测定碳钢表面裂纹深度的一种涡流检测技术

由于热疲劳,在压力容器管嘴和环缝中会产生开裂.核设施中的管焊缝、支撑件焊缝以及反应堆池内的平板焊缝会由于裂纹而失效.高周疲劳也会使汽轮机转子中心孔表面产生开裂.磁粉和其它的表面无损检测方法常用来检测表面开口的裂纹,但不能用来确定裂纹深度.裂纹深度可用各种无损检测方法来测定,如超声衍射声程时间法(TOFD)、电压降法和涡流法.TOFD法难于在管嘴焊缝上进行测定,它最适用于评定>5mm的深裂纹.电压降法需要通过其它技术测出裂纹,对裂纹深度的估计精度则在很大程度上取决于裂纹阻档电流的能力.传统的涡流方法较易操作,但测定裂纹深度通常只能测<2mm的浅裂纹.     

基于超声相控阵的耐候钢接头疲劳裂纹动态监测

借助超声相控阵技术对耐候钢对接接头开展疲劳失效过程动态监测. 基于超声波探头的信号特征,研究其扇形扫描反射过程,建立实时扫查方案, 并对10 mm厚的耐候钢对接接头实施实时监测.结果表明,当疲劳寿命为5 × 104次时,相控阵检测到多个裂纹从对接接头焊趾部位萌生,并沿着板厚扩展,当疲劳寿命超过3.5 × 105次时,裂纹开始快速扩展. 与疲劳试验断口对比发现,基于相控阵检测得到的裂纹尺寸与试验结果基本一致,验证了相控阵裂纹动态检测的准确性. 根据裂纹深度a、裂纹长度2c与循环次数N关系,明确了裂纹动态演化行为,并获得中厚板耐候钢对接接头表面裂纹的扩展演化规律.     

直流电位差法测量316L管道疲劳裂纹扩展的研究

本文首先介绍了用直流电位差法测量疲劳裂纹长度的基本原理、实现方法及所用的仪表。并采用直流电位法测量系统测试固溶处理的316L电气管道的疲劳裂纹扩展速率。试验结果表明:利用CT试样做降K试验时一定要保证后一阶段的裂纹扩展完全穿过前阶段造成的塑性区域。当裂纹长度的表征值a/W0.55时,如果K30 MPa/m疲劳开裂可能偏离试样的平面应变准则较大,所测量到的裂纹扩展速率会有较大误差。1030的降K实验结果和1033的升K实验结果是试样的真正的疲劳裂纹扩展速率。     

温度对TC4-DT损伤容限型钛合金疲劳裂纹扩展行为的影响

对TC4-DT损伤容限型钛合金在150℃，25℃下的疲劳裂纹扩展速率da／dN进行了测试，给出了扩展速率和应力强度因子幅值AK之间的关系曲线。用SEM对2种温度下断口形貌进行了观测，实验结果表明，150℃的疲劳裂纹扩展速率试样具有较低的疲劳裂纹扩展速率，25℃的疲劳裂纹扩展速率试样具有较低的门槛值；稳态扩展区解理断裂和条带循环机制共存，150℃的da／dN试样中的疲劳辉间距比25℃试样细；快速扩展区的断口形貌呈韧窝型静载断裂特征，150℃的da／dN试样中的韧窝比25℃试样深。     

螺栓底座裂纹分析

本文分析了飞机前襟翼作动筒连接螺栓底座表面裂纹的形成原因。对底座表面裂纹形貌以及渗层组织进行了观察,并且对螺栓的化学成分以及硬度进行了测定。结果表明,螺栓底座的表面裂纹为渗碳层裂纹,该裂纹性质为疲劳裂纹,裂纹起始于微动腐蚀形成的表面点蚀坑。采用显微硬度法检查渗碳层深度为1．2mm,超过了渗碳层深度的设计要求（0．6—1mm）。分析认为,螺栓底座表面裂纹的形成与渗碳层深度超标有关,而微动磨损产生的点蚀坑促进了渗碳层疲劳裂纹的萌生。     

超声喷丸对工业纯Zr疲劳裂纹扩展行为的影响

对厚度为2.0 mm的工业纯锆板材进行双面超声喷丸（USSP）处理,研究了超声喷丸（USSP）对微观组织演变和疲劳裂纹扩展（FCG）行为的影响。通过光学显微镜、激光共聚焦显微镜、背散射电子衍射仪、透射电子显微镜和X射线衍射仪分别对微观结构演变进行表征。采用紧凑拉伸试样进行FCG试验,对断口形貌和裂纹扩展路径进行分析。结果表明,USSP处理后形成了具有约250 μm深度残余压应力的表面梯度结构,USSP试样比原始试样表现出更高的强度和表面粗糙度。值得注意的是,USSP-8 min和USSP-12 min试样的疲劳裂纹扩展寿命比原始试样分别提高了28.1%和50.9%。USSP处理有助于提高疲劳裂纹扩展抗力,进而在一定程度上降低疲劳裂纹的扩展速率。FCG性能的提高可归因于残余压应力和晶粒细化的共同作用,残余压应力增强了裂纹闭合效应,降低了有效应力比。同时,晶粒细化使晶界比例增加,循环塑性区尺寸减小,从而有利于抵抗裂纹扩展。     

接触疲劳推力片试样表面显微裂纹的研究

由于在机械加工过程中,采用了卧轴矩平面磨床制样,轴承钢接触疲劳推力片试样表面可能产生细小的显微裂纹,一般用金相光学显微镜在50至200倍下能明显观察到,经测量裂纹深度在0.10—0.20mm之间,本文通称表面显微裂纹。本文用数理统计方法研究了表面显微裂纹对接触疲劳寿命的显著影响,并发现表面显微裂纹的存在使材料的接触疲劳平均寿命下降至正常寿命的1/8,离散度也显著增大,同时研     

回火处理温度对40Cr钢疲劳损伤过程的影响

用系统分析方法定义了疲劳损伤变量，结合对试样疲劳损伤过程的扫描电镜观察，在线跟踪了40Cr钢试样及其在不同回火温度下疲劳裂纹萌生期问的疲劳损伤过程。实验结果表明：随着回火温度的上升，40Cr钢的疲劳过程有所不同，使裂纹萌生寿命不断提高，但回火温度与裂纹萌生寿命之问不是简单的线性关系；在450℃以下，随回火温度提高，裂纹萌生寿命明显提高；在450℃至580℃之间，随回火温度的提高，裂纹萌生寿命增加不明显。     

腐蚀疲劳裂纹内溶液的两维运动模型

以单边穿透裂纹为背景,建立了描述腐蚀疲劳裂纹内溶液的流体运动两维方程。通过解偏微分方程组,用解析法得到了腐蚀疲劳裂纹内溶液的两维运动规律。据此,以紧凑拉伸试样为例,讨论了影响速度的各参数及裂纹内的流态。     

2124铝合金TL取向疲劳裂纹扩展门槛值

用降载法测得了2124铝合金TL取向应力比R=0.1、0.3、0.5、0.7下的疲劳裂纹扩展门槛值,用线性拟合法得到da/dN=C1△Kn1中的C1和n1值,将其带入裂纹扩展速率da/dN-△K表达式中,并按标规定取疲劳裂纹扩展速率(da/dN)=10-7 mm/cycle时的△K值为疲劳裂纹扩展门槛值△Kth,分析了应力比对裂纹扩展门槛值的影响.     

内部疲劳微裂纹退火愈合过程中纯铁的密度变化

在室温下对工业纯铁试样进行了控制应变幅的等幅、拉—压、低周疲劳加载，随后在1173K温度下从1h延续至7h进行真空退火处理，并分别对疲劳试样和退火试样中的疲劳裂纹形态进行了SEM观察．用电子分析天平对各组试样进行了密度检测，结果表明：同原始试样相比，随疲劳周次增加，疲劳试样密度逐步减小，在随后的1h到3h退火期间，疲劳试样密度值无明显变化；当从3h至7h退火时，试样的密度逐渐增大，并且在7h退火时接近了原始密度值．分析表明，内部疲劳微裂纹的萌生是试样密度值减小的原因；在早期的退火处理阶段，表面扩散机制支配裂纹的形态演变，因而试样密度无明显增大；而在退火处理后期，体扩散及晶界扩散作用缩小了裂纹演变形成的空洞，使得试样密度增大并逐渐恢复至原始密度值．     

基于解析算法与J积分法的耐候钢接头疲劳裂纹扩展分析

为准确描述焊接接头疲劳裂纹在扩展中的动态过程,借助多阵元超声相控阵设备对12 mm厚耐候钢对接接头的表面裂纹扩展动态进行实时监测,得到半椭圆形裂纹深度、长度与寿命的演化关系.借助Abaqus建立有限元分析模型,将裂纹几何变化历程输入,计算裂纹尖端7个方向的能量释放率,获得裂纹尖端应力强度因子幅值.将裂纹尖端(θ = 90o)的K值与BS7910标准中推荐解析公式对比分析,其结果吻合性好.在此基础上,分别采用简化公式与两阶段扩展模型计算试样的疲劳寿命. 结果表明,两阶段裂纹扩展模型能准确地预测对接接头裂纹的疲劳寿命,且与试验结果高度吻合.     

发动机盘环件径轴向裂纹超声检测能力及影响因素分析

针对航空发动机盘环件超声检测中存在的径轴向裂纹取向不利导致检测困难的问题,采用力学加载方式制作含有长度为1.5～10 mm疲劳裂纹的试样,试验对比了纵波直入射缺陷回波法与底波监控法、纵波小角度斜入射缺陷回波法与底波监控法等4种方法对径轴向裂纹的检测能力,并分析了探头参数、裂纹位置等因素对检测能力的影响规律,最后在某涡轮盘上验证了方法的有效性。结果表明,纵波小角度斜入射底波监控法对径轴向裂纹的检测能力最强,使用焦距为89 mm的10 MHz聚焦探头并使声束以2°斜入射时,可检出试样中长为1.5～10 mm的疲劳裂纹,该方法对于接近焦点位置的裂纹检测效果更好。     

部分熔透十字焊接接头疲劳性能试验

针对部分熔透十字焊接接头，进行了不同未熔透尺寸接头的疲劳扩展速率和疲劳扩展门槛值的试验研究。试验结果表明，对于较厚板的十字焊接接头，采用部分熔透的焊接接头形式，可得到较高的疲劳强度，可以取代全部熔透的焊接接头，具有较高的经济价值。部分熔透十字焊接接头疲劳裂纹扩展的门槛值ΔK1h与未熔透尺寸2a’／T有关，对试验板厚的焊接接头，其未熔透尺寸的临界值2a’／T=0．5。     

A7075搅拌摩擦焊疲劳裂纹扩展速率试验分析

对航空用铝合金A7075-T651的搅拌摩擦焊接头的母材、焊核区和热影响区的疲劳裂纹扩展速率（da／dN）进行了试验研究。疲劳裂纹扩展试验采用CT（紧凑拉伸）试样,在810 Material Test System试验机上进行。用递增多项式法求得疲劳裂纹扩展速率（da／dN）和（△K）,并分别将母材、焊核区和热影响区同一组试样的（da／dN）和（△K）数据点合在一起进行了整体回归分析。试验中得到了以Paris公式表达的铝合金A7075-T651母材、焊核区、热影响区da／dN与△K的关系式。结果表明,热影响区疲劳裂纹扩展速率高于母材和焊核区,是该合金搅拌摩擦焊接头最薄弱的区域。     

1500 MPa级贝氏体/马氏体复相高强钢的疲劳断裂特性

对一种C—Si—Mn—Cr合金钢，通过900℃奥氏体化20min，空冷及280与370℃回火2h，获得抗拉强度为1500MPa的新型无碳化物贝氏体／马氏体(B／M)复相组织高强钢．采用C—T试样进行疲劳实验，测定了疲劳裂纹扩展速率(da／dN)及疲劳门槛值(△Kth)，利用扫描电镜观测了疲劳裂纹在疲劳循环过程中的扩展路径，分析断口形貌与显微组织间的关系．结果表明，这种无碳化物B／M复相高强钢具有较高的△Kth值，并且能明显地降低da／dN，其原因在于B／M复相组织高强钢独特的精细组织结构及疲劳裂纹尖端的闭合抗力的提高．     

1Cr18Ni9Ti/20G双金属爆炸焊接界面裂纹的扩展行为

利用奥氏体不锈钢／低碳锅炉钢（1Cr18Ni9Ti/20G）爆炸焊接复合板，通过电子束焊接得到带有界面裂纹的三点弯曲J积分裂纹扩展阻力试样和四点弯曲疲劳试样。分别进行了带界面裂纹材料和相应单一材料试样的裂纹扩展阻力曲线及其疲劳扩展行为的实验研究。结果表明：双材料界面裂纹的静态和动态扩展阻力均低于裂纹在相应单一材料中的扩展阻力。     

超声强化2D12铝合金疲劳断裂过程的微观分析

采用超声强化工艺对2D12铝合金进行表面处理,借助金相显微镜和扫描电镜,并结合原位跟踪测量裂纹长度的方法,对强化后的疲劳断裂行为进行了研究。结果表明,超声强化后2D12铝合金表面晶粒得到细化,疲劳源主要产生于试样表面,仅个别向内部转移,强化后疲劳寿命提升了约8倍。其原因一方面是强化过程在试样表面引入了残余压应力,由于裂纹扩展过程倾向于连接裂纹扩展路径上的缺陷,所以残余压应力的存在效降低了裂纹在两缺陷间的扩展速率;另一方面晶粒细化导致晶界密度增加,加强了对裂纹扩展的阻碍,从而有益于提高裂纹扩展寿命。     

奥氏体异种钢薄壁小径管焊缝裂纹超声相控阵检测

将超声相控技术用于奥氏体异种钢薄壁小径管对焊接焊缝的裂纹检测,采用专用超声相控阵换能器和楔块,通过仿真模拟确定检测工艺参数,并制作对比试样进行试验研究.结果表明,该技术可以有效检测出焊缝熔合线处长5 mm,宽0.2 mm,深1 mm的内、外壁的人工缺陷,并且对于焊缝表面裂纹深度可以进行准确的定量分析.     

氢对Ti-4Al-2V疲劳裂纹扩展速率的影响

采用CT试样对4种含氢量不同的Ti-4Al-2V钛合金的室温疲劳裂纹扩展速率进行了实验测定，并对断裂以后的试样进行了断口观察。实验结果表明：含氢的Ti-4Al-2V材料的稳态裂纹扩展行为符合Paris幂律关系，氢对裂纹稳态扩展区和失稳扩展区的da／dN基本没有影响，但对近门槛扩展行为有明显影响；与自然含氢量的材料相比，高含氢量的材料疲劳裂纹在近门槛扩展区的速率明显较低。