搅拌摩擦沉积增材2219铝合金组织及性能

在主轴转速250~350 r/min、横向移动速度50~150 mm/min工艺参数下进行2219-T87铝合金搅拌摩擦沉积增材(additive friction stir deposition,AFSD)实验,探究工艺参数与多层热循环对沉积层宏观成形、微观组织和力学性能的影响。结果表明:在主轴转速250 r/min,移动速度100 mm/min工艺参数下可获得成形良好的单道16层增材试样。增材区晶粒尺寸发生显著细化,在4~6μm之间,细小等轴晶组织取代沉积棒料粗大的无规则晶粒组织。增材试样发生剧烈的动态再结晶,整体再结晶晶粒在80%以上,试样底部(第1层)受到多次热循环影响,再结晶晶粒达到91.8%。增材区域织构基本由Cube、Copper、P和RtB四种再结晶织构以及S、T和Brass织构构成。增材试样的硬度和抗拉强度相比于沉积棒料都明显降低,其中,第16层沉积层硬度最大为80HV,约为沉积棒料母材的55.6%;第1~8层沉积层硬度均匀在60HV。增材区水平(longitudinal direction,LD)方向第9~16层和1~8层的平均抗拉强度分别为243.0 MPa和219.3 MPa,约为母材的60.0%和52.9%;平均伸长率为19.4%和24.5%,分别约为母材的181.1%和229.0%。增材试样LD方向断裂模式均为韧性断裂。

6061铝合金搅拌摩擦沉积增材修复工艺及修复区性能

为了探讨修复工艺及模拟凹槽缺陷尺寸对搅拌摩擦沉积增材(additive friction stir deposition,AFSD)修复区组织及性能影响规律,对5 mm厚AA6061-T6板进行AFSD修复工艺试验.结果表明,对于3 mm深度、6~24 mm不同宽度凹槽缺陷,采用主轴转速400 r/min、移动速度150~300 mm/min修复工艺均能实现沉积层与基板的有效冶金连接.当凹槽宽度小于送料棒直径时,可以获得完全致密无缺陷的修复区;修复区附近可划分为修复沉积区、热力影响区、热影响区及母材.沉积区完全由细小等轴晶组成,晶粒尺寸相当于基材晶粒尺寸的9.1%~12.8%;在沉积区内主要强化相β"相几乎全部溶解,平均硬度为母材硬度的71.6%.在400 r/min和300 mm/min工艺下,凹槽宽度12 mm修复态力学性能最佳,抗拉强度和断后伸长率分别为197.4 MPa和10.92%,试样均断裂于母材热影响区与热力影响区的交界处,具有韧性断裂模式.当凹槽宽度为24 mm大于送料棒直径时,在400 r/min和150 mm/min工艺下力学性能最佳,修复态抗拉强度和断后伸长率分别为178.9MPa和7.74%,此时产生于沉积层与基材结合界面的弱连接是影响修复性能关键因素.

搅拌针转速对厚板镁合金SSFSW焊缝组织及性能的影响

对9 mm厚板AZ31B镁合金进行静止轴肩搅拌摩擦焊(stationary shoulder friction stir welding,SSFSW)工艺试验,探讨搅拌针转速(500~1000 r/min)对焊缝组织及力学性能的影响规律.结果表明,在给定焊接速度80 mm/min下,搅拌针转速在600~800 r/min范围可获得表面光滑、无内部缺陷的对接焊缝,当转速为1000 r/min时焊缝表面出现不连续凹坑但内部仍无缺陷.随着转速增加,晶粒尺寸由(11.11±1.68)μm增加到(18.95±1.83)μm;在700 r/min时焊核区晶粒尺寸沿板厚差异最小.焊缝中间硬度分布具有不均匀性且随转速增加而减小,最大差异为10.97 HV,最低硬度47 HV位于前进侧的热力影响区与焊核区界面处.在700 r/min下接头力学性能最佳,强度系数为90.2%、对应断后伸长率为母材69.3%.随着转速增加,断裂模式由韧-脆混合断裂转变为剪切-韧性混合断裂.

海洋石油平台焊接接头大型CTOD试验

依据英国BS 74 4 8断裂韧性试验标准 ,对焊接接头超大尺寸低温裂纹尖端张开位移 (CTOD)试验测试技术进行了探讨 ,对采用焊条电弧焊与埋弧焊工艺施焊的、板厚为 2 .5in(6 3.5mm)的海洋石油平台焊接接头试样进行了CTOD试验 ,分别测试了- 18℃两种工艺下焊缝金属和热影响区的CTOD断裂韧性 ,对试验结果及试验中的有关技术问题进行了分析讨论。试验表明 ,除两个热影响区 (HAZ)试样外 ,其余试样均满足美国Phillips石油公司提出的最小CTOD为 0 .15mm的要求。

焊接接头疲劳评定局部法研究进展

焊接接头疲劳评定的“局部法”(localapproach)是近年来疲劳评定研究的重要方向。这种方法的基本原理是采用与疲劳断裂直接相关的应力集中区域应力场的“局部参量”作为疲劳断裂的控制参量 ,建立具有普遍适用性的“局部参量”与循环次数N表示的S—N曲线 ,据此进行疲劳强度和疲劳寿命预测与评定。由于局部法包括焊接接头局部焊缝几何细节等因素 ,因而更能反映焊接结构疲劳断裂的实际情况 ,受到国际焊接学会和工程界的普遍重视。目前已发展多种疲劳评定的局部方法 ,如缺口应力强度因子法 (N SIF)、等效应力强度因子法 (E SIF)、临界距离法 (CDM) :包括点 (PM )、线 (LM)、面 (AM)和体积法 (VM )、临界面法和包括应力梯度的体积法等。本文对这些局部法的基本原理、分析步骤及影响因素进行简要探讨。

铝合金搅拌摩擦与MIG焊接接头疲劳性能对比试验

根据疲劳S-N曲线试验结果,对5A06铝合金搅拌摩擦焊(FSW)和MIG焊接接头的疲劳性能进行了初步比较,分析讨论了搅拌摩擦焊过程中所产生的焊接缺陷对其疲劳性能的影响。结果表明,在焊态下由于焊接接头几何形状等的影响,FSW的疲劳强度明显高于MIG焊接接头;对FSW焊缝根部的“吻接”缺陷(kissing-bonds)是降低FSW焊接接头疲劳寿命的主要因素,旋转搅拌工具在焊缝表面形成的多余飞边将对疲劳行为产生明显影响。

焊接接头疲劳评定的局部法研究现状

局部法 (LocalApproach)是近年来发展起来的焊接接头疲劳评定的一种新方法。目前已提出了多种焊接接头疲劳评定的局部准则 ,如缺口应力强度因子法 (N -SIF)、等效应力强度因子法 (E -SIF)、临界距离法 (CDM)包括点 (PM)、线 (LM)和面 (AM)法、临界面法及体积法。文中对这些局部法的基本原理、分析步骤及影响因素进行了介绍 ,综述了局部法研究现状并对目前局部法研究存在的问题进行了讨论。

非匹配焊接接头中裂纹尖端三维拘束状态分析

应用三维弹塑性有限元方法详细分析了焊接接头中裂纹尖端三维拘束状态的分布特征。结果表明 :在试样中面附近围绕Ⅰ型裂纹前缘 ,应力状态均具有明显的平面应变特征 ,而应力三轴度 (Rσ)仅在韧带附近为最大。匹配参数M、尺寸因素 (h a、B、a w)及加载方式 (CCP、TPB、SEC)均会对试样内部的应力三轴度产生显著影响 ,其中匹配程度是导致高、低匹配裂纹端三轴应力拘束变化不同的主要因素。平面应变状态不能保证裂纹尖端具有较高的三向拉应力拘束强度 ,平面应变参量 β仅表示三维应力状态趋于平面应变的程度大小 ,而应力三轴度参量Rσ 确实描述了三向拉应力状态的严重程度。对于给定试样形式 ,裂纹张开位移CTOD相等不能保证三维裂纹端存在相似的三轴应力状态 。

厚板铝合金FSW和MIG焊接接头疲劳性能

对厚度10 mm的6082-T6铝合金搅拌摩擦焊(FSW)和MIG焊接接头的疲劳强度进行了试验研究,并与6082-T6母材疲劳性能进行了对比分析.结果表明,6082-T6母材的疲劳S-N曲线最高、MIG焊接接头S-N曲线度最低,而FSW接头的疲劳S-N曲线近似位于两者之间;在高应力区FSW疲劳强度低于MIG焊接接头、而在低应力区高于MIG焊接接头.大部分FSW试样疲劳裂纹启始于焊缝根部的"弱连接"缺陷,采用机械加工去掉1.4 mm厚度焊缝根部材料后,FSW疲劳强度明显提高并接近母材数据.厚板6082-T6铝合金FSW焊缝根部质量控制是影响疲劳性能的关键因素.

铝合金6061-T6搅拌摩擦焊搭接焊缝缺陷及疲劳性能

通过单道与双道焊搭接接头试样疲劳试验,对铝合金6061-T6搅拌摩擦焊搭接焊缝缺陷和疲劳性能进行了比较分析。结果表明:搅拌摩擦焊搭接接头连接界面处总存在钩状缺陷,对搭接接头疲劳性能产生严重影响,其疲劳强度不高于母材抗拉强度的5.6%。单道焊试样疲劳性能优于双道焊试样,单道焊和双道焊试样疲劳强度特征值Δσk(应力比R=0.1)分别为17.45MPa和13.91MPa,双道焊工艺不能改善钩状缺陷分布特征。单道焊搭接接头疲劳断口为多重起裂,且裂纹源均位于上板底部钩状缺陷处,疲劳裂纹扩展区表现为穿晶断裂特征,具有典型的疲劳条带且存在二次裂纹;双道焊试样起裂位置和二次裂纹数量均比单道焊多,且起裂位置有沿晶断裂特征,是降低其疲劳性能的主要原因。

局部法评定铝合金3A21角接接头疲劳性能

局部法是近年来应用于焊接接头疲劳评定的一种新方法。文中采用铝合金3A21角接焊缝的拉伸疲劳试验结果就Dang Van准测的局部法对铝合金焊接接头疲劳评定的有效性进行研究,用三维有限元方法计算角焊缝的最大主应力和铝合金焊接接头的残余应力,并分析有限元单元尺寸对局部法评定的影响。结果表明,适用于钢接头的局部法不适用于铝合金焊接接头,将材料常数修正为α=0.5、β=50 MPa后,评定结果与试验结果相符合。有限元网格尺寸对局部参数βexp评定有一定影响,当最小单元尺寸小于0.65 mm,单元尺寸对评定结果的影响较小。

压力容器接管区应力集中弹塑性有限元分析

The three dimensional elastic-plastic finite element analyses were carried out to investigate the variations of stress concentration in the nozzle-vessel junction of pressure vessels, under various geometrical sizes t/T and r/R (the rations of nozzle - vessel thickness and radius respectively). The effects of t/T, r/R and the plastic deformation on the axial and hoop stress concentration factors (SCF)was examined systematically. The analysis results provided the bases to understand deeply the varying laws of SCF for nozzle -vessel

铝合金搅拌摩擦焊技术研究存在的问题及趋势

搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding-FSW)是目前铝、镁、铜及有色金属等轻合金连接的最先进连接技术之一,FSW与传统熔焊相比,在工艺过程、接头性能等方面具有许多优势。在讨论FSW技术特征、工艺特点及应用研究的基础上,对目前国内外有关FSW技术的研究现状、发展趋势及存在问题进行了详细综述,所涉及的问题是在工业化铝合金结构制造领域(如飞机机身结构、高速客车及汽车车体结构等)大规模推广应用FSW技术必须解决的基础性问题;其次讨论基于FSW研究开发的新思路及新工艺,尤其是搅拌摩擦点焊技术(Friction Stir SpotWelding-FSSW)的原理、特点及在汽车车体轻量化开发中的巨大应用前景。

异种钢水下摩擦柱/锥塞焊接头组织及性能

应用X65、Q235C、Q345C和316L塞棒与X65母材塞孔配合对异种钢水下摩擦柱/锥塞焊过程进行试验研究,探讨塞焊缝区微观组织、显微硬度及力学性能变化规律。试验表明：在转速7 000 r/min、塞棒消耗量14 mm、焊接压力分别为30~50 k N和20~40 k N范围内,用X65和Q345C塞棒可获得无缺陷异种钢水下摩擦柱/锥塞焊接头。异种钢塞焊缝组织均与原始组织有明显差异,塞焊缝区域主要为贝氏体或马氏体或其混合组织特征;X65和Q345C塞棒均形成有效扩散冶金连接,结合界面处具有带状细小铁素体组织特征;316L塞棒与X65塞孔很难形成无缺陷摩擦柱/锥塞焊接头。异种钢塞焊缝区硬度普遍高于其母材,这种高匹配摩擦柱/锥塞焊缝接头有利于抗拉强度的提高,但塞焊缝附近的高硬化倾向将降低异种钢塞焊接头的塑性。研究结果为开发基于等静压摩擦柱/锥塞焊接技术的海底管线修复技术提供重要试验依据。

非均质焊接接头中J积分虚拟裂纹扩展计算方法研究

将虚拟裂纹扩展（ＶＣＥ）算法推广应用于非均质焊接接头，建立了三维弹塑性状态下Ｊ积分参量的ＶＣＥ算法有限元程序。基于平面数值分析，详细考察了该算法在非均质焊接接头中的适用性。此外，讨论了焊接接头中三维状态下Ｊ参量沿裂纹前缘的分布规律。

压力管道焊缝含环向表面裂纹J积分估算方法

基于SC .ENG(表面裂纹工程估算 )方法的基本原理 ,建立了弯矩作用下压力管道焊接接头含有内表面、等深度及有限长度环向表面裂纹的J积分近似估算公式 ,在计算公式中考虑了焊缝非匹配因素的影响。与SC .ENG1和SC .ENG2方法相对应 ,在此分别称所推导的J积分估算方法为SC .ENG3和SC .ENG4方法。该方法建立在塑性形变理论、Ramberg -osgood本构关系和等效原则基础上 ,通过使裂纹存在时的结构柔度与壁厚局部减薄时模拟结构的柔度相等的方式建立J积分的估算公式。

海洋平台焊接接头大型CTOD低温试验

依据英国BS7448断裂韧性试验标准,对焊接接头超大尺寸低温裂纹尖端张开位移(CTOD)试验测试技术进行了探讨,对采用手工焊(SAMW)与埋弧焊(SMW)工艺施焊的、板厚为63.5mm的海洋石油平台焊接接头试样进行了CTOD试验,分别测试了-18℃下两种工艺焊缝金属和热影响区的CTOD断裂韧性,对试验结果及试验中的有关技术问题进行了分析讨论。试验结果为评价这种板厚焊接接头的焊后热处理规范提供了依据。

压力管道含环向表面裂纹的J积分估算方法

本文详细讨论了含环向表面裂纹管道的SC.ENG1和SC.ENG2 J积分估算方法,建立了含环向表面裂纹管道的有限元模型,对上述方法的有效性进行了考察。采用三维弹塑性有限元方法分析和讨论了表面裂纹前缘的J积分的分布规律;及具有不同长度屈服平台的管道材料对J积分的影响,对该估算方法对于具有屈服平台的国内管道用钢的适用性和有效性进行了讨论。

铝合金搅拌摩擦焊接头的疲劳性能

通过疲劳试验对LY12CZ（2A12-T4）、LD10CS（2A14-T6）、5A06-H112、7075-T6和LC4CS搅拌摩擦焊接头的疲劳性能进行了研究,采用光学显微镜和扫描电镜观察焊缝根部组织和疲劳断口形貌,讨论了根部焊接缺陷对疲劳性能的影响。结果表明：5A06-H112搅拌摩擦焊接头疲劳强度（50%存活率）是MIG焊接接头的1.64倍、LY12CZ、7075-T6及LC4CS搅拌摩擦焊接头疲劳强度（50%存活率）与母材比较分别为75%、89.5%和95%。当焊缝根部存在约为0.31~0.46 mm的＂弱连接＂缺陷时,对搅拌摩擦焊接头疲劳性能产生明显影响。搅拌摩擦焊接过程中搅拌工具的搅拌头顶端与支撑底板间隙控制不合适是产生＂弱连接＂缺陷的关键因素。

高强铝合金固相摩擦挤压增材制造工艺及力学性能

采用自主研制的固相摩擦挤压增材制造设备,针对6061-T651铝合金进行摩擦挤压增材制造(Friction Extrusion Additive Manufacturing,FEAM)工艺试验,探讨固相摩擦挤压增材工艺可行性、工艺参数与沉积层成形及缺陷相互影响,分析讨论6061铝合金单道多层FEAM试样增材沉积成形、界面连接机制及力学性能变化规律,为在铝合金结构制造领域实现FEAM技术的工业化应用提供了重要试验依据。