiMn2TiB钢焊接头疲劳性能的作用。疲劳试验用焊态和UIT样品,X射线衍射应力测定仪测试焊态和UIT样品残余应力分布,扫描电镜(Scanning eletron microscopy,SEM)对疲劳样品断口形貌进行分析,确定了裂纹形核机制。结果表明超声冲击处理可以提高22SiMn2TiB钢焊接头疲劳寿命。对于焊接接头,UIT改变了裂纹形核机制,从焊趾处的表面形核演变为次表面形核。UIT处理消除了焊趾处微缺陷,并引入残余压应力,限制焊趾表面起裂,导致焊接接头更长的疲劳寿命。     

低相变点焊条提高纵向焊接接头的疲劳性能

研制一种用于提高焊接接头疲劳强度的新型焊条———低相变点焊条 (LTTE) ,其熔敷金属的马氏体相变温度为 191℃ ,在焊态下 ,LTTE接头纵向焊趾部位获得 -2 5MPa的残余压缩应力。而普通焊条E5 0 15接头相同焊趾部位却为95MPa的残余拉伸应力。利用上述两种焊条分别焊接三种类型的纵向焊接接头 ,并进行疲劳试验。结果证明 ,在 2× 10 6循环次数下 ,LTTE焊接接头的疲劳强度分别比E5 0 15的提高 41%、47%和 5 9% ;在 162MPa的应力幅值下 ,LTTE焊接接头的疲劳寿命分别比E5 0 15的提高 9.9倍、9.6倍和 46.8倍。此外 ,低相变点焊条方法不需增加焊后处理工序 ,是一种有效提高纵向焊接接头疲劳性能的方法     

超声波冲击与TIG熔修复合强化改善高强钢焊接接头的疲劳性能

研究表明超声波冲击方法与TIG熔修方法在提高焊接接头疲劳性能机理方面存在着很强的互补性。提出一种对接头焊趾先进行一遍TIG熔修处理,然后再实施超声波冲击的复合处理新方法用来改善焊接接头的疲劳性能。对比疲劳试验结果显示:①在一定的应力范围内,超声波冲击处理试件与原始焊态试件相比,疲劳强度提高95％左右,疲劳寿命延长3.6-62倍。②TIG熔修试件与原始焊态试件相比,疲劳强度的改善程度高达34％左右;在较高应力范围内,疲劳寿命没有提高:在低应力范围内,延长疲劳寿命约为0.4—1.3倍。③超声波冲击+TIG熔修复合强化试件与原始焊态试件相比,疲劳强度提高120％左右,疲劳寿命延长28—125倍。④TIG熔修+超声波冲击复合处理能够在TIG熔修和超声波冲击处理的基础上,进一步改善焊接接头的疲劳性能;与单纯的超声波冲击相比,在高应力区域内,TIG熔修+超声波冲击复合处理一定程度上克服了单纯的超声波冲击对所处理的焊接接头疲劳性能改善程度大幅度降低的缺点。     

变幅载荷下超声冲击处理焊接接头的疲劳行为

为研究变幅载荷作用下超声冲击处理焊接接头的疲劳行为,采用非承载纵向角接接头进行了Q235B及16Mn钢原始焊态与超声冲击处理态的对比疲劳试验。试验结果表明：①在变幅载荷作用下,Q235B超声冲击处理试件与原始焊态试件相比,疲劳强度提高69%左右,疲劳寿命延长5.7～19.0倍。②在变幅载荷作用下,16Mn超声冲击处理试件与原始焊态试件相比,疲劳强度提高80%左右,疲劳寿命延长2.5～17.0倍。③在变幅载荷作用下,超声冲击处理焊接接头与原始焊态试件的疲劳性能均有所下降：Q235B超声冲击处理焊接接头的疲劳寿命约为恒幅载荷作用时的1/3,原始焊态的疲劳寿命约为恒幅载荷作用时的70%;16Mn超声冲击处理焊接接头的疲劳寿命约为恒幅载荷作用时的1/3,原始焊态的疲劳寿命约为恒幅载荷作用时的75%。④超声冲击处理焊接接头在承受强烈的变幅载荷时依然具有很高的疲劳强度。     

超声波冲击提高高强度装甲钢焊接接头疲劳强度的应用研究

通过残余应力、疲劳寿命的对比,研究了超声波冲击处理对装甲钢焊接接头的疲劳寿命影响。试验结果表明,在相同载荷与试验条件下,受到超声处理的高强度装甲钢焊接接头疲劳寿命远远高于未受冲击处理的焊接接头。     

超声冲击处理焊接接头疲劳设计若干问题的探讨

对大量超声冲击处理焊接接头的试验结果进行分析总结,探讨超声冲击焊接接头疲劳设计与原始焊接接头的差异,并得到下述结论：①材料强度对超声冲击方法改善焊接接头疲劳性能的处理效果有一定影响,随着接头材料强度的提高改善效果也越好,因此采用低强钢超声冲击处理焊接接头的疲劳试验结果得到疲劳设计S—N曲线是安全的。②超声冲击处理焊接接头试件S—N曲线的斜率m远大于3(6～23),不能将试验结果硬性规定按m=3．0进行统计处理,推荐取m=10。③经过超声冲击处理后其疲劳强度不再与所外加的平均应力无关,而是随着应力比R的增加,接头所能够承受的疲劳应力幅度有所降低。因此建议采用最大应力对超声冲击处理焊接接头进行疲劳设计。④当采用最大应力对超声冲击处理焊接接头进行疲劳设计时,外载荷中所含平均应力与超声冲击处理焊接接头在FAT(200万次循环次数下的特定疲劳强度,将其定为疲劳级FAT)下的疲劳强度(应力范围)之间．的关系为：F(R)=1．25-0．5R,-1≤R≤0．5。     

激光冲击强化对TC4钛合金单面修饰激光焊接接头疲劳性能的影响

对TC4钛合金单面修饰激光焊接接头进行激光冲击强化,对比强化前后焊接接头的疲劳寿命,在光学显微镜和扫描电镜下观察断口疲劳断裂特征,并从焊接接头的显微硬度、微观组织、残余应力分布等方面综合分析激光冲击强化对TC4钛合金单面修饰激光焊接接头的强化机理。试验结果表明：未强化和强化试样均在焊缝咬边处萌生疲劳裂纹,强化试样疲劳寿命是未强化试样疲劳寿命的3.77~9.15倍,强化试样焊缝咬边处马氏体细化,显微硬度提高,焊缝表面呈残余压应力分布,焊缝咬边处残余压应力达-564.37±9.85MPa。晶粒细化和高幅值残余压应力综合作用下抑制了焊缝咬边处疲劳裂纹的萌生,且增大了裂纹扩展阻力,从而提高了焊接接头疲劳性能。     

激光与超声波冲击焊缝对比研究

焊接过程中,由于受热不均匀,焊接件必然存在焊接残余应力.消除焊接残余应力的诸多方法中,激光冲击和超声波冲击是研究者最关注的.从原理、特点、提高性能方面以及发展前景比较了两种冲击方法,激光冲击的效果明显优于超声波冲击,因此应加快国内激光冲击设备的研制进程.     

焊接接头冲击断裂韧性分析

本文对焊接接头在高速冲击加载条件下的冲击断裂韧性数据进行了分析研究,通过对试样冲击功、动态断裂韧性及其影响因素以及断口形貌进行分析,说明焊接接头在冲击载荷条件下的冲击断裂韧性受到焊接组配、焊接接头区域以及冲击速度的影响.在冲击载荷作用下,焊接接头的安全设计完全按传统的强度理论设计是不安全的,更应重视和优先考虑冲击断裂韧性的好坏.     

残余应务对焊接头疲劳性能的影响

利用线弹性断裂力学（ＬＥＦＭ）理论、迭加原理和有限元分析方法,就残余应力对对焊接头的疲劳性能的影响进行了理论分析。采用有限板中边界裂纹及中心穿透裂纹的Ｂｕｅｃｋｅｎｅｒ及Ｋａｎａｚａｗａ权函数,计算对应焊接头中的各种残余应力分布的残余应力强度因子。建立了考虑不同残余应力水平影响的表面裂纹疲劳模型,估算对焊接头疲劳寿命及疲劳强度,并与试验数据进行了比较验证。     

相变应力及其改善焊接接头的疲劳强度

基于钢铁材料相变体积膨胀的原理,自行研制成功专用低相变点焊条,在自然冷却条件下焊缝金属依靠相变应力可以获得残余压缩应力。利用所研制的低相变点焊条和普通E5015焊条分别对几种典型的接头进行焊接,疲劳试验证明：在2×106循环次数下,前者的焊接接头疲劳强度比后者提高11%～58%。同时还证明焊接接头的应力集中和拘束度越大,疲劳强度的改善效果越加明显。本方法为改善焊接接头的疲劳强度提供了一条新的途径。     

压力容器焊接接头疲劳裂纹萌生寿命的探讨

对16MnR焊接接头进行了控制应变幅条件下的疲劳试验，获得其疲劳特性参数以及恒应变幅载荷下的疲劳一寿命关系，建立了焊接接头低周疲劳寿命曲线方程。并将试验结果同局部应力应变法计算的结果进行了比较，为该焊接接头应变疲劳提供了理论依据。     

铝合金焊接接头疲劳评定的应力平均法

应力平均法（the stress averaging approach,简称SAA）是局部应力方法之一,文中采用此方法对3A21铝合金焊接接头进行疲劳评定,用有限元计算局部应力值,建立试验结果和评定结果的S-N曲线,并分析接头形式、焊趾半径对疲劳强度的影响。结果表明,SAA法评定的结果是偏于安全的,但Neuber建议把焊趾处视为尖锐缺口（即令ρ=0,ρ^＊=0．15mm）,在工程上有一定的适用件,在理论上并不完全正确。这样在焊趾处将产生较大的应力集中,由此得到的局部应力值远远大于实际值。接头形式对采用名义应力幅值△σ表示的疲劳强度有较大影响;焊趾是决定焊态接头疲劳性能的关键部位,应力集中区的最大应力存在于焊趾部位。     

改善焊接接头疲劳强度超声冲击装置的研制及应用

使用超声波冲击焊趾来提高焊接接头及结构的疲劳强度,是国际上刚刚出现的一种新方法。本文对超声冲击方法的实验装置进行了研究,研制成功了一台可以用于实际冲击处理的样机,利用所研制的实验,对１６Ｍｎ钢几种焊接接头实施冲击处理,并进行了冲击处理前后的对比疲劳试验,１６Ｍｎ对接接头疲劳强度（２＊１０＾６）提高了９０％（拉伸）十字接头（拉伸）提高了６７％,能够延长疲劳寿命３０－１００倍以上。     

焊接接头残余应力分析

利用光弹性模拟试验技术，对常用的几种焊接接头的残余应力分布规律进行了研究，为进一步分析焊接结构的残余应力分布规律打下了基础。     

考虑热点应力梯度的焊接接头疲劳评定

研究热点应力梯度对焊接接头疲劳评定的影响.基于Taylor的临界距离理论并结合有限元计算得到十字接头与T形接头的疲劳切口系数,预测主板受拉压和弯曲加载时的疲劳强度差异,与试验结果吻合.将板状焊接接头的热点应力分解为膜应力与弯曲应力,当量化其中的弯曲应力成分以考虑应力梯度的影响,由此定义有效热点应力.十字接头与直角角接接头的分析结果表明,由有效热点应力表述的疲劳切口系数与接头类型以及加载方式基本无关,主板的厚度效应预测可由现有的幂律型关系给出.对多组焊接结构的疲劳数据进行重新分析,结果表明,以有效热点应力作为控制应力时,可望用一条S-N曲线表述不同加载方式下多种焊接结构的疲劳数据,且离散度减小.     

工艺参数对镁钛异质金属超声波点焊接头拉伸性能及疲劳性能的影响

镁、钛等轻合金在工业上的广泛应用离不开其异质结构件的连接,作为应用较为广泛的固相焊技术,超声波点焊技术是实现高强度连接的有效途径之一。对镁钛异质金属进行超声波焊接,研究焊接参数对接头拉伸性能及疲劳性能的影响规律,用极差分析法和方差分析法研究焊接参数及参数间交互作用的影响权重,通过疲劳试验结果和Paris模型分析焊接参数对接头疲劳性能的影响。研究结果表明：在镁钛超声波焊接接头拉伸性能中,焊接压力是最显著影响因素,其次是焊接时间和焊接振幅,另外焊接时间与焊接振幅之间的交互作用对性能也有显著的影响。疲劳性能中,接头在不同的循环次数下失效模式不同,通过微观分析研究界面断裂机制,当接头达到高强度连接时,过高的焊接参数会导致镁板厚度降低,从而显著降低焊件的疲劳性能,其中焊接压力影响最为显著。     

十字横向承载焊接接头疲劳裂纹扩展寿命估算

利用一种新的计算模型，用有限元法计算了十字焊接接头疲劳裂纹尖端的应力强度因子值，并拟合了裂纹在焊根和焊趾处扩展的应力强度因子表达式。据此利用Ｆｏｒｍａｎ疲劳模型，考虑显微金相组织的影响，估算了裂纹扩展寿命，与实验值比较，结果合理。     

超声冲击对厚板异种钢T型焊接接头组织与硬度的影响

在18,27μm冲击振幅下对Q420qD/20MnMoNb厚板异种钢T型焊接接头焊趾区进行超声冲击处理,分析了不同冲击振幅下焊趾处的显微组织、残余应力以及显微硬度,并与超声冲击前的进行了对比。结果表明：超声冲击处理后焊趾表层出现塑性变形层、大量位错及较高残余压应力,晶粒细化,硬度提高。当超声冲击振幅由18μm增至27μm,塑性变形层深度由约120μm增大至144μm,亚晶尺寸进一步细化至约25 nm,位错密度进一步增大至约2.48×10¹⁴ m^-2;表面残余压应力增大至约433 MPa,其影响深度增大至约1 410μm;表面硬度增大至约400 HV,硬化层深度增加至约900μm。