非承载角焊缝十字接头疲劳性能

文中基于结构应力方法对非承载角焊缝接头的疲劳性能进行了数值分析与试验研究。首先根据不同焊脚尺寸的十字接头焊趾截面结构应力,发现焊脚尺寸越大,接头疲劳性能反而越低,疲劳试验也证明了这一现象。同时,试验数据与BS 7608标准中F级S-N曲线的对比说明了疲劳评估时进行应力修正的必要性。然后,分别利用含装配间隙和熔深的有限元模型计算接头结构应力,证明两者对接头的疲劳性能影响很小。文中还通过与承载角焊缝接头的对比,证明细节特征对接头疲劳性能的影响程度与接头受力状态直接相关。在定义焊缝缺欠质量等级时,应考虑接头在结构中的受力状态,制定合理的控制参数,从而降低结构的制造成本。     

基于局部应变能密度的厚板T形接头焊趾和焊根疲劳性能分析

以装载机前车架疲劳寿命评估为目的,从前车架焊接结构关键部位中提取三种典型焊接接头,对其进行疲劳试验和分析.以局部应变能密度法为理论基础,对获得的试验数据进行处理,得到了基于局部应变能密度的疲劳寿命曲线,并采用文献中十字接头的疲劳数据验证该理论的准确性和适用性.结果表明,局部应变能密度法既可用于焊根失效疲劳评估,也可以用于焊趾失效疲劳评估;不同位置的疲劳裂纹会影响结构的刚度,进而影响结构的疲劳寿命.此外,研究了焊脚尺寸和熔深对焊接接头疲劳寿命的影响,推导了基于局部应变能密度法的疲劳失效位置转换区间.并通过文献中的疲劳数据验证了文中提出的焊趾失效和焊根失效转换区间的准确性,为合理设计未焊透厚板T形接头抗疲劳性能提供依据.     

7N01铝合金十字接头抗疲劳设计

首次针对铝合金十字接头的疲劳失效模式开展研究. 借助有限元分析与疲劳试验相结合的研究手段,首先将传统的热点应力(HSS)与研究中的等效结构应力(equilibrium equivalent traction force/EETS)的应力集中系数对比,证实了EETS分析结果的网格不敏感性. 基于此,深入分析十字接头连续板厚度、接头熔深以及加载跨距对焊趾与焊根处应力的影响,并提出有效结构应力(effective traction force)计算焊根开裂角度. 结果表明,焊趾处等效结构应力不受连续板厚度、加载跨距与熔深的影响,而在焊根处,各个因素影响不一. 疲劳试验与解析预测结果高度一致,承载十字接头焊根开裂角度并非45°. 十字接头的抗疲劳设计需综合考虑接头几何特征与焊接质量,必须满足焊趾处等效结构应力(S_s,toe)高于焊根处等效结构应力(S_s,toe).     

角焊缝接头疲劳性能评估的壳单元建模方法研究

文中基于结构应力法对角焊缝接头的壳单元建模方法进行了研究。首先利用文献疲劳试验数据证明了高精度实体单元模型的可靠性,并研究了熔深对同一角焊缝2个焊趾疲劳性能的影响。结果表明,焊缝熔深增大时,一个焊趾的结构应力增大,另一个焊趾的结构应力反而减小。然后,以实体单元模型的计算结果作为参照,分别对全熔透和无熔深角焊缝接头的壳单元建模方法进行研究。结果表明,利用一排倾斜单元模拟焊缝时,板厚为t的全熔透接头的焊缝单元厚度取(0.8～0.9)t之间可以兼顾2个焊趾的应力计算精度。无熔深接头的建模方式可以与全熔透接头相同,但焊缝单元厚度应取1.0t,而最好的方法是将两部分的母材单元在焊根位置连接。     

基于静力等承载强度的T型接头角焊缝焊脚尺寸确定及疲劳特性

传统的角焊缝在焊脚尺寸设计时出于安全考虑，经常出现“过设计”现象，针对AWS D1.1《钢结构焊接规范》，GB50017—2017《钢结构设计规范》及DIN 18800《钢架结构》焊脚尺寸设计相关标准对比分析，各标准中关于不同板厚推荐的焊脚尺寸范围基本一致，但都仅推荐最大和最小焊脚尺寸，其选择范围较宽泛。基于上述分析，提出了一种基于静力等承载强度的焊缝尺寸确定方法。以一种T型接头为例，分别采用标准和静力等承载强度方法进行焊脚尺寸确定和计算。分析表明，对照标准确定的T型接头的焊脚尺寸为12 mm，而基于静力等承载强度计算确定的焊脚尺寸为9.91 mm，相比标准确定的尺寸减小了17.4%。通过ABAQUS和Fe-safe软件分别对接头进行静力计算和疲劳仿真分析，结果表明，与标准推荐的焊脚尺寸相比，通过静力等承载强度得到的焊脚尺寸承受的最大静力、疲劳寿命和失效位置均无明显变化，表明该焊缝尺寸确定方法具有合理性。     

不锈钢光纤激光熔透焊接头微观结构对疲劳性能的影响分析

利用光纤激光器对不锈钢实施熔透焊试验,分析不锈钢光纤激光熔透焊接头微观结构对疲劳性能的影响。通过微观结构分析方法分析不锈钢光纤激光熔透焊接头微观结构对疲劳性能、硬度、拉伸强度的影响规律。试验结果表明：母材的疲劳寿命比焊接接头的高;在室温腐蚀试验下,循环次数越大焊接接头最大应力荷载下降越明显,腐蚀时间越长,对疲劳性能影响越大;室温疲劳试验中,同等循环次数下,光纤激光熔透焊接头疲劳强度随厚度增大而提高;在瞬断区显微组织对疲劳裂纹扩展断口形貌没有太大影响,母材比焊接接头在疲劳裂纹扩展时更容易出现疲劳条带;焊缝数量可提高焊接接头疲劳性能,在焊缝数量一样时,增加2倍焊缝长度,能够提高疲劳极限,但提升幅度不大;焊缝硬度高于母材的;焊接试样的拉伸测试指标均低于母材的拉伸测试指标。     

应力应变、疲劳与脆断、断裂力学

十字接头间隙对焊趾和焊根应力集中系数的影响 采用有限元法研究了主板和角接板间隙的几何尺寸对十字接头应力集中系数的影响。结果表明：非承载十字接头间隙几何尺寸与焊趾和焊根处应力集中系数成线性关系;非承载十字接头的有限元建模可以忽略间隙的影响,但接头间隙对承载十字接头焊根和焊趾处的应力集中系数有很大的影响,在有限元建模时须考虑间隙的影响;从接头间隙的几何尺寸变动的角度对承载十字接头最终疲劳失效在焊根还是焊趾给出了解释,     

十字接头间隙对焊趾和焊根应力集中系数的影响

采用有限元法研究了主板和角接板间隙的几何尺寸对十字接头应力集中系数的影响。结果表明：非承载十字接头间隙几何尺寸与焊趾和焊根处应力集中系数成线性关系;非承载十字接头的有限元建模可以忽略间隙的影响,但接头间隙对承载十字接头焊根和焊趾处的应力集中系数有很大的影响,在有限元建模时须考虑间隙的影响;从接头间隙的几何尺寸变动的角度对承载十字接头最终疲劳失效在焊根还是焊趾给出了解释,相关文献的试验结果证实了这种看法。     

铝合金非承载十字接头疲劳特性

基于结构应力法,计算拉伸疲劳加载时不同几何尺寸的7N01铝合金非承载十字接头的结构应力,并结合疲劳试验数据建立其疲劳失效的主S-N曲线.结果表明,与名义应力法相比,基于结构应力法的主S-N曲线线性相关性更好,能够适应不同几何尺寸十字接头疲劳的计算.进一步分析相同名义应力下,承载板厚度对疲劳寿命的影响,结果表明,接头疲劳承载能力的增加与板厚的增加并非线性关系,随着承载板厚度增加,接头疲劳寿命降低.     

焊缝几何特征对5A30铝合金焊接接头疲劳性能的影响

通过5A30铝合金不同焊缝形式、几何尺寸对接接头疲劳试验, 以及焊缝余高存在时焊趾处的应力集中系数的测定和理论计算, 研究了焊缝几何特征对铝合金焊接接头疲劳性能的影响. 结果表明: 单面焊双面成型和双面焊对接接头的疲劳性能相当, 在循环次数为(1.7～1.8)×106时, 疲劳强度约为100.MPa; 焊缝余高的存在使接头的疲劳性能明显降低, 增大焊缝余高, 接头疲劳性能显著下降, 去除余高, 则可使接头的疲劳寿命提高2～3倍; 厚度为4.mm板材对接接头, 焊缝余高为1～2.mm时, 焊趾处的应力集中系数较其他部位增大50%左右, 焊缝余高大于3.mm, 焊趾处的应力集中系数可超过1.70.     

铝合金TIG焊非承载角焊缝十字接头疲劳强度的研究

对LF21铝合金非承载角焊缝TIG焊十字接头在应和比R=0及R=0.5的条件下进行了疲劳试验。结果表明：TIG焊铝合金焊接接头的疲劳强度与其它焊接方法获得的相同接头的疲劳强度相当,试图采用更高级别的S-N曲线进行应持慎重态度;LF21铝合金非承载角焊缝十字接头的疲劳性能对平均应力较为敏感。     

小型贯流式锅炉焊接部位疲劳寿命有限元分析

锅炉集箱焊接部位的疲劳寿命是影响其整体使用寿命的主要因素之一,而疲劳失效是集箱部位较为常见的失效形式。为了探究焊接影响因素对小型贯流式锅炉焊接部位疲劳寿命的影响,基于ANSYS-Workbench对27组试验组合进行了疲劳寿命分析,结果表明,焊缝布置位置、焊脚尺寸和焊趾过渡圆弧半径3个因素对T形焊接接头疲劳寿命的影响显著,影响的主次顺序为焊趾过渡圆弧半径、焊脚尺寸和焊缝布置位置,且在一定范围内三影响因素与T形焊接接头的疲劳寿命满足一定的函数关系式。结合工程实际,为使焊接部位获得较好的疲劳寿命,最佳的焊接组合建议采用焊缝布置于集箱内侧,焊脚尺寸取10.5 mm,焊趾过渡圆弧半径取2.5 mm的焊接工艺。     

低匹配十字接头的“等承载”设计

为提高低匹配接头的静载承载能力和疲劳抗力,根据提出的“等承载”设计思想和实现条件,在确定十字接头应力集中最小化的焊缝形状方案的基础上,通过有限元计算及其结果的回归分析,建立了十字接头几何参数与焊趾、焊根应力集中系数的关系方程,进行了0.571匹配比十字接头等承载目的的接头形状参数设计. 结果表明,设计延缓了拉伸及弯曲过程中低强焊缝和焊趾应力的增长速度,低强焊缝不先于母材屈服,应变集中先位于焊趾,随后向母材转移,接头断裂模式转变为安全的全面屈服断裂. 该设计对高强度钢低匹配接头的应用具有重要意义.     

焊缝熔深对2219铝合金TIG焊接头拉伸性能的影响（英文）

采用数值模拟和实验的方法研究焊缝熔深对2219铝合金TIG焊接头拉伸性能的影响。结果表明,当其他几何参数一致时,在一定范围内,盖面焊缝的熔深越大,接头的拉伸性能越低。较大的盖面焊缝熔深可造成焊趾处更集中的应力,导致接头更容易断裂。根据必要的假设提出的一种分析盖面熔深与接头拉伸性能间数学关系的模型验证了实验结论。盖面焊缝熔深的减少可通过降低焊接电流、氦气流量或增加焊接电压来调控。     

大厚度钛合金结构电子束焊接制造基础研究

通过对大厚度电子束焊焊缝几何特征和接头组织和力学性能不均匀性的研究,提出焊缝几何特征表征参量和不均匀性表征因子;通过对接头损伤、断裂和疲劳的实验和理论研究,提出大厚度钛合金电子束焊接接头的失效机理;通过对焊接应力变形的理论和数值模拟研究,提出大厚度钛合金电子束焊接接头残余应力形成的机理;在上述研究的基础上,设计大厚度钛合金电子束焊接结构完整性评价体系.从而有望建立大厚度钛合金电子束焊接接头性能定量调控理论与工艺方法和有自主知识产权的大厚度钛合金电子束焊接结构强度、断裂和疲劳完整性评价的方法和指南.     

钛合金活性剂氩弧焊研究进展(1)

钛合金氩弧焊时加卤化物等活性剂焊接(A-TIG焊)不仅气孔明显减少,而且熔深可成倍增加,焊接接头力学性能也有所改善.由于焊接热输入可大大降低,因此会改善焊接接头组织和减少应力变形.厚板焊接时可大幅度提高生产率.文中介绍了A-TIG焊活性剂及形态、活性剂对焊缝熔深/熔宽比及焊接质量的影响、深熔机理及焊缝成形问题,并对一些问题进行了评论.     

6082-T651铝合金板十字接头组织及力学性能

采用熔化极惰性气体保护焊进行了15 mm厚6082-T651铝合金板十字接头焊接.研究了焊接工艺参数对十字接头焊缝成形、拉伸性能和显微硬度的影响,并对接头不同区域的元素分布进行了测试分析.结果表明,随送丝速度和焊接电流增加,焊缝余高逐渐减小,熔深和熔宽逐渐增加;焊缝边缘为柱状晶组织,焊缝中心为枝晶和等轴晶混合组织,晶间...     

含缺陷的A6005铝合金FSW接头疲劳性能研究

双轴肩搅拌摩擦焊由于其接头结构设计简单、轻便等优点被逐步推广使用。“复兴号”高速列车中底板、平顶、裙板、隔墙、高压箱底板等均采用双轴肩搅拌摩擦焊工艺。在双轴肩搅拌摩擦焊过程中，一般容易产生未焊满、错边、轴向偏移等焊接缺陷。然而，在判定上述缺陷的失效尺寸、失效形式及失效周期时，国内外相关行业尚没有一套严格的标准。通过对不同尺寸的缺陷进行常规力学性能、疲劳性能等相关试验。结果表明：含未焊满缺陷的焊接接头的抗拉强度较无缺陷的抗拉强度降低约15%,硬度降低约10%,焊缝处残余应力水平升高约20%。对焊接接头的疲劳性能进行了研究，获得了各试样的S-N曲线，并进行了分析，结果表明：应力比R=0.1,频率60 Hz下，随着未焊满缺陷尺寸的增大，疲劳性能降低。     

基于Battelle结构应力法的对接接头应力集中系数回归分析

以12 mm厚的S355J2W+N耐候钢板对接焊接接头为研究对象,进行不同应力水平下的疲劳试验,将试验结果与Battelle结构应力法的主S-N曲线进行对比,验证了Battelle结构应力法在预测焊接结构寿命方面的准确性;采用有限元方法,以焊缝宽度和焊缝余高为变量,探究几何尺寸变化对焊趾部位结构应力集中系数的影响规律,并通过回归分析得出该试验条件下焊趾处结构应力集中系数的经验方程;利用该方程可快速通过接头尺寸计算得出焊趾部位的结构应力,进而对接头疲劳寿命进行大致预测,可为同类对接接头疲劳试验提供参考。     

角焊缝强度计算与焊脚尺寸分析

通过对T形接头角焊缝在不同工况下进行焊缝强度计算公式的推导,在等强度理论条件下分析焊脚尺寸与母材板厚的比例关系。结果表明:焊缝在承受拉应力或切应力时,焊脚长度为母材板厚的0.71倍时焊缝与母材承受的应力相等;在承受弯曲应力时,焊脚长度为母材厚板的0.33倍时焊缝与母材承受的应力相等,这为实际工程应用中合理选择焊脚尺寸和判定结构强度薄弱部位提供理论依据。