6061铝合金中温钎焊接头组织与性能

采用自行研制的AlZnSi中温钎料,对6061铝合金进行了火焰钎焊试验,并对其接头组织及性能进行了研究.结果表明,改进的无腐蚀KCsAlF4钎剂能很好的去除铝合金表面的氧化膜,促进钎料在铝材表面铺展.Si元素在钎料中以片状或者针状相存在,在钎缝中也呈现这两种状态,并且当Si元素含量较高时,针状相明显.钎料中Si元素含量及Al元素含量较高时,钎缝中形成的针状相受力时会产生应力集中;而较高的Si元素含量及Al元素含量同时也有利于钎缝中晶粒细化.6061铝合金火焰钎焊对接接头气密性及强度均满足要求,并且两种钎料的焊接接头断口都呈现出明显的沿晶断裂特征.     

钛合金与不锈钢钎焊接头残余应力有限元分析

通过有限元分析的方法对TC4钛合金与1Cr18Ni9Ti不锈钢钎焊接头残余应力场进行分析,计算工艺参数对接头应力分布的影响.结果表明,在TC4、不锈钢母材与钎料接头两侧的界面区附近形成应力集中,并且在距离钛合金母材0.45mm处等效应力达到最大值.钎焊间隙在50μm时应力值最小,钎料的线膨胀系数在12×10-6℃-1时接头内应力达到最小值,连接温度对这些残余应力的集中与分布影响很小.     

铝合金搅拌摩擦焊接头残余应力测试分析

采用小孔法研究厚2 mm的6061-T5铝合金搅拌摩擦焊对接接头残余应力的分布规律,分别测量接头处垂直、平行于焊缝的残余应力,并进行了计算分析。结果显示,搅拌摩擦焊接头残余应力在焊缝及其附近区域无论是垂直还是在平行焊缝方向的均承受压应力,且随小孔深度的增加而增加。垂直和平行于焊缝方向的残余应力呈现出周期性分布,且它们在前进侧的周期相比于后退侧较小;残余应力在焊缝两侧呈不对称分布,后退侧应力值较高,其残余应力峰值出现在后退侧轴肩作用区域边缘处,其值分别为93 MPa和100 MPa。     

2219铝合金TIG焊接头残余应力分布

利用钨极氩弧焊获得了2219铝合金焊接接头,分析了接头力学性能和微观组织。采用X射线衍射法对2219铝合金TIG焊接头进行表面残余应力测试,获得了焊接接头表面残余应力分布,并对2219铝合金焊接接头表面残余应力分布的规律进行了分析。结果表明,该工艺条件下接头力学性能稳定。接头纵截面上存在横向应力及纵向应力稳定区,最大横向拉应力和压应力分别为55 MPa和114 MPa,分别位于焊缝中部和起弧点;最大纵向拉应力为165 MPa,位于焊缝中部热影响区。接头横截面上,仅在焊缝及靠近焊缝区域存在纵向拉应力,远离焊缝的区域处于压应力状态。     

铝合金搅拌摩擦焊接头残余应力分布

采用小孔法对3 mm厚2024-T4铝合金板搅拌摩擦焊对接接头的残余应力分布规律进行研究.为了衡量钻孔引入应变对结果的影响,测量了退火2024铝合金板钻孔产生的应变,将其作为附加应变对焊接试件上测得的应变结果进行修正.结果表明,在试验条件下得到的焊接接头的残余应力以纵向应力为主,横向应力相对很小;纵向高应力区集中在轴肩作用区域,呈不对称分布,前进侧应力高于返回侧,在轴肩作用区域之外应力值迅速降低,在距焊缝中心较远的区域转变为压应力;纵向残余应力峰值为164.5 MPa.分析认为,机械搅拌和焊接温度场的叠加作用造成焊缝两侧纵向残余应力的不对称分布.     

玻璃与金属真空钎焊接头残余应力影响参数分析

玻璃和金属焊接接头由于设计不合理,将致使接头存在较大的焊接残余应力,会严重削弱接头强度.应用顺次耦合有限元热应力计算方法,对平板玻璃和金属在真空条件下的钎焊过程进行了数值模拟,分析了玻璃、金属、钎料厚度、钎焊压力和钎焊温度等因素对应力集中区域残余应力的影响,并观察了焊接接头拉伸断裂后的形貌特征.结果表明,金属厚度增加会增大残余应力,并且其对残余应力影响最显著;钎焊压力和钎焊温度的增加可以降低残余应力;玻璃和钎料厚度对残余应力的影响不大;焊接接头的拉伸断裂区域位于玻璃和金属焊接接头界面贴近玻璃一侧.     

蓝宝石/4J33合金钎焊接头残余应力的数值模拟分析

采用有限元法和弹塑性理论,结合ANSYS15.0软件,对使用Ag-Cu-Ti8为钎料的蓝宝石/4J33合金活性钎焊接头的温度场和应力场进行了数值仿真模拟. 温度场分析得到钎焊接头不同位置降温的快慢情况,应力场分析得到蓝宝石内最大拉应力位于外侧端面,为538 MPa,并向界面延伸,通过实际拉伸试验得出接头断裂部位与模拟结果吻合,当钎料层厚度为150 μm时,径向残余应力最小,因而可以选择适当的钎缝层厚度以减少残余应力,文中的模拟计算结果能有效指导蓝宝石/4J33合金活性钎焊工艺,有利于保证实际接头强度和可靠性.     

钨铈/可伐合金活性钎焊接头的组织与性能

采用含Ti的Ag-Cu基活性钎料真空钎焊钨铈合金(WCe O2)与可伐合金(4J33),并对接头结合强度与微观组织进行了研究。研究结果表明,焊接接头组织由富Ag相、富Cu相、Cu-Ti金属间化合物以及带状的(Fe,Co,Ni)-Ti化合物共同构成;最佳钎焊温度为850℃,此时钎料对WCe O2表面有良好的润湿性,且抗剪强度达到最大(153 MPa)。当钎焊温度较低时,母材及钎料中元素的扩散能力差、反应性弱,接头处不能形成良好的冶金结合并容易在界面处形成孔洞;而钎焊温度过高,焊缝组织中会形成过量的(Fe,Co,Ni)-Ti化合物,降低钎缝组织的塑韧性,导致接头综合力学性能下降。     

LY12铝合金搅拌摩擦焊接头残余应力分析

采用小孔法对不同焊接工艺参数下得到的LY12铝合金薄板搅拌摩擦焊对接接头的残余应力进行了测量和分析.为了消除孔边塑性变形对测量精度的影响,建立了三维有限元法模拟应变释放系数的测量试验,使用基于孔边形状改变比能的A,B系数修正法对盲孔释放系数进行修正.结果表明,接头残余应力呈不对称分布,前进侧应力高于返回侧;纵向残余应力总是高于横向残余应力,但是横向残余应力并非在零附近,而是有一定的大小,约为焊前母材强度的10.8%;在一定范围内,搅拌摩擦焊接头残余应力随旋转频率先增大后减小,随下压量和焊接速度的增加而增加.     

钎焊间隙对钎焊接头残余应力的影响

在等静压石墨/BNi-2/304不锈钢套管式真空钎焊试验的基础上，使用有限元分析软件对钎焊接头在不同钎焊间隙下残余应力的大小和分布进行模拟，结合试验对模拟结果进行分析说明，判断接头薄弱区。结果表明，对于等静压石墨管和不锈钢管钎焊接头，304不锈钢侧和BNi-2钎料层中的残余应力对接头强度的影响不大；随着钎焊间隙增加，径向残余应力减小，接头强度提升，但钎焊间隙过大时会使接头拉断，影响母材连接；通过模拟分析发现，当钎焊间隙为50μm左右时，母材连接不充分；当钎焊间隙为150μm左右时，获得良好接头；当钎焊间隙为250μm左右时，受304侧与石墨侧的径向残余应力共同作用下，接头产生环形裂纹；当钎焊间隙为350μm左右时，沿轴线方向距接头顶部约900μm、沿径向方向距钎料约600～1 000μm处的等静压石墨为接头薄弱区，并产生环状裂纹衍生至接头端面。     

陶瓷-可伐合金钎焊件残余应力分析

钎焊冷却中产生的热应力是引起钎焊件失效的重要原因。本文采用有限元法对陶瓷-可伐合金钎焊件残余应力进行三维数值仿真,模拟了不同时刻的温度场和残余应力的分布。数值模型考虑了热传导、炉膛壁的辐射、炉膛内的对流、钎料的熔化凝固等对温度场的影响。结果表明,靠近钎缝位置残余应力最大;陶瓷一侧的残余应力数值上比可伐合金一侧的大;陶瓷边缘位置垂直钎缝方向的残余拉应力最大;增加钎料厚度和带有圆弧倒角均有益于降低试样的残余应力。     

超声冲击改善6061铝合金焊接残余应力的数值模拟

运用ANSYS有限元软件对无应力和存在焊接残余应力的6061铝合金试板的超声冲击过程进行了数值模拟,并和实测结果进行了对比.结果表明,对于无应力试板,冲击中心表面为压应力,周围为拉应力;在冲击中心沿板厚方向,应力状态逐渐由压应力转变为拉应力,随冲击过程的进行,材料整体应力水平不断提高;对于存在焊接应力的试板,增加载荷位移,冲击区域的应力降幅也随之增大,最大拉应力逐渐向母材区转移且其峰值也不断下降,应力降幅符合实测结果.     

铝合金钎焊接头金相组织

铝合金钎焊接头金相组织$哈尔滨焊接研究所!(150080)@郭力力 $哈尔滨焊接研究所!(150080)@于捷 $哈尔滨焊接研究所!(150080)@孙秀芳 $山东淄博学院!(255091)@姜英     

铝合金薄板焊接接头残余应力分析

铝合金型材已经被广泛用作高速列车车体材料,其结构件焊接接头的服役安全可靠性至关重要。残余应力对接头的疲劳寿命影响很大,能够准确、无损、快速对焊接结构的残余应力进行测试。分别采用小孔法及X射线衍射法进行残余应力测试,通过对比分析两种方法测量的焊接接头残余应力的分布及数值,发现小孔法测量数值稍大于X射线衍射法;射线法测得数值波动范围较小孔法大,其主要原因是测量试件表层应力。但两种方法测量结果的总体趋势一致,故采用无损的X射线衍射法测量3 mm5083-H111薄板的MIG焊接头是可行的。     

2219铝合金焊接残余应力分布分析

采用压痕应变法对2219-T87铝合金摆动TIG焊焊接残余应力进行测量,测试点分布于距焊缝中心线19和44 mm的纵截面及焊缝中心横截面. 铝合金熔焊焊缝及近缝区残余应力处于拉应力状态,且应力绝对值较高. 采用参数估计和假设检验方法分析沿焊缝方向近缝区纵向残余拉应力分布形式,并探究预测残余拉应力值的方法. 结果表明,近缝区纵向残余拉应力呈正态分布;回归拟合和Masubuchi公式与试验数据拟合良好,均可用于预测2219-T87铝合金近缝区纵向残余拉应力值.     

焊接残余应力对2219铝合金熔焊接头承载能力的影响

为了研究2219铝合金焊接残余应力对接头承载能力的具体影响以及作用机理,通过对比试验的方法测试了两种焊接接头的力学性能. 建立焊接过程有限元模型,获得标准试样和大尺寸试样的残余应力分布,模拟结果表明标准试样制备过程中,焊接残余应力基本上完全释放. 分别对含残余应力和不含残余应力试样进行力学拉伸和接头表征测试试验,试验结果表明焊接残余应力的存在不会对焊接接头的力学性能、断裂形式及断口特征产生明显影响. 基于细观损伤的断裂力学理论,对焊接残余应力在接头拉伸过程中损伤产生及积累过程的影响机制进行详细分析及讨论. 结果表明,焊接接头形成后的应力释放并不影响接头的承载能力,但是诸如随焊和焊后残余应力控制措施会导致接头产生额外塑性应变,可能会对接头承载能力产生影响.     

不锈钢/Ag-Cu-Ti/钛合金钎焊接头残余应力模拟研究

采用热弹塑性有限元方法,在考虑了1Cr18Ni9Ti不锈钢和Ti-6Al-4V钛合金的主要热物理性能随温度变化的条件下,计算了1Cr18Ni9Ti不锈钢/Ag-Cu-Ti/Ti-6Al-4V钛合金钎焊接头中的残余热应力大小和分布。计算结果表明,σy在靠近界面的钛合金外表面一侧存在一个应力最大值,且该应力为拉应力,同时σx,τxy也在界面附近存在应力峰值;残余应力会导致钎焊接头在未达到许用强度的条件下产生断裂,和钎焊试验结果具有一致性。     

铝合金复合板钎焊接头组织特征

~~铝合金复合板钎焊接头组织特征$哈尔滨工业大学现代焊接生产技术国家重点实验室!150001@李卓然 $哈尔滨工业大学现代焊接生产技术国家重点实验室!150001@冯吉才 $哈尔滨工业大学现代焊接生产技术国家重点实验室!150001@于捷 $浙江银轮机械股份有限公司!天台县317200@刘卫娇 $浙江银轮机械股份有限公司!天台县317200@罗爱娇 $浙江银轮机械股份有限公司!天台县317200@冯宗会     

余高去除对铝合金TIG焊接头残余应力的影响

利用超声波法测量了3 mm和5 mm厚船用5系铝合金TIG填丝焊接头去除余高前后的正面横纵向残余应力分布。结果表明,余高去除前3 mm厚试板与5 mm厚试板相比,近缝区由于变形较大释放部分应力导致纵向残余应力稍小;试板纵向残余应力分布曲线均为近缝区拉应力最高,试板两侧存在压应力区。去除余高后试板的纵向残余应力曲线均呈驼峰状,焊缝中心残余应力较低,近缝区达到残余应力最大值;余高的去除对于消除纵向残余应力没有太大影响,但可适当降低横向残余应力。     

冷喷涂改善2219铝合金熔焊接头残余应力新方法

目的采用冷喷涂技术改善2219铝合金变极性钨极氩弧焊(VPTIG)焊接接头残余应力。方法采用冷喷涂技术在8 mm厚2219铝合金VPTIG焊接接头表面进行Cu涂层制备,分析冷喷涂前后接头微观组织、力学性能及残余应力的变化,探究冷喷涂过程中高速碰撞颗粒的"喷丸效应"与加热气体的"热效应"对接头残余应力的改善作用及内在机制。结果冷喷涂前后,接头整体的微观组织无明显变化,但在焊缝表面(Cu涂层与焊缝结合面处)观察到明显的塑性变形。冷喷涂后,焊缝区上表面显微硬度提高,作用深度约2 mm(余高处);接头抗拉强度表观上稍有降低,这是由于涂层对焊缝的拉伸应变局部化改变所致,"喷丸效应"与"热效应"单独作用下,接头抗拉强度无明显变化,所有拉伸试样均从焊趾处沿着熔合区发生断裂。焊态接头残余应力分布总体呈拉应力状态,在焊缝处最大,经过冷喷涂后,焊缝残余拉应力峰值从约200MPa降到约24MPa,大部分区域从拉应力变为压应力,且分布均匀性变好。结论冷喷涂技术可以显著改善VPTIG焊接接头残余应力分布。冷喷涂粒子的"喷丸效应"对基体残余应力的改善作用显著。高温气流的"热效应"虽未能显著降低残余应力,但使应力分布变得均匀。