承载超声冲击方法改善高应力比加载条件管接头疲劳性能

在高应力比R=0．5加载条件下采用T型管接头形式进行焊态、承载和非承载超声冲击处理试件的疲劳对比试验。试验结果表明:①在高应力比R=0．5加载条件下,管接头承受静载后再使用超声冲击方法对其进行处理仍然能够大幅度地延长焊接管接点的疲劳性能。②在承载超声冲击处理条件下,20钢T型管接头的疲劳强度(应力比R=0．5)提高了66％,疲劳寿命延长了3．8～4．0倍。③使用承载超声冲击处理这种工艺方法不仅可以在低中应力水平、中长寿命范围内改善焊接管接头的疲劳性能,也可以在高应力范围内改善其疲劳性能。这种工艺方法在一定程度上克服了承载前超声冲击方法对焊接接头疲劳性能改善程度在高应力区域内大幅度降低的缺点。     

超声冲击处理焊接接头疲劳设计若干问题的探讨

对大量超声冲击处理焊接接头的试验结果进行分析总结,探讨超声冲击焊接接头疲劳设计与原始焊接接头的差异,并得到下述结论：①材料强度对超声冲击方法改善焊接接头疲劳性能的处理效果有一定影响,随着接头材料强度的提高改善效果也越好,因此采用低强钢超声冲击处理焊接接头的疲劳试验结果得到疲劳设计S—N曲线是安全的。②超声冲击处理焊接接头试件S—N曲线的斜率m远大于3(6～23),不能将试验结果硬性规定按m=3．0进行统计处理,推荐取m=10。③经过超声冲击处理后其疲劳强度不再与所外加的平均应力无关,而是随着应力比R的增加,接头所能够承受的疲劳应力幅度有所降低。因此建议采用最大应力对超声冲击处理焊接接头进行疲劳设计。④当采用最大应力对超声冲击处理焊接接头进行疲劳设计时,外载荷中所含平均应力与超声冲击处理焊接接头在FAT(200万次循环次数下的特定疲劳强度,将其定为疲劳级FAT)下的疲劳强度(应力范围)之间．的关系为：F(R)=1．25-0．5R,-1≤R≤0．5。     

铌对高强钢焊接热影响区中马氏体-奥氏体组元形态的影响

对铌含量不同的五种钢材进行焊接热循环模拟焊接热影响区粗晶区，研究Ｎｂ含量对粗晶区中ＭＡ组元的形态和粗晶区韧性的影响。结果表明，降低钢材的Ｎｂ含量能够减少细长ＭＡ组元的含有率，从而控制ＣＧＨＡＺ的韧性，因此，进行实际钢材化学成分设计时，在满足强度要求的条件下，应尽量降低Ｎｂ的含量。     

超声冲击法改善LF21铝合金焊接接头的疲劳性能

利用自行研制的超声冲击实验装置,对提高LF21铝合金焊接接头的疲劳强度进行了研究,进行了TIG焊LF21铝合金非承载十字与T型接头的焊态及冲击处理态对比疲劳试验,结果表明：使用TIG焊获得LF21铝合金原始焊接接头的疲劳强度与其它焊接方法得到的同样接头的疲劳强度基本相当,试图采用更高强度级别的S－N曲线对其进行设计时应持慎重态度,在应力比R＝0．5时,超声冲击处理使LF21铝合金非承载十字焊接接头（拉伸载荷）的疲劳强度提高了26％,接头寿命延长了2－4倍,在应力比R＝0．1时,超声冲击处理使T型接头（三点弯曲载荷）的疲劳强度提高了37％,接头寿命延长了4－8倍,在应力比R＝－1时,超声冲击处理使T型接头（三点弯曲载荷）疲劳强度提高了44％,接头寿命延长了5－10倍。     

提高焊接接头疲劳强度的低相变点焊条和超声冲击方法

由于焊趾部位存在有应力集中和残余拉伸应力,焊接接头的疲劳强度远低于基体金属,超声冲击和低相变点焊条的应用是近年来发展的提高焊接接头疲劳强度方法。通过对横向对接焊接接头和纵向角接板焊接接头试件的疲劳试验,在2×106循环次数下与普通E5015焊条焊态试件相比,超声冲击处理的两种型式接头的疲劳强度分别提高50％和71％,低相变点焊条焊接的两种型式接头的疲劳强度分别提高11％和41％,相应接头的疲劳寿命也有大幅度的提高。试验结果说明,两种方法都是提高焊接接头疲劳强度的有效方法,其中超声冲击方法的提高程度较高,而由于免去了焊后加工处理工序,低相变点焊条方法更适合于具有高值残余拉伸应力纵向焊缝焊接接头疲劳强度的改善。     

相变温度对焊接残余应力的影响规律及机理分析

通过对焊缝金属相变温度、相变膨胀应变和焊接接头残余应力的测试，分析了相变应力的产生及其对焊接残余应力的影响，相变应力不仅能够降低焊缝金属由于热收缩所引起的残余拉伸应力，而且在一定的条件下还可以产生残余压缩应力，论述了相变温度对焊接残余应力的影响规律以及获得残余压缩应力的相变温度范围，试验证明相变温度在100～300℃范围内，焊缝金属可以获得残余压缩应力，其中在190℃左右时残余压缩应力达到最大。     

X65管线钢焊接接头H2S应力腐蚀研究及其有限元数值分析

在X65管线钢H2S应力腐蚀试验的基础上，建立了三维弹塑性有限元模型．通过三维弹塑性有限元的数值分析，得到了裂纹尖端应力场分布和氢浓度的分布特征．通过对X65管线钢焊接接头的显微组织观察和基本力学性能研究，对影响其应力腐蚀影响因素提供了实验依据．并根据楔形张开加载恒位移试样得出了X65管线钢焊接接头的临界应力强度因子KISCC和裂纹扩展速率，其应力腐蚀试验结果在有限元数值分析中得到了验证。     

基于BS7910海底外输管线ECA评估

依据英国标准BS 7910对海底外输管线API5L X56焊接接头焊趾处表面裂纹进行了ECA(engineering critical assessment)评定.评定根据母材和全焊缝拉伸试验结果建立评定曲线;根据英国标准BS 7448:Part 4采用多试样方法进行了低温断裂韧度试验,建立了焊缝和HAZ的CTOD-R阻力曲线,从而确定了启裂CTOD值δ0.2.在评定计算中取不同水深的应力最大值,分别考虑应力集中和残余应力的影响,针对无错位和最大错位情况,给出了在铺设条件下的容许表面裂纹尺寸.为管线铺设工程中的焊接缺陷验收和拒收提供了依据.     

喷涂层对十字接头焊趾裂纹应力强度因子的影响

利用有限元分析软件ANSYS分别建立了非承载十字接头焊趾裂纹的二维和三维断裂模型,并计算了焊趾裂纹尖端的应力强度因子.分析了等离子喷涂层弹性模量对裂纹尖端应力强度因子的影响,以及裂纹尺寸对裂纹尖端应力强度因子的影响.计算结果表明,等离子喷涂层使焊趾裂纹尖端应力强度因子明显降低.对于确定的裂纹尺寸、形状,裂纹尖端的应力强度因子随涂层弹性模量的增加而降低.当Ec/Ep=0.6,二维模型中a/t=0.125时,喷涂后裂纹尖端应力强度因子降低了62.5%;三维模型中a/t=0.125,a/c=0.2时,喷涂后裂纹尖端的应力强度因子降低了42.6%.     

基于局部法高密度聚乙烯管道材料的断裂行为

作者主要对低温下高密度聚乙烯(HDPE)管道材料的断裂参量进行了测试,并对三点弯试样进行了有限元数值计算,分析了低温下具有不同裂纹尺寸的三点弯试样裂纹尖端应力应变场。利用试验和有限元计算结果,基于局部法对HDPE材料的抗开裂行为进行了研究。结果表明,采用局部法可对具有不同原始裂纹长度三点弯试样之间的断裂行为进行相互预测,并且预测结果与试验结果吻合良好。一方面验证了表征材料脆性断裂特征的参量m和σu与初始裂纹长度无关,为一材料常数;另一方面也表明局部法能有效地描述HDPE材料的脆性断裂行为。对于HI)PE管道材料,威布尔应力可以作为有效的断裂控制参量。