超声波冲击与TIG熔修复合强化改善高强钢焊接接头的疲劳性能

研究表明超声波冲击方法与TIG熔修方法在提高焊接接头疲劳性能机理方面存在着很强的互补性。提出一种对接头焊趾先进行一遍TIG熔修处理,然后再实施超声波冲击的复合处理新方法用来改善焊接接头的疲劳性能。对比疲劳试验结果显示:①在一定的应力范围内,超声波冲击处理试件与原始焊态试件相比,疲劳强度提高95％左右,疲劳寿命延长3.6-62倍。②TIG熔修试件与原始焊态试件相比,疲劳强度的改善程度高达34％左右;在较高应力范围内,疲劳寿命没有提高:在低应力范围内,延长疲劳寿命约为0.4—1.3倍。③超声波冲击+TIG熔修复合强化试件与原始焊态试件相比,疲劳强度提高120％左右,疲劳寿命延长28—125倍。④TIG熔修+超声波冲击复合处理能够在TIG熔修和超声波冲击处理的基础上,进一步改善焊接接头的疲劳性能;与单纯的超声波冲击相比,在高应力区域内,TIG熔修+超声波冲击复合处理一定程度上克服了单纯的超声波冲击对所处理的焊接接头疲劳性能改善程度大幅度降低的缺点。     

焊接接头TIG熔修的疲劳强度及低温性能研究

以海洋石油钻井平台桩腿所用的普通低合金钢角焊缝为例，研究TIG(tungsten inert-gas arc)熔修对焊接接头性能的影响。TIG熔修可提高接头疲劳强度及低温性能，其效果取决于熔修工艺及规范。文中对多种规范的TIG熔修试样和未熔修试样，进行疲劳试验及落锤试验，推出疲劳寿命公式，并得到S-N曲线，确定了本试验条件下的最佳工艺规范参数，应用该工艺参数可提高疲劳强度189％，降低脆性开裂温度70℃。该熔修工艺已试用于海洋平台实际结构的桩腿裂纹补焊修复中，使补焊焊缝的疲劳寿命大幅度提高，效果明显。     

提高焊接接头疲劳强度的超声冲击法与TIG熔修法之比较

采用Q2 35B十字接头试件 ,就改善焊接接头疲劳强度的超声冲击法与TIG熔修法进行了全面对比。结果表明 :超声冲击处理对焊趾区硬度的影响不如TIG熔修明显 ;TIG熔修对焊趾几何外形的改善程度好于超声冲击法 ;TIG熔修处理工艺在焊趾区引入了残余拉应力 ,而超声冲击在焊趾区形成了较大数值的压缩应力。Q2 35B十字焊接接头经TIG熔修后 ,其疲劳强度 (2× 10 6)提高 5 1% ,低于超声冲击处理对相同试件的疲劳强度 (2× 10 6)改善程度 (6 4% )。     

提高焊接接头疲劳强度的超声冲击法与TIG熔修法之比较

采用Q2 35B十字接头试件 ,就改善焊接接头疲劳强度的超声冲击法与TIG熔修法进行了全面对比。结果表明 :超声冲击处理对焊趾区硬度的影响不如TIG熔修明显 ;TIG熔修对焊趾几何外形的改善程度好于超声冲击法 ;TIG熔修处理工艺在焊趾区引入了残余拉应力 ,而超声冲击在焊趾区形成了较大数值的压缩应力。Q2 35B十字焊接接头经TIG熔修后 ,其疲劳强度 (2× 10 6 )提高 5 1% ,低于超声冲击处理对相同试件的疲劳强度 (2× 10 6 )改善程度 (6 4% )。     

海洋结构钢焊接接头低周疲劳强度的研究

对进口结构钢A537和国产结构钢E36模拟节点热点处应力状态制成接头试件,采用极大似然性原理组织试验,考察材料、介质（空气和海水）、工艺（焊后或焊修）对接头疲劳强度的影响,并获得这两种钢的焊接接头的概率-应力范围-寿命曲线（P-S-N）,对比管节点疲劳试验结构,表明“焊接接头疲劳寿命相对于管节点疲劳试验的启裂寿命”观点是安全的。     

TIG熔修提高平台立焊接头疲劳强度及实船应用

海洋平台的实际结构中大量裂纹产生在结构的立焊焊缝位置上。针对立焊特点，试验采用模拟实际结构的异种钢T型焊接接头，选用实际船台材料A514-EH36，制定适合立焊的熔修工艺及规范，并进行相应的疲劳试验。利用最小二乘法给出立焊时疲劳寿命的估算式及S-N曲线。试验分析结果表明，熔修试件疲劳强度提高49．4％，寿命增加6倍。该补焊熔修工艺已试用于海洋平台实际结构的补焊修复之中。     

7075/2A12异种铝合金搅拌摩擦焊搭接接头疲劳寿命预测研究

对7075/2A12异种铝合金搅拌摩擦焊搭接接头进行了疲劳加载测试,并观察了疲劳断口特征。根据实际试件结构建立局部应力应变法和缺口应力法有限元模型,对焊缝区域进行应力应变分析;结合Soderberg修正方程对Manson-Coffin(MC)模型中应力部分进行修正,再根据有限元分析结果,使用局部应力应变法和缺口应力法对异种铝合金搅拌摩擦焊搭接接头进行疲劳寿命预测。试验结果表明,有效搭接厚度严重影响试件的疲劳寿命;位于受载7075前进侧的钩状缺陷比7075后退侧钩状缺陷对疲劳寿命的影响大。与试验结果相比,局部应力应变法中,2组试件最小板厚处疲劳寿命的预测结果都要比钩状缺陷根部处疲劳寿命的预测精度高。部分试件结合Soderberg方程修正的MC模型预测误差大部分都在2个因子之内,而Smith-Watson-Topper(SWT)模型和其他MC修正模型预测结果均在3个因子之内,Sachs修正的MC模型和Morrow修正的MC模型的预测结果相近;缺口应力法中,部分试件预测结果较好,误差在2个因子之内。     

运行条件对不锈钢点焊疲劳性能影响及开裂分析

以不锈钢车体底架电阻点焊接头为对象,研究了温度（-40℃、室温和70 ℃）、应力比（0.1、0.5）以及3.5%NaCl腐蚀介质对接头疲劳寿命的影响;借助电子背散射衍射（EBSD）技术、扫描电镜（SEM）、仪表球压痕系统(IBIS)和拉伸剪切试验,对晶粒取向、残余应力分布、疲劳断口形貌和力学性能进行分析。结果表明：低温条件下材料强度的提高可获得更好的疲劳性能,70 ℃条件下塑性性能的改善可使高周疲劳性能更优;应力比为0.1时的疲劳性能优于应力比为0.5时的疲劳性能;腐蚀介质和拉应力促使应力腐蚀开裂和裂纹尖端的阳极区快速溶解,加速裂纹的萌生和扩展,显著缩短了点焊接头的疲劳寿命;疲劳裂纹在界面应力集中尖角处形核,沿熔核软化区长大,逐渐向表面扩张,直至断裂失效。     

V型切口对06Cr19Ni10钢低周疲劳寿命的影响

当应力比R=-1时,对称恒幅循环载荷控制下,对切口试件进行轴向拉压疲劳试验,得到不同切口深度和切口角度时试件的疲劳寿命,在双对数坐标上确定S—N曲线,并拟合出指数表达式。从试验结果可以看出,当切口深度一定时,试件寿命随着应力的加大而减小;切口越深,试件的寿命越小,试件寿命减小的速度随着应力幅的增大而减小;切口角度在30°～60°时,其对试件寿命无影响。     

TIG熔修提高焊接结构在空气和海水中抗疲劳强度的作用

本文介绍焊接接头经TIG熔修后,经过疲劳、热影响区硬度和低温落锤试验证实,可以明显改善接头在空气和海水中的疲劳强度和降低接头的低温脆性转变温度。     

不锈钢管路焊缝连接疲劳性能试验研究

通过高周疲劳试验机，采用升降疲劳试验法，开展了室温及高温(150℃)环境下，UNS32100不锈钢管路焊缝接头疲劳性能的试验测试。得到了应力比R在-1、0.1、0.5等不同载荷条件下焊缝接头的疲劳寿命极限。基于非线性模型及最小二乘法，推导得到了不同载荷条件下的S-N曲线方程，并同步给出了其相对应的S-N曲线图。最后，进行了焊缝疲劳断口形貌的观察和分析。对UNS32100不锈钢管焊缝接头连接疲劳性能的试验研究及获得的疲劳寿命曲线，为航空发动机外部管路的疲劳设计与分析提供了数据支撑，具有重要的工程实际意义。     

HQ—80C钢焊接接头应力腐蚀破裂的研究

通过 HQ-80C 钢焊接接头在3.5%NaCl 水溶液(模拟海水)条件下的应力腐蚀试验,找出了该钢种焊缝及熔合区在应力腐蚀破裂时裂纹前沿的应力场强度因子 K_(11)和应力腐蚀破裂时间 t_1的关系曲线,从而得到焊缝及熔合区的应力腐蚀临界应力场强度因子 K_(ISCC),说明该钢种焊缝及熔合区对应力腐蚀裂纹扩展的敏感性。通过对断口的分析,了解应力腐蚀断口深度、形貌与 K_(li)的关系。     

核电用接管安全端308L焊缝金属高温低周疲劳性能研究

在300℃高温环境下研究了核电用接管安全端308L焊缝金属的低周疲劳性能,获得了308L焊缝金属材料的循环应力-应变曲线及低周疲劳寿命曲线。基于疲劳过程中不同应变幅水平下循环应力-应变滞回环的试验结果,分析了应力峰值随疲劳循环数的变化规律,绘制了308L焊缝金属材料疲劳寿命曲线,并与ASME疲劳设计曲线进行对比,最后分析了308L焊缝金属的疲劳断口。试验结果表明,材料在高温条件下表现出循环软化直至失效; Basquin和Manson-Coffin关系可以很好地描述0. 3%～1. 0%应变幅范围内的应变-疲劳寿命曲线; 308L焊缝金属低周疲劳裂纹呈凸形扩展,并伴随有疲劳辉纹和二次裂纹出现。     

LY12CZ铝合金单轴腐蚀疲劳寿命评估的损伤模型

基于损伤力学基本理论,建立了LY12CZ铝合金试件的腐蚀疲劳寿命预测模型,并利用LY12CZ铝合金进行腐蚀疲劳的验证性试验。结果表明,利用损伤力学基本理论建立的模型所得到的预腐蚀LY12CZ铝合金试件腐蚀的疲劳寿命预测结果与腐蚀疲劳试验结果吻合程度良好,尤其对于应力水平较高的低周疲劳结果预测更为准确。这说明基于损伤力学的铝合金预腐蚀疲劳寿命预测模型合理有效,对LY12CZ铝合金构件的损伤容限评估具有参考价值。     

不同应力状态下硬面涂层材料的疲劳强度

采用弯曲疲劳和拉-压疲劳试验,比较了45钢基体上真空熔覆镍基合金/WC复合涂层试样在不同应力状态下的疲劳强度,并与45钢基体材料进行了对比。结果表明：在弯曲疲劳时,在相同寿命的条件下,正火后涂层试样比无涂层试样的承载能力提高80MPa左右;当N＜3×10~4时拉-压疲劳时,涂层试样的疲劳强度小于无涂层试样,而N＞3×10~4时拉-压疲劳时,则相反;在相同寿命的条件下,涂层试样的弯曲疲劳强度比拉-压疲劳大75MPa左右,而无涂层试样则大25MPa左右。     

温度对汽轮机转子用2CrMo合金钢高周疲劳性能的影响

在室温和高温(450,500,566℃)下对某进口汽轮机转子用2CrMo合金钢进行了拉伸试验和轴向力控制的高周疲劳试验,基于试验数据得到该钢的高周疲劳应力-寿命曲线,并通过广义中值曲面模型得到了中值寿命曲面,研究了温度对高周疲劳性能的影响。结果表明：试验钢的屈服强度、抗拉强度和弹性模量随温度的升高而下降;相同应力水平下,高周疲劳寿命随温度的升高而下降,高应力比(0.5,0.8)下,高周疲劳寿命受应力水平影响较大。低应力比(-1,-0.3)下高周疲劳断口为典型的轴向承载高周疲劳断口,在高温时疲劳源呈多源特点,室温时为单一裂纹源;高应力比(0.5,0.8)下高周疲劳断口呈现拉伸断口特征,室温下断口存在明显的放射区、纤维区和剪切唇区,高温下只有纤维区和剪切唇区。     

激光熔覆对30CrMnSiA钢试件疲劳寿命的影响

讨论了３０ＣｒＭｎＳｉＡ钢试件的疲劳寿命与激光熔覆参量的关系，在优选参数的基础上，对钢试件进行了激光熔覆处理，并完成了疲劳寿命试验，给出了Ｓ－Ｎ曲线及其表达式，结果表明，在优选参量条件下，激光熔覆处理能显著地增加钢试件的疲劳寿命。     

基于非局部理论的超声作用下纳米复相陶瓷材料疲劳试验研究

为了解释超声磨削的高效延性切削现象,进行了纳米复相陶瓷材料在对称循环应力(R=-1)下普通及超声振动条件下的疲劳寿命试验,得到其在两种条件下的循环疲劳特性曲线。基于非局部理论,选取了相应的二维衰减核函数,建立了超声下的非局部本构模型,分析了超声振动作用对纳米复相陶瓷材料的力学行为及断口微观特性的影响规律。试验结果表明:试件在给定频率范围内的超声振动作用下,循环应力幅值明显降低,说明超声振动作用对相同疲劳寿命时所需循环应力幅有衰减作用;对断裂后不同超声频率、相同疲劳寿命的试件断口微观形貌分析表明,超声振动作用改变了材料微观组织结构,使材料的韧性增强,断裂方式发生改变,这些力学性能使超声磨削时的临界磨削深度比普通磨削时大。试验结果与理论分析相吻合。     

LY12CZ铝合金在人工海水中的腐蚀疲劳裂纹扩展行为

采用腐蚀疲劳试验方法,研究了LY12CZ铝合金在人工海水(3.5%Na Cl溶液)中腐蚀疲劳裂纹的扩展规律,分析了载荷频率、应力比以及人工海水p H对裂纹扩展速率的影响,并借助扫描电镜对其断口形貌进行了观察。结果表明:随载荷频率、人工海水p H的降低,腐蚀疲劳裂纹扩展速率会显著加快,应力比则主要影响腐蚀疲劳近门槛值区的裂纹扩展;在中性人工海水中阳极溶解对裂纹加速扩展起主导作用;随人工海水p H的降低,裂尖氢置换反应加剧,裂尖材料氢损伤对裂纹扩展的加速效应逐渐显现。     

螺旋埋弧焊接X70钢管焊缝金属P-S-N曲线的建立

通过对螺旋埋弧焊接X70钢管焊缝金属进行疲劳试验,得到了不同应力幅和应力比下的疲劳寿命数据,对疲劳寿命的概率分布进行了分析;依据当量疲劳寿命公式,获得疲劳抗力系数和当量疲劳极限,并对其概率分布进行分析,进而建立了焊缝金属的P-S-N曲线,给出了指定存活率下的疲劳寿命曲线。结果表明:焊缝金属的疲劳寿命服从对数正态分布,疲劳抗力系数服从对数正态分布,以当量应力表示的疲劳极限服从正态分布。