核电汽轮机低压焊接转子模拟件接头高周疲劳性能研究

研究并对比了25Cr2Ni2MoV焊接转子模拟件埋弧焊和氩弧焊接头高周疲劳性能,发现氩弧焊接头高周疲劳性能优于埋弧焊接头高周疲劳性能。观察高周疲劳断口发现：埋弧焊接头高周疲劳裂纹启裂于气孔与夹杂物;而氩弧焊接头启裂于气孔。针对内部启裂源为气孔的情况,提出通过测量启裂区(不含启裂源)特征尺寸求得高周疲劳裂纹启裂速率的途径来评价高周疲劳性能。通过白光干涉形貌仪测量启裂区特征尺寸,发现埋弧焊接头高周疲劳裂纹启裂速率高于氩弧焊接头高周疲劳裂纹启裂速率,与实际高周疲劳性能测试结果一致。     

镍基高温合金电子束焊接头的疲劳极限研究

为给出焊接接头准确的疲劳极限,利用高周疲劳试验机进行了GH4169电子束焊接头的高周疲劳试验,研究了材料的疲劳极限性能。分别利用升降法和极小样本法对试验数据进行处理,得到了基于两种方法的GH4169电子束焊接头的疲劳极限,二者的预估计算结果较为接近且与试验结果吻合。     

3A21铝合金激光焊与激光-氩弧焊复合焊微观组织及性能比较研究

采用激光焊接与激光-氩弧焊复合焊接2种方式对厚度为2mm的3A21铝合金板材进行对接焊,研究2种焊接方式下焊接接头微观组织、缺陷分布及硬度分布的不同。实验结果显示激光-氩弧复合焊接接头相比激光焊的接头显微组织更细密,且气孔数量明显减少。激光焊接接头的平均显微硬度与复合焊接头平均显微硬度相差不大,分别为52HV左右及51.3HV左右,均明显高于基体平均显微硬度值43HV。     

基于激光——MIG复合热源的5A02铝合金/镀锌钢熔——钎焊

基于激光--MIG复合热源焊接技术实现了5A02铝合金/镀锌钢异种金属板材的优质、高效熔-钎焊接,并对焊缝的成形、接头性能及微观结构作了分析.分析结果表明,该焊接技术可以实现5A02铝合金/镀锌钢的高速熔-钎焊接,最高焊接速度可达5 m/min,焊接接头中镀锌钢母材未发生熔化,铝焊缝与镀锌钢母材为钎焊连接;焊接接头的抗拉强度可达153.1 Mpa,约为5A02铝合金母材抗拉强度的75.7%,接近于该铝合金熔化焊接头的强度;拉伸试验中试样断裂在焊缝铝合金母材热影响区,接头的断裂主要是塑性断裂,但有脆性断裂的痕迹.对接头的组织和结构进行分析表明:焊缝钎接界面处生成了一薄层Al-Fe金属间化合物,化合物层的平均厚度约为1.51μm,生成的金属间化合物主要为Fe3Al、FeAl2、Fe2A15、FeAl3,并且在这些化合物的周围会产生Si元素的富集.     

Al-Cu合金片对钢/铝异种金属激光-MIG复合焊接头组织和性能的影响

采用PLC系统控制的激光-MIG复合焊接工艺对Q890钢/6063铝合金进行异种金属焊接,研究了钢侧坡口表面添加Al-Cu合金片对接头显微组织、硬度和拉伸性能的影响。结果表明:激光-MIG复合焊接接头具有典型的熔钎焊特征;未添加Al-Cu合金片的接头界面层由舌状相Fe2Al5和粗大针状相Fe4Al13组成,厚度约18μm,添加Al-Cu合金片后由舌状相(Fe,Cu)2Al5和细小絮状相(Fe,Cu)4Al13组成,厚度约为9μm,焊缝区与热影响区的组织与未添加Al-Cu合金片时的相似;添加Al-Cu合金片的接头界面层硬度比未添加Al-Cu合金片的低约59HV;添加Al-Cu合金片的焊接接头的抗拉强度比未添加Al-Cu合金片的提高了109.8%,未添加和添加Al-Cu合金片的焊接接头均在界面层断裂。     

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。     

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。     

静轴肩FSW铝合金6061-T4板的T形接头组织特征及动静载特性研究

利用自主开发的静止轴肩焊接工具及工装,在不同的焊接参数下均获得到了外观成形良好、无焊接缺陷的T形接头,并对接头内部成形、显微组织、硬度、静载强度和疲劳性能及疲劳失效机制进行了研究。研究结果表明铝合金静止轴肩搅拌摩擦焊T性接头内部质量良好,无缺陷,接头表面存在表面超细晶区,且焊核区内部由于流动状态不同导致组织及硬度存在一定差异,T形接头底板及筋板硬度较母材有不同程度的降低,底板和筋板拉伸试验均断裂于接头热影响区,在优化的参数下底板和筋板方向的接头系数均高于0.7,在2×10⁶疲劳寿命下的特征疲劳强度可达101.0 MPa,远高于IIW建议的设计准则。焊接速度对接头疲劳性能及疲劳失效机制影响较大,疲劳裂纹萌生于T形接头底板和筋板过渡处,低焊速时断裂机制为穿晶断裂,高焊速时由于晶界稳定性差,断口呈现穿晶断裂和晶间断裂的混合形貌。完成了铝合金T形接头的无缺陷焊接及组织性能研究,为铝合金静止轴肩搅拌摩擦焊T形接头在新型轻量化航天器密封舱结构中的应用提供了技术支撑。     

TA15钛合金电子束焊接接头高周疲劳性能研究

研究了TA15钛合金电子束焊接接头的高周疲劳性能和疲劳断口的金相组织,得到TA15钛合金棒状母材和2种电子束焊接接头的中值疲劳寿命,计算得到了电子束焊接接头99%可靠度和95%置信度水平上的安全疲劳寿命,分析了断口金相组织结构对疲劳性能的影响。研究结果可对TA15钛合金电子束焊接接头结构的工程应用提供参考。     

胶焊搭接接头的应力分布和疲劳行为研究

考察了胶焊接头焊点区的结构组成和硬度分布,建立了胶焊接头的计算模型,模型中计人了若干结构细节,使之与实际接头更为接近。计算并对比研究了胶焊和点焊、胶焊和胶接接头中的应力。通过疲劳试验获得了三种接头的－Ｎ曲线,研究了三种接头的疲劳性能和断裂特征。结果表明,数值分析所得应力与疲劳性能试验结果及试验现象吻合良好。在电阻点焊接头中采用胶粘剂,可大大改善电阻点焊接头的疲劳性能,而焊点对胶接接头的疲劳性能有不利影响。     

打磨粒度对A5083铝合金焊接接头力学及疲劳性能的影响

对A5083铝合金焊接接头采用不同粒度的打磨片进行打磨,研究了打磨后焊接接头的拉伸性能和疲劳性能差异,并分析其断口形貌与疲劳性能的关系。80目打磨片条件下的焊接接头拥有最大的抗拉强度以及最高的延伸率,而40目打磨片条件下试样的疲劳极限最高。对疲劳断口进行扫描电镜(SEM)观察,发现裂纹源均为焊缝区的焊接缺陷。研究结果表明,打磨片粒度对A5083铝合金焊接接头的拉伸性能和疲劳性能没有明显影响,焊接接头的质量是其力学性能的主要影响因素。     

TC21钛合金电子束焊接接头超高周疲劳行为研究

采用超声疲劳试验方法(20 k Hz),研究TC21钛合金电子束焊接接头的超高周疲劳性能与断裂机理。结果表明,TC21钛合金电子束焊接接头的疲劳性能要远低于母材的疲劳性能。在短寿命阶段,电子束焊接接头和母材的疲劳裂纹均在表面萌生;当寿命增大时,两者疲劳裂纹的萌生位置均由表面转向内部,母材的疲劳裂纹主要萌生于内部显微组织,而电子束焊接接头疲劳裂纹主要萌生于内部焊接气孔缺陷。当寿命较长时,疲劳源区会出现"鱼眼"形貌特征,源区附近有白色颗粒状细晶区,即细晶区(Fine granular area,FGA),其应力强度因子在2.90~3.33 MPa·m1/2,与疲劳寿命没有直接关系,可以认为是疲劳裂纹扩展门槛值。此外,基于AKINIWA小裂纹扩展理论,定量分析气孔尺寸与TC21焊接接头疲劳极限、疲劳应力的关系。     

基于BP神经网络的铝合金搅拌摩擦焊接头疲劳性能研究

以焊接母材、搅拌头旋转速度、焊接速度、轴向压力、搅拌头倾角和板材厚度为输入参数,以疲劳寿命为输出参数,构建6×18×9×1四层拓扑结构的铝合金FSW接头疲劳性能BP神经网络模型,并进行了试验验证和产线应用研究。结果表明,神经网络模型具有较高的预测能力和预测精度,相对训练误差小于5.5%、相对预测误差小于6%;生产线上铝合金板材的搅拌摩擦焊工艺参数经神经网络优化后,接头疲劳寿命较神经网络优化前增加51.11%,接头疲劳性能显著提高。     

激光-MAG复合焊接技术在超高强钢上的应用分析

激光-电弧复合焊接技术具备焊接效率高、焊接变形小、焊接接头强度高、焊接工况适应性好、单面焊双面成形与柔性自动焊接等优点,已在高强钢、铝合金等结构件的焊接制造领域广泛应用。对激光-MAG复合焊接技术在超高强钢上的应用进行了分析,重点研究了其焊接工艺性、焊缝组织结构及焊接接头性能,解决了超高强钢与特种车辆车体构件的激光-MAG复合焊接工程化应用技术问题,达到了提高焊接接头性能、焊接质量及其稳定性,提高焊接效率,降低焊接变形的目的。     

高强韧中锰钢CO2气体保护焊接头的疲劳性能

采用CO₂气体保护焊对30 mm厚高强韧中锰钢板进行对焊试验,通过圆棒拉压疲劳试验获得中锰钢焊接接头的应力幅-寿命曲线,测定了其高周疲劳极限并观察其断口形貌。结果表明：在应力比为-1、循环次数为10⁷周次条件下,中锰钢焊接接头的高周疲劳极限为353 MPa;当中锰钢焊接接头焊缝中存在明显的焊接缺陷时,疲劳裂纹萌生于微观缺陷处,而当焊缝中无焊接缺陷时,疲劳裂纹萌生于试样表面熔合线位置,疲劳裂纹扩展区表面粗糙,存在着明显的二次裂纹,瞬断区表面存在大量均匀细小的韧窝。     

铝/镀锌钢薄板异种金属CMT熔钎焊接头组织与力学性能

采用冷金属过渡方法对铝合金和镀锌钢板进行了熔钎焊连接,使用扫描电镜、能谱分析和拉伸试验分析了接头的截面形貌、组织特征、焊接缺陷及力学性能。试验结果表明,铝合金和镀锌钢能得到成形美观、性能良好的搭接接头。对焊缝金属的组织特征分析表明,焊接接头由熔化区、中心界面区、过渡界面区和富锌区组成,在焊缝金属和镀锌板的界面区形成厚度为3～4μm的金属间化合物层(主要成分为Fe3Al、FeAl2、Fe2Al5和FeAl3),富锌区由富铝的固溶体和残留的锌组成。在进行拉伸试验时,断裂发生在热影响区,接头强度为204MPa。     

铁素体不锈钢CMT焊接接头HAZ组织性能研究

针对铁素体不锈钢焊接HAZ晶粒易长大的问题,提出采用小热输入的CMT焊接工艺。通过分析接头HAZ的显微组织、显微硬度和冲击性能,探讨了4003铁素体不锈钢焊接接头HAZ组织和性能,并与常规MIG焊焊接接头试样的组织、性能进行对比。试验结果表明:采用CMT焊接工艺获得的接头HAZ粗晶区宽度为460μm,明显窄于MIG焊接接头的粗晶区宽度545μm;CMT接头强度与MIG焊接接头显微硬度值相近,但CMT接头HAZ冲击韧性较MIG焊接接头试样提高了16.28%。     

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。     

旋转速度对6061-T6铝合金高速搅拌摩擦焊接头组织与性能的影响

在高焊接速度(3 000 mm·min^-1)下分别对3 mm和4 mm厚6061-T6铝合金板进行搅拌摩擦焊,研究了高旋转速度(4 000～6 000 r·min^-1)对接头组织与拉伸性能的影响。结果表明：旋转速度越小越容易产生孔洞缺陷,旋转速度越大越容易出现过热氧化现象,增大旋转速度有利于接头区域再结晶形成致密组织,4 mm厚铝合金板焊接接头的焊接缺陷较3 mm厚铝合金板焊接接头严重;3 mm厚铝合金板在5 000 r·min^-1旋转速度下的焊接接头质量最好,拉伸性能最佳,抗拉强度和断后伸长率分别为265.82 MPa, 4.58%;4 mm厚铝合金板在6 000 r·min^-1旋转速度下的焊接接头质量最好,拉伸性能最佳,抗拉强度和断后伸长率分别为212.14 MPa, 4.03%。     

铝合金焊接接头疲劳强度试验研究

通过焊接接头疲劳试验,对铝台金3A21和5083焊接接头疲劳性能和相应S-N曲线进行分析,计算对接和不同角接头疲劳强度和曲线参数,分析不同接头几何形状和焊趾半径对疲劳强度的影响,并且对不同几何型式的接头以及铝合金与钢焊接接头疲劳试验结果进行比较。不同的承载方式和接头几何型式导致应力集中;焊趾半径大小决定应力集中程度,最终影响焊接接头的疲劳强度。