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。     

搅拌摩擦焊和钨极氩弧焊焊接接头的残余应力

利用X射线衍射法测量了铝合金搅拌摩擦焊和钨极氩弧焊(TIG)焊接接头表面的残余应力分布.结果表明:两种接头在焊缝区及其周围的残余应力存在着明显的变化,在平行于焊缝方向,应力呈"W"型的分布,焊缝外残余应力值迅速下降;钨极氩弧焊焊接接头残余应力的最大值位于热影响区;在热影响区,搅拌摩擦焊接接头残余应力平均值比TIG焊接接头的约低15%～25%.     

正火温度对钢轨窄间隙自动电弧焊焊接接头硬度和组织的影响

采用自动电弧焊焊接得到了PD3钢轨的窄间隙焊接接头,对其进行了温度为800～975℃的模拟正火处理,通过显微组织观察和显微硬度测试,研究了正火温度对接头硬度和组织的影响.结果表明:焊后未经热处理的接头焊缝组织为晶粒粗大的下贝氏体,熔合区附近晶粒更加粗大,并有一定量的残余奥氏体;随着正火温度的升高,焊缝组织得到细化,马氏...     

机械振动对激光焊接接头组织的影响

振动焊接工艺能有效细化接头组织晶粒,降低残余应力,提高焊接质量。为了研究振动焊接工艺在激光焊接方面的应用,选用316不锈钢作为试验材料,利用机械振动辅助激光焊接的工艺方法,通过改变机械振动参数和焊接速度,利用光学显微镜和扫描电镜观察焊后接头组织,对比分析不同振动频率和焊接速度下接头的微观组织形貌。结果表明,机械振动可以细化焊后组织中形成的柱状晶,使柱状枝晶破碎且向不同方向生长,晶轴间与焊缝中心处的等轴晶增加。提高焊接速度后,振动的加入能够细化焊缝区出现的粗大柱状晶。同时,振动可以减少焊后在奥氏体基体晶界处形成的网状高温铁素体和点状碳化物,使其趋于弥散。试验还对焊接接头进行显微硬度测试,发现振动焊接下得到的焊缝区接头组织硬度较高,且较高共振频率下硬度增加明显。     

焊缝多次返修对接头性能影响的试验研究

焊缝多次返修与接头性能的关系是压力容器界十分关心而又有争议的问题,国内外试验及资料甚少。本文以16MnR钢瓶为对象做了五次焊接返修和焊接热模拟试验,进行了碳元素测定、机械性能和断裂韧性试验、金相组织观察和残余应力测定。结果表明:多次返修时碳弧气刨引起的微量渗碳未对接头性能带来危害;过热区晶粒度、金相组织与返修次数无关;接头硬度、冲击韧性和断裂韧性也未因多次热循环而降低;但焊缝多次返修造成接头残余应力增加;消除应力退火热处理可消除多次返修后较高的残余应力,并改善其组织和性能。     

P92钢多层多道焊接接头残余应力的有限元模拟

采用考虑固态相变的热-冶金-力学耦合有限元模拟方法,使用SYSWELD软件研究了P92钢多层多道焊接接头的温度场及残余应力场;观察了接头截面形貌,采用盲孔法测试了残余应力,并对模拟结果进行了验证;采用该有限元模拟方法分析了焊接过程中残余应力的变化。结果表明:模拟得到的接头截面峰值温度分布形状与试验得到的接头截面形貌相吻合,说明有限元模拟可以较好地还原实际焊接过程中的热输入情况;模拟得到的接头残余应力沿焊缝中心呈对称分布,与试验结果吻合较好,说明该有限元模拟方法可以准确地预测P92钢多层多道焊接接头的残余应力;在多层多道焊接过程中焊缝及热影响区的部分金属在经历后续热循环时发生软化,导致残余应力消失,并在冷却阶段发生残余应力的重新分配。     

热处理对TC11/LF6异种金属摩擦焊质量的影响

对TC11/LF6钛铝异种金属进行了连续驱动摩擦焊接工艺及其焊后热处理工艺的研究,观察了热处理前后焊接接头焊合区微观组织并测定了试样力学性能。研究结果表明：未经热处理的焊接接头晶粒较为粗大,有明显的晶间化合物产生,接头显微硬度较高;经280℃退火1h后,焊接接头晶粒均匀细化,焊接界面产生较薄的不连续扩散层;热处理后接头晶粒明显细化,抗弯强度提高10.7%,显微硬度下降38%。通过组织和力学性能综合分析,得到最优化的TC11/LF6连续驱动摩擦焊接工艺参数。     

Inconel 625镍基合金管道焊接残余应力的数值模拟

以Inconel 625镍基合金管道的焊接接头为研究对象,建立了热-力学耦合的三维有限元模型,采用ANSYS软件对该合金管道环焊缝对称焊的残余应力进行了数值模拟,分析了管道外表面轴向和环向残余应力分布,并进行了试验验证;此外,还分析了预热温度对管道残余应力的影响。结果表明:该合金管道焊后外表面轴向与环向残余应力的模拟结果与试验结果在数值和分布趋势上均比较吻合,证明了模型的准确性;在焊缝及近焊缝区的管道外表面形成了轴向压应力和环向拉应力,随着距焊缝中心距离的增加,轴向压应力逐渐变为拉应力,而环向拉应力逐渐转变为压应力,并最终趋向于0;随着预热温度的升高,管道外表面轴向和环向残余应力均降低。     

304L奥氏体不锈钢的焊接残余应力热处理去除试验研究

对某低温压力容器用304L钢,焊后去应力退火后焊接组织与性能的影响进行了试验。结果表明,该低温压力容器焊接接头残余应力去除的最佳热处理温度取570℃较为适宜,在该热处理温度下,焊缝金属组织结构基本无变化,焊缝冲击韧度仍维持较高值,并且热处理后焊缝心部的应力得到较充分的释放,残余应力消除约40%。     

低碳钢焊缝金属强度组配对焊接残余应力分布的影响规律

采用热弹塑性有限元方法,对平板对接接头中焊缝金属强度组配对焊接残余应力分布的影响进行了研究。结果表明,对于高组配接头,纵向残余应力的峰值接近焊缝金属的屈服极限,出现在焊缝中心。对于低组配接头,纵向残余应力的峰值接近母材的屈服极限,并发生在焊缝附近。随着对含有残余应力的接头施加外载,焊缝金属强度组配对纵向应力分布的影响依然存在,但残余应力的影响在减小。对承受外载的焊接接头,逐步卸除外载后,焊缝横截面     

风电机组后机架工字梁焊接残余应力与变形的数值模拟分析与研究

基于热弹-塑性有限元分析理论,对风力发电机组后机架工字梁进行焊接过程的模拟仿真,获得了残余应力场分布及变形情况,并与实际焊接完成后的变形值进行对比。结果表明：焊后残余应力主要分布在焊缝区和热影响区,焊缝中心区域残余应力最大,翼缘板左、右两侧的残余应力呈对称分布,且上、下翼缘板的分布情况相似;距离焊缝中心越远,残余应力越小;翼缘板均向内侧收缩变形,且左、右两侧的变形不同,仿真分析结果与实际变形情况相吻合。采取反变形措施后进行焊接,翼缘板的最大变形为0.5 mm。该研究结果对实际生产具有重要的指导意义。     

蒸汽发生器管子管板内角环焊残余应力数值模拟研究

应用ANSYS有限元软件,对核电蒸汽发生器管子管板内角环焊残余应力进行数值模拟研究。在研究中,建立三维有限元模型,基于ANSYS参数化设计语言实现带状温度热源的逐步加载和计算,得到焊接接头处残余应力分布规律,分析相邻管子先后焊接对焊接区残余应力的影响,并模拟出不同热处理温度下的残余应力。研究结果表明,管子管板焊接最大径向和环向残余应力出现在焊缝熔合区,最大轴向残余应力出现在管子内表面热影响区。相邻管子先后进行焊接时,后焊管子温度场的作用会使先焊管子焊接区域的残余应力减小。当热处理温度为600℃时,可以有效减小焊接区的残余应力。     

短波长X射线衍射法测试纳米铝块体的内部残余应力

利用自主研发的SWXRD-1000型短波长X射线衍射仪对去应力热处理前后纳米铝块体的内部残余应力进行了测试;为研究残余应力沿试样厚度方向的分布,采用Xstress-3000型X射线应力仪对未热处理的纳米铝块体表面残余应力进行了测试。结果表明:纳米铝块体内部的晶粒取向分布均匀;随着热处理温度升高,块体中心处的残余应力呈下降的趋势,中心处的径向残余应力由未热处理时的113MPa降至4MPa,切向残余应力由未热处理时的91 MPa降至38 MPa;未热处理试样厚度方向上的残余应力分布整体呈为外压内拉,直径方向上的内部残余应力呈现出中间高两侧低的分布趋势,且中心附近为残余拉应力。     

P92钢管道焊接残余应力场研究

采用红外热成像仪测试了P92钢管道焊接温度场,并采用X射线衍射方法对P92管道焊接接头热处理前后的残余应力分布进行了测试.采用有限元方法对P92钢焊接温度场进行了计算和分析,并采用间接法用温度场结果计算残余应力场.分析比较了焊后热处理前后的焊接残余应力变化情况,证明焊后热处理对焊接残余应力具有一定的消除作用.     

双离合器内片支架焊接残余应力场有限元分析

针对激光焊接残余应力导致的焊接件结构失效问题,以目标DCT双离合变速器内片支架与花键轴为研究对象,借助于Sysweld有限元软件建立了三维有限元数值计算模型并对焊接过程进行了数值模拟,得到了焊接过程瞬态温度场和特征点的热循环曲线,模拟得到的焊缝形貌特征与实际焊缝形貌基本吻合。在此基础上得到了焊缝内部金相组织演变和残余应力分布状况。结果表明:冷却后的焊缝区域显微组织主要为马氏体,焊接接头具有较好的强度和韧性;切向残余应力在距焊缝中心约2 mm处达到拉应力峰值,此处是焊缝最容易出现裂纹的薄弱部位。     

60mm厚Q345钢板电子束焊接接头的显微组织及硬度分布

利用电子束焊接方法焊接了60mm厚Q345钢板,研究了接头焊缝区的显微组织及显微硬度分布。结果表明:电子束焊接能够一次性焊透60mm厚Q345钢板,得到成形良好且没有明显气孔、裂纹等缺陷的焊接接头,焊缝深宽比很大,约15∶1;焊缝中心顶层由先共析铁素体、侧板条铁素体和针状铁素体组成,沿着焊缝深度方向铁素体数量减少、板条状马氏体和针状铁素体数量增加且针状铁素体间距变小,晶粒尺寸减小;从焊缝顶层到底层,焊缝中心的硬度呈波动性增大趋势,焊缝区的显微硬度高于母材和热影响区的,且沿着深度方向焊缝区硬度的增长速率明显增大。     

VM12耐热钢焊接接头力学性能和微观组织的研究

采用热丝TIG的方法制备VM12材料焊接接头,对焊态、焊后退火态以及时效热处理态接头的力学性能和金相组织展开研究。焊后观察到焊缝为马氏体+残余奥氏体组织,且焊缝硬度很高,经退火热处理后焊缝转变为回火马氏体,硬度降至300HV_(10)左右;接头经600℃和650℃时效热处理后,微观组织变化很小,材料高温稳定性较好。     

超高强耐磨钢NM500多层多道对接接头残余应力的研究

基于SYSWELD软件平台,以新型NM500钢的多层多道对接接头为研究对象,开发一种考虑固态相变的“热-冶金-力学”耦合计算方法来模拟对接接头的温度场、组织体积百分数以及焊接残余应力。同时,采用光学显微镜观察对接接头的显微组织,采用显微硬度计测量接头硬度分布,以及采用小孔法测量对接接头表面残余应力。数值模拟结果与试验测量结果的比较表明：使用实际焊接热输入模拟得到的对接接头超过冶金熔点以上的温度区域与实际焊接接头熔化区吻合较好;纵向残余应力峰值位于紧邻热影响区的母材上,其值约为1 600 MPa,与母材的常温屈服极限相当;横向残余应力在焊缝厚度方向呈现“拉-压-拉”的分布形态。总体而言,数值模拟得到纵向及横向残余应力的大小及分布与试验测量结果吻合较好,验证了“热-冶金-力学”耦合计算方法的有效性。基于数值模拟结果,探讨了NM500钢多层多道对接接头焊接残余应力的形成机理。     

反应堆压力容器J形坡口焊接接头区控制棒驱动机构管座裂纹的应力强度因子

利用热弹塑性有限元法计算研究核反应压力容器控制棒驱动机构(Control rod drive mechanism,CRDM)管座中心J形坡口接头中焊接残余应力的分布规律,并将焊接残余应力场导入到含裂纹的三维CRDM管座接头模型中,直接计算得到焊接残余应力与工作内压和温度载荷偶合作用下的裂纹前沿等效应力强度因子Keq的分布规律。计算结果表明:焊后CRDM管座接头区中的环向残余应力远高于轴向残余应力;受焊接残余应力分布的影响,裂纹前沿Keq的最大值并非出现在裂纹前沿最深处,而是出现在裂纹下半部分靠近焊缝处;裂纹深度比a/δ的增加所引起的Keq的增加远大于裂纹长度2c的增加所引起的Keq增加。接头区的裂纹在其前沿实际Keq分布的控制下将以自然形态扩展,而并非以目前标准规范中假设的半椭圆形态扩展。为进行准确的裂纹扩展分析和安全评价,需要基于详细的有限元计算,给出考虑焊接残余应力影响下的裂纹前沿Keq的分布。     

高压水射流喷丸降低焊接残余应力有限元分析

焊接不可避免产生残余应力,对结构完整性造成很大影响。提出利用高压水射流喷丸技术降低焊接残余应力,并利用有限元法进行计算模拟。分别开发了模拟焊接的移动双椭球热源子程序及模拟高压水射流喷丸的移动压力载荷子程序,得到了经高压水射流喷丸处理前后焊接残余应力分布的变化规律。计算结果表明,经高压水射流喷丸处理后,焊缝和热影响区存在的焊态残余应力得到降低,在焊缝区已经产生压缩应力。证明高压水射流喷丸具有降低焊接残余应力的效果。