TC4低熔蚀钎料设计及对接头组织和性能的影响

薄壁钛合金的焊接是制造高性能板翅式钛合金换热器的关键步骤,针对薄壁钛合金钎焊时母材熔蚀严重的问题,设计并制备了Zr-16Ti-9Cu-11Ni低熔点非晶箔带钎料,对TC4钛合金在840~980℃,保温时间10~120 min范围内进行钎焊,结合扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)以及透射电镜(TEM)分析了接头典型组织及其演变过程。结果表明,焊缝组织主要由(Ti,Zr)_(2)(Cu,Ni)化合物、α-Ti和β-Ti组成,随钎焊温度升高和保温时间延长,接头脆性相逐渐减少直至消失,母材熔蚀程度逐渐加重。通过接头抗剪强度对其性能进行评估,结果表明,当钎焊温度在940℃、保温时间10 min时,接头强度最优,为386 MPa,但此时母材熔蚀程度较大,不适合实际生产中的焊接;综合考虑母材熔蚀程度与接头抗剪强度,880~920℃为合适的生产温度区间;通过观察接头断裂路径及断口形貌,接头的断裂模式为脆性断裂。

孔洞对疲劳裂纹扩展路径的影响

为了研究孔洞位置和尺寸对疲劳裂纹扩展路径的影响,利用ABAQUS有限元仿真软件建立改进CT试样的裂纹扩展仿真模型,采用扩展有限元法研究了在低周疲劳加载条件下Q235钢圆孔与裂纹尖端的角度、距离以及圆孔半径对裂纹扩展路径的影响,并通过引入裂纹偏转系数来定量描述不同参数对裂纹扩展路径偏转程度的影响。结果表明:当圆孔与裂纹尖端的夹角为45°时,裂纹偏转系数取得最大值;裂纹偏转系数随着孔洞半径的增加逐渐增大,随着圆孔与裂纹尖端距离的增大逐渐减小。

球压痕法获取不同变形率下316L不锈钢的力学性能

核电焊接结构由于在加工过程中受到冷作硬化导致局部区域力学性能发生改变且难以准确获取,利用ABAQUS有限元分析软件建立了弹塑性材料下的压痕实验三维模型进行数值模拟,通过识别载荷-深度曲线中的相关参数,结合量纲分析法理论计算316L奥氏体不锈钢材料在不同变形率下的力学性能参量。结果表明,随着变形率的不断增大,材料的塑性降低,硬度增大,且力学性能参数如屈服强度、抗拉强度及硬化指数均相应增大。

P92钢接头Ⅳ型开裂蠕变孔洞临界值的分析及应用

【目的】分析P92管道接头热影响区发生Ⅳ型开裂的蠕变孔洞临界值的影响因素,得到蠕变孔洞临界值计算方法,为评估接头开裂风险提供依据。【方法】收集服役后发生Ⅳ型开裂的P92接头,在未开裂处取样进行610℃下不同应力条件的高温持久蠕变试验,然后使用光学显微镜、电子显微镜观察服役开裂接头和持久断裂接头热影响区的蠕变孔洞分布形貌,并借助图像分析软件测量蠕变孔洞的面积分数,同时使用硬度仪测试热影响区软化情况,最后综合测试结果分析细晶区软化程度和接头应力水平对蠕变孔洞临界值的影响,并拟合应力、显微硬度、孔洞临界值三者之间的函数关系。【结果】研究发现,P92钢接头细晶区相比于接头其它区域软化速度更快,但软化作用并非其发生Ⅳ型开裂的必要条件,当应力水平较高时,细晶区没有发生明显软化时就可以触发蠕变开裂;得到接头轴向应力水平、蠕变孔洞面积分数临界值和显微硬度的函数关系式。【结论】引起Ⅳ型开裂的蠕变孔洞面积分数临界值与相对应力水平(轴向应力与硬度的比值)有关,相对应力水平越高,蠕变孔洞临界值越小,接头安全性就越低;通过测量接头细晶热影响区的蠕变孔洞面积分数和显微硬度,可以估算开裂接头的轴向应力水平,也可以评估在役未开裂接头的Ⅳ型开裂风险。

CT70低合金高强度油管用钢激光焊接接头残余应力有限元模拟

针对CT70级连续管用钢激光焊焊接接头,考虑试板、焊缝、热源的轴对称性,应用有限元软件建立了1/2轴对称有限元分析模型,对激光焊接接头的温度场、变形场与应力场进行了模拟分析。结果表明,有限元模拟焊缝尺寸与实际基本一致;残余应力主要集中在焊缝周围,在远离焊缝区域残余应力逐渐减小,且焊缝中心为拉应力;变形在焊缝周围最大,距离焊缝越远变形越小。将有限元模拟结果与实际测试结果对比,激光焊焊缝中心为拉应力,与有限元计算结果相同。

不同振动加速度下MAG焊缝显微组织及残余应力分析

为了进一步优化Q450NQR1高强钢的焊接质量,在Q450NQR1的MAG(熔化极活性气体保护电弧焊)过程中施加机械振动,研究振动加速度对焊缝显微组织及焊缝残余应力的影响。根据试验结果,在焊接过程中施加机械振动,可以促进焊缝中针状铁素体的形成,随着振动加速度的增加,焊缝中针状铁素体含量增加;机械振动可降低焊缝中的纵向残余应力,当振动加速度为9.85 m/s2时,焊缝纵向残余应力下降幅度最大。与传统MAG焊相比,最大残余应力下降幅度为11.73%,最小残余应力下降幅度为10.03%。研究结果表明,振动对Q450NQR1的残余应力有显著的抑制作用。

X80管线钢焊接接头断裂韧性试验研究

采用单试样柔度法对X80管线钢及焊接接头进行了断裂韧性试验。结果表明,X80管线钢焊缝、热影响区及母材每3组试样断裂韧度平均值分别为286.08MPa√m、282.02MPa√m、290.46MPa√m,该种焊接工艺下的焊接接头各区断裂韧性相差不大。

蒸馏塔重沸炉炉管失效分析

针对芳烃联合装置中蒸馏塔重沸炉炉管失效情况,通过宏观检查、金相分析、化学成分测定、硬度检测、残余应力测试、扫描电镜和能谱分析等,对失效的炉管进行分析,结果表明:蒸馏塔重沸炉炉管失效的原因是焊接和热处理不当,导致内部金相结构差异大,应力水平高,在一定温度下发生再热裂纹开裂。

置氢TA10合金焊接接头组织和高温压缩性能

航改燃气轮机焊接修复的钛合金叶片服役于含氢环境中常发生氢脆损伤.试验重点研究了不同置氢量的钛合金氩弧焊接头的微观组织、维氏硬度及氢作用机理、高温压缩性能.结果表明,置氢0.12%(质量分数)焊接接头组织中析出大层片δ氢化物,其尺寸随H元素含量增加而增大,母材、热影响区及焊缝微观组织发生明显改变;置氢0.21%的硬度明显高于其它置氢量,高氢提升焊接接头硬度;低氢时氢固溶强化使α晶粒硬度略提升,高氢时氢化物析出伴随晶格体积膨胀使金属局部塑性变形产生大量位错,位错运动需绕或切过氢化物,导致α晶粒硬度明显提升.压下量对高温压缩流变应力影响有限,再结晶软化作用主要受变形温度控制,随压下量增大,焊缝组织中层片α晶粒连同氢化物沿垂直压下方向被拉长或与压下方向呈一定角度被弯折,氢化物沿层片α晶界生长,热压缩过程中组织再结晶现象不明显.

HT700高温合金旋转摩擦焊接接头组织和力学性能的研究

用旋转摩擦焊接(RFW)方法对HT700高温合金进行焊接,并对焊接试样进行焊后热处理(PWTH)。通过光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、显微硬度计、室温和750℃拉伸实验,对接头微观组织和力学性能进行系统研究。结果表明:焊态接头分为焊缝中心区(WCZ)、热力影响区(TMAZ)和热影响区(HAZ)3个典型区域,其中显微组织从等轴细晶粒(WCZ)、变形粗晶粒(TMAZ)逐渐转变为与母材类似的等轴晶粒(HAZ);RFW过程中WCZ发生了动态再结晶及强化相的溶解,其中γ′强化相的溶解程度大于M23C6或MC碳化物;从焊接界面到母材,焊态接头的晶粒尺寸、形状和强化相分布等微观结构逐渐发生变化,γ′相的溶解导致焊态接头力学性能较差,且在750℃时,晶界滑动使其力学性能进一步下降;焊后热处理后,晶粒生长、强化相的再析出和焊后微观组织均匀化使得接头室温和高温拉伸强度显著提高,且接头高温延展性得到一定程度的改善。本研究可为HT700高温合金的高质量焊接提供新思路。

基于变可信度近似模型的BGA焊点可靠性预测与优化方法

焊点可靠性预测研究多采用有限元仿真与单一精度近似模型相结合的模式,存在仿真时间长、效率低、准确性差等问题,为此,提出了一种基于变可信度近似模型的球栅阵列(ball grid array,BGA)焊点可靠性预测与优化方法.首先,对不同网格细化方案进行收敛性验证,分别设计高/低精度样本点进行有限元仿真;其次,基于CoKriging模型融合高/低精度仿真数据进行焊点可靠性预测;最后,将预测结果与单一精度近似模型进行对比分析,并采用遗传算法优化模型获得对应结构参数.结果表明,在更少的仿真成本下,变可信度模型的预测效果更好,在同等预测精度下,变可信度模型高精度样本点数量仅为单一精度模型的1/4,相比高精度神经网络预测模型,在寻优过程中收敛更快.

GB/T 2653—2008标准的修改建议

弯曲试验是测定焊接接头塑性变形能力的试验方法。简要介绍了金属材料焊缝弯曲试验的相关国内外标准,对比分析了现行标准GB/T 2653—2008与ISO 5173:2023的差异,建议尽量结合我国实际情况,增强不同标准间的协调性,使新修订的标准更清晰且更易操作。

高含硫气田压力容器异种钢焊接接头失效泄漏原因分析

对国内某高含硫气田酸性湿气增压项目压缩机进气洗涤罐进行“酸敏试验”,试验过程中上封头与长高颈法兰连接角焊缝处即异种钢焊接部位连续出现了两次介质泄漏事故。通过宏观形貌观察、化学成分分析、金相组织分析、硬度测试、断口宏观与微观形貌分析等方法,对现场试样进行系统分析,再结合焊接冶金学机理分析,确定了异种钢焊接接头失效泄漏的原因。在硫化物应力腐蚀开裂敏感环境中,在残余应力与外加应力的共同作用下,裂纹沿最薄弱的熔合线分布,从内侧启裂,并向外侧扩展,最终穿透管壁,导致泄漏发生。

CrMoV与NiCrMoV异种钢焊接接头的高周疲劳性能及寿命模型

对CrMoV与NiCrMoV异种钢焊接接头开展室温及400℃下的高周疲劳试验,并对失效试样进行断口分析,研究异种钢焊接接头的高周疲劳失效机理.结果表明,接头疲劳S-N曲线呈现连续下降形式,在高周疲劳过程中未见疲劳极限平台,失效位置均位于焊缝金属区域,并且集中在显微硬度值最低的结构弱区;随着应力幅值的下降,裂纹萌生模式由表面和内部萌生的竞争转变为内部微缺陷萌生占主导,内部焊接气孔微缺陷是主要裂纹萌生源;根据Murakami模型得到的疲劳极限分散性较大,与高周疲劳寿命未呈现出明显规律,通过引入Z参量模型,指出焊接接头的高周疲劳寿命由应力水平、微缺陷有效尺寸和相对深度等因素共同决定,Z参量与高周疲劳寿命具有很好线性关系.

高能束流焊接接头组织性能研究现状

高能束流焊接凭借能量集中、焊接变形小、效率高等特点在航空航天、轨道交通等先进制造领域具有重要地位。目前,高能束流焊接技术能够实现高温合金、钛合金、高熵合金、铝合金等同质/异质材料的高质量连接。根据携带能量的粒子不同,高能束流可分为激光束、电子束和等离子束。以激光焊和电子束焊为典型代表,基于现有研究简述了2种焊接技术的发展历程和工作原理,重点讨论了同质或异质材料连接,包括接头组织与性能特征以及焊后热处理的影响等相关研究工作。

X80管道环焊缝可靠性及其影响因素分析

针对管道环焊缝裂纹缺陷特征建立含裂纹缺陷管道环焊缝的多重极限状态函数,结合参数统计特征,形成基于Monte Carlo的X80管道环焊缝可靠性计算方法。同时进行管道环焊缝敏感性分析,得到各个参数的灵敏度。结果表明,管道壁厚为18.4 mm,管道外径为1219 mm,焊接工艺为自保护药芯焊丝半自动焊的X80管道环焊缝的失效概率在基于应力的失效准则1,基于应力的失效准则2和基于应变的失效准则下分别为8.2×10^(-7),5.9×10^(-7)和3.5×10^(-7)。它们均处于可接受安全水平内,无需进行维修或更换。外载荷、缺陷深度、断裂韧性和屈服强度对管道环焊缝的失效概率影响较大,可以通过控制外载荷,减小管道缺陷尺寸,提高屈服强度和断裂韧性来增强管道环焊缝的可靠性,确保管道安全运行。

T22/TP304H异种钢焊接接头性能分析与剩余寿命评估

异种钢焊接在亚临界锅炉中被广泛运用,其焊接接头性能会直接影响锅炉的运行安全和服役寿命。针对已服役20万小时以上的锅炉中带垫板T22/TP304H异种钢焊接接头,采用微观组织观察、常温与高温拉伸试验以及高温持久试验等方法,全面评估了焊接接头的组织形态、力学性能和耐久性。结果表明,TP304H母材及焊缝中有析出物聚集现象,易诱发焊接区域萌生裂纹;长期服役的接头拉伸强度低于ASME标准要求的最低值,力学性能出现较大程度的衰退;通过温度曲线推算法估算,焊接接头的剩余寿命为29 745 h,但其运行可靠性已显著降低,应对接头部位进行检修并加强后期巡检工作。该研究可为T22/TP304H异种钢焊接头的组织与性能研究和设备后续的安全运行提供理论参考。

铝合金双面焊对接接头内部缺陷扩展行为分析

基于ABAQUS和FRANC3D联合仿真方法分析了铝合金双面焊对接接头中内部缺陷在疲劳荷载作用下的裂纹扩展行为。对比接头全模型中不同裂纹深度a下裂纹尖端应力强度因子K及疲劳寿命N,验证了对称模型的准确性,进而基于对称模型分析了不同形状比(深度a/长度2c)下初始缺陷的疲劳扩展规律。结果表明:当椭圆形缺陷的深度a不变而长度2c逐渐增大时,初始应力强度也随之增加,试件的疲劳寿命显著降低,当长轴长度增加3倍时,疲劳寿命降低了50%;随着裂纹的扩展,a/c的比值逐渐趋近于1,即形状趋近于圆形。

G115钢窄间隙自动氩弧焊焊接接头的组织与性能研究

采用窄间隙自动氩弧焊机焊接G115大口径厚壁管,借助金相显微镜对焊接接头的显微组织进行观察,应用拉伸、弯曲、冲击、硬度和残余应力测试等方法对接头的力学性能进行试验分析。结果表明:窄间隙氩弧焊接头显微组织均为回火马氏体,热影响区未发现显微裂纹缺陷,热影响区宽度仅为1.7mm。焊接接头强度性能良好,弯曲试验满足标准要求,冲击试验结果优良,最高硬度值249HV满足标准要求,焊接接头中残余应力的最大值位于焊缝中心,拉应力为278MPa,是母材屈服强度的52%。本研究的全位置窄间隙自动氩弧焊工艺,为G115钢的工程化应用奠定了坚实的技术基础。

激光焊接近α型Ti60合金高温力学行为

针对高温钛合金焊接结构在大推力、高推重比飞行器中的高可靠性服役需求,研究了激光焊接钛合金高温力学性能及变形机制。结果表明,受焊接热循环影响,焊接接头各区域的组织类型及形态、稀土相分布、晶粒尺寸、再结晶组织体积分数等存在显著差异。室温和600℃条件下维氏硬度由大到小依次为焊缝区、热影响区、母材区,焊缝区高硬度主要源于其内部形成的细小针状α′相。高温导致接头各区域的硬度值下降约20%。室温和600℃条件下接头拉伸试样均断裂于母材区,断口呈现出韧窝生长的穿晶断裂模式。接头试样的屈服强度和抗拉强度与母材相当,而延伸率有所降低,其源于焊缝区和热影响区的变形量较少。高温下母材和接头试样的强度均降低,高温塑性变形以回复和再结晶致应变软化为主。