GH99镍基合金薄板电子束焊接头疲劳性能研究

电子束焊作为一种先进的连接技术,具有能量集中、焊接速度快、热影响区小等特点,被广泛应用于工业工程、航空航天等国民经济的重要领域。随着航天飞行器发动机设计寿命的不断提高,主要结构部件的电子束焊接头疲劳性能越来越受到设计工作者的关注,研究电子束焊接头的疲劳性能已经成为焊接工作者一个重要的课题。本文采用电子束焊接工艺,制备了GH99镍基高温合金薄板对接接头。针对电子束焊接头,进行了显微硬度测试、疲劳性能的研究及疲劳失效机理分析。研究表明,电子束焊接头焊缝中心及热影响区的维氏硬度与GH99镍基高温合金母材金属基本相同,接头并未出现性能的不均匀性。对两种工艺下的电子束焊接头的疲劳S-N曲线分析表明,适当加大电子束焊焊接电流,有利于减少焊缝焊根部位的焊接缺陷,有利于提高电子束焊接头的疲劳性能,从而提高了焊接接头疲劳寿命。     

2524-T3铆接接头与搅拌摩擦焊接接头疲劳性能对比研究

通过2524-T3铝合金的搅拌摩擦焊接头疲劳性能对比试验,得到了母材、FSW对接接头、铆钉连接接头的疲劳S-N曲线。试验表明,搅拌摩擦焊的疲劳裂纹大多数起源于焊缝底部;2524-T3材料薄板的疲劳性能略好于厚板的疲劳性能;搅拌摩擦焊接头疲劳性能要明显好于铆接接头疲劳性能。拟合得到了各种不同厚度,不同应力比下的S-N曲线公式,为搅拌摩擦焊技术应用于飞机结构积累了相关数据。     

大厚度TC4钛合金铸件钨极惰性气体保护焊的最优工艺确定及其接头力学性能

选用连续施焊、焊层冷至室温后再焊接下一层、焊道冷至室温后再焊接下一道3种层间温度控制方案和730,600℃2种焊后退火温度,通过显微组织、拉伸性能和疲劳性能确定了大厚度TC4钛合金铸造板钨极惰性气体保护焊(GTAW)的最优工艺,并研究了最优工艺下焊接接头的力学性能。结果表明：焊层冷至室温后再焊接下一层得到的焊接接头焊缝组织最为细小,疲劳寿命最高,在730℃下退火后的焊接接头拉伸性能更好,故确定为最优工艺;最优工艺下,GTAW接头的焊缝硬度略高于母材,属于高匹配接头,在拉伸和疲劳过程中接头均在母材处发生断裂,但焊缝的抗疲劳开裂能力低于母材。     

TC2钛合金焊缝与母材性能对比试验研究

对TC2钛合金焊接接头进行硬度测试以及拉伸、疲劳对比试验，并观察全部疲劳断口，分析焊接接头光滑试样的疲劳性能与影响因素。结果表明，焊缝区的硬度最高，约高于母材50HV，塑性较差，焊缝中的微观焊接缺陷是不可避免的，是影响焊接接头疲劳寿命的主要因素；热影响区的硬度较低，塑性较好，其拉伸强度是焊接接头部位的最薄弱区，但却有较好的疲劳性能。在99％可靠度的前提下，焊接接头的疲劳寿命约为母材寿命的46％。     

BT20钛合金薄板激光焊接头疲劳性能研究

对BT20钛合金薄板激光焊接头的疲劳性能进行试验研究，测试不同应力水平下的疲劳寿命，得到BT20钛合金薄板母材、激光焊接头和活性激光焊接头的中值疲劳寿命，并得到激光焊接头99％可靠度和95％置信度水平上的安全疲劳寿命，分析激光焊和活性激光焊方法对接头疲劳寿命的影响。研究结果对在航空工业中采用激光焊方法制备可靠的接头和结构具有参考意义。     

基于Verity方法的起重机箱型主梁疲劳寿命分析

以某型号桥式起重机主梁为研究对象,对其进行应力分析并建立关键位置处包含焊缝细节的子结构。以T型焊接接头为例,通过有限元分析与试验对比的方式验证了Verity方法的网格不敏感性。采用Verity方法计算了主梁主要焊缝的等效结构应力,进而对主梁的疲劳寿命进行了分析。结果表明该起重机主梁结构的静强度和刚度都符合设计要求,主要焊缝具有很好的抗疲劳性能,符合设计要求,但比较而言下翼缘板与腹板连接处焊缝较易产生疲劳破坏。     

16MnR板材对接接头疲劳试验

列车运行速度的不断提高使转向架焊接构架疲劳破坏问题日益突出,由于缺乏适用于国内材料和焊接条件的基础疲劳性能数据,对机车车辆工业广泛使用母材和主要焊接接头形式的疲劳性能基本数据库的建设就显得十分必要.利用瑞士RUMAL电磁高频疲劳试验机测定16MnR板材对接接头的疲劳性能.使用成组法和台阶法获得接头的S-N曲线、存活率95%置信度水平90%的P-C-S-N曲线及接头的条件疲劳极限,最后利用八点法获得接头修正的Goodman-Smith图,这些结果可为焊接结构的可靠性设计、服役寿命估计提供试验数据基础.     

2195铝锂合金火箭贮箱焊接接头强度分析

为确定火箭贮箱搅拌摩擦焊(FSW)焊接接头疲劳寿命,完成对贮箱结构的疲劳分析,对2195铝锂合金母材标准试件与搅拌摩擦焊焊接接头标准试验件进行静力试验与常幅疲劳试验,得出母材与FSW焊接接头的拉伸强度等力学性能参数,同时绘制其S-N曲线。在试验数据基础上,应用ABAQUS软件对贮箱进行静力分析,联合NCODE软件估算贮箱模型在给定工况载荷下的疲劳寿命。结果表明：应力最严重位置为筒段焊缝处,最先破坏位置发生在筒段横竖焊缝交接处。在疲劳寿命分析的基础上应用ABAQUS-FRANC3D软件联合仿真,在焊缝破坏位置处插入角裂纹,模拟三维裂纹扩展,当裂纹扩展为穿透裂纹时,计算终止。计算了三维表面裂纹的应力强度因子和裂纹扩展寿命,为贮箱损伤容限提供了评估思路。     

构架管接头焊缝参数对疲劳缺口应力的影响

为了克服整体法进行焊接结构强度设计时造成的母材强度过剩,焊缝强度不足的问题,采用局部缺口应力法,分析了焊缝各局部参数对疲劳应力的影响程度;目的是在不改变整体结构参数的前提下,通过优化焊缝设计参数,实现焊接结构疲劳强度的提高。文章以某动车焊接构架为研究对象,建立了横梁管焊接接头的多尺度模型。以参数化的1mm虚拟缺口模型分析了各焊缝参数变化以及砂轮打磨半径对于缺口应力集中系数的影响规律,结果表明焊趾角度的影响较焊喉深度更为显著,而砂轮磨削的最佳半径为6mm。以构架整体模型分析了焊接接头在各疲劳工况下的实际受力情况,联合各向缺口应力集中系数并采用形状改变能密度准则计算了管接头焊趾处的多轴等效缺口应力。通过与原焊缝设计参数相比较,减小15°的焊趾角度能够降低10%的疲劳缺口应力,6mm的磨削半径则能够降低超过20%的疲劳缺口应力。     

桥式起重机箱形主梁焊缝疲劳寿命研究

以某桥式起重机箱型主梁为研究对象,利用ANSYS软件对其进行静态分析,结果表明该起重机静强度以及静刚度均满足设计要求。依据英国标准BS7608,采用FE-SAFE疲劳软件,对主梁翼缘焊缝疲劳寿命进行分析,得出该起重机主梁下翼缘板与主腹板连接处的翼缘焊缝处疲劳寿命最低。并对该处采用不等边角焊缝模型进行对比分析,结果显示适当增加角焊缝一边的长度,且长边位于翼缘板上时,同一焊缝上两条焊趾处的疲劳寿命均有所提高,有助于改善焊接结构件的抗疲劳性能。     

基于损伤容限设计的疲劳裂纹扩展寿命估算

从损伤容限设计概念出发,以断裂力学理论为基础,在承认零构件内具有初始缺陷的基础上,应用著名的Par-is裂纹扩展速率公式,以对1020冷轧薄钢板在承受单轴恒幅循环载荷下的寿命次数的估算为例,介绍了一种简单实用的疲劳寿命估算方法,从而为技术人员在进行含裂纹件的疲劳裂纹扩展寿命计算中提供一定的理论依据。     

起重机金属结构工作级别确定

GB/T 3811—1983《起重机设计规范》和GB/T 3811—2008《起重机设计规范》在进行起重机金属结构的疲劳验算时,对定义起重机金属结构的工作级别有很大差异,这些差异对起重机金属结构的疲劳强度计算有相当大的影响,严重的可能导致起重机金属结构的安全使用寿命低于起重机整机所要求的安全使用寿命,因此,需引起注意。     

系统化的适应性薄板产品接头优化方法

针对薄板装配的特点,提出了一种系统化的适应性薄板产品接头形式的设计方法,该方法在概念设计阶段对装配工艺（顺序）和结构（接头形式）进行方案设计和评估,以达到最终产品尺寸的在线可调整性。提出了适应性连接的设计原则,建立了连接优化数学模型,并使用遗传算法进行求解。该方法为提高产品最终尺寸精度、减少设计试验次数提供了良好的基础。     

异种轻质金属铆接接头力学性能实验研究

随着轻量化技术的发展,诸如铝镁合金等轻质金属得以广泛应用,而铆接作为制作异种轻质金属结构件的主要连接方式,研究其疲劳性能具有重要的现实意义.本文首先介绍了AM60和AZ31镁合金铆接接头的成形过程,并制作了铆接接头实验样件.通过光学显微镜观察了铆接接头微观形貌,并通过扫描电镜分别观察了AM60和AZ31镁合金微观结构....     

疲劳分析在起重机疲劳校核中的应用

起重机是工业发展中的重要支撑,其主梁由于承受交变应力极易出现疲劳裂纹甚至出现疲劳断裂,疲劳分析用于起重机的设计之初的疲劳强度考量,可以极大程度避免由设计导致的疲劳缺陷.对于使用单位所需产品的使用工况调查,获得使用单位对于起重机的实际使用需求,利用疲劳分析软件nCode,采用SN疲劳分析方法对起重机主梁进行寿命分析,通过...     

铝合金压印接头微动疲劳机理研究

压印连接是近年来新兴的连接方式,因其具有简单高效、低耗环保等优点,使得在应用连接方面越来越受到重视。疲劳破坏是机械构件失效的主要形式,疲劳过程中的微动磨损是造成零部件失效的主要原因之一。基于以上条件,对铝合金压印接头的疲劳性能进行了试验研究,结果显示疲劳失效部位主要集中在下板靠近压印点处,断口处发现大量微动磨屑,经能谱分析可以确定磨屑成分主要为氧化铝和金属铝;对疲劳失效断口和微动磨损区域进行了扫描电镜分析,发现压印接头的微动磨损部位主要分为两类,并对其进行了定义,一类定义为颈部微动磨损,另一类定义为环点板间微动磨损。分析发现颈部微动磨损所占比例随着外加载荷的大小而变化,且微动磨损是导致压印接头疲劳失效的重要因素。     

L形折弯钣金的冲模设计技巧

以L形折弯钣金的冲压模设计为研究对象,提出了一种利于模具高效生产和稳定的设计方法。核心思想就是把L形钣金转化为利于冲压平衡的U形钣金,最后进行分离的方式。文中重点探讨此类冲压模具的结构,运用AutoCAD软件进行L形折弯钣金的级进模设计,说明此类设计的一般性方法与技巧,从而实现模具的高效率生产,并实现模具运动可靠。     

基于CATIA的飞机钣金结构特征参数化设计系统

提出了飞机钣金结构特征参数化设计系统的体系框架;构建了由特征参数库和特征模板库组成的飞机钣金结构特征数据库。通过CATIA提供的数据输入接口和功能构件开发了设计系统,实现了飞机钣金结构特征的参数化三维建模。工程应用实例表明,设计系统在飞机钣金结构设计中提高了设计质量和设计效率。     

铝合金板材自冲铆接头的疲劳性能分析

介绍了自冲铆是一种无需预钻孔的薄板新型连接技术及自冲铆的工艺特点。参照国家标准疲劳试验方法,针对5052H32铝合金板材单搭自冲铆接头进行了疲劳试验,测得其疲劳强度为45．9MPa。分析了自冲铆接头的疲劳失效机理,发现微动磨损是导致其失效的主要原因。