钛合金窄间隙TIG焊试板热处理前后表面残余应力研究

采用磁控窄间隙TIG焊接方法对31mm厚TC4钛合金试板进行焊接,焊接完成后采用压痕应变法测量真空退火处理前后表面焊接残余应力分布。结果表明,试板表面纵向焊接残余应力σx和横向焊接残余应力σy均较高;试板下表面焊接残余应力高于上表面焊接残余应力;峰值焊接残余应力出现在高温热影响区,数值可以达到材料屈服强度的50%~60%。经过650℃的真空退火热处理,焊接试板的纵向和横向残余应力均显著降低,残余应力降低幅度最高超过50%,剩余残余应力峰值均低于200MPa,表面残余应力重新分布。

残余应力对薄板激光搭接接头力学性能的影响

针对不锈钢薄板熔透和非熔透型激光搭接焊,以80和10 mm作为考虑和不考虑残余应力影响的试样宽度,对两种宽度试样进行一系列的拉伸和疲劳试验,获得了焊接残余应力对薄板搭接接头力学性能的影响规律,进行了有关机理分析.结果表明,搭接焊缝正、背面存有较大的纵向残余拉应力和较小的横向残余压应力;残余应力的存在会降低搭接焊接头的拉剪强度和疲劳强度.改变激光入射角和搭接间隙,残余应力对拉剪强度的降低程度随之改变:增大入射角至20°,熔透型接头降低程度达到0°时的7倍,而非熔透型为10倍;搭接间隙在一定范围内增大时,残余应力对拉剪强度的降低程度也随之加剧.

压痕应变法应力计算常数的数值模拟

压痕应变法是不依赖于材料的物性参数而最接近无损的一种应力测试方法,目前其应用的最大问题是应力计算常数的获得.文中通过对动态压入材料的特性分析,以无应力下的应变增量试验数据为依据,基于传统拉伸曲线,针对不同材料动态确定合理的压入载荷,建立了适用于大多数金属材料的标定模型.结果表明,该模型所获得的标定曲线稳定可靠,规律性和准确度均优于传统的试验标定结果,基本可以代替传统的标定试验.

SUS301L不锈钢激光搭接焊工艺参数对焊缝形貌的影响

采用光纤激光器在3 mm厚不锈钢薄板上进行非熔透型激光焊试验研究。获得了不锈钢光纤激光深熔焊功率密度阈值所在区间,通过测量表征焊缝横截面尺寸的三参数:表面缝宽、中间熔宽和熔深,分析了激光功率P和焊接速度v在不同改变模式下对焊缝横截面尺寸的影响规律。结果表明,焊接速度为5 cm/s时,功率密度阈值位于3.19~3.61 k W/mm^2区间。相同程度地增大P/v,通过增大功率或降低焊速模式,表面缝宽和熔深均会随之变大,但增加功率更为有效,而对中间熔宽的影响略有不同。当保持P/v不变时,同比例增加功率和焊度,表面缝宽基本不变,中间熔宽增大,而熔深先增加后趋于稳定。采用降低焊速方式可更有效地提高搭接接头拉剪强度。

深孔法测试Q345焊接试板热处理前后三维残余应力的可行性

针对热处理前后的Q345焊接试板,采用深孔法测试焊缝位置厚度方向的应力分布特征,采用压痕应变法测量焊缝表面残余应力。测试结果表明,焊后原始状态的焊缝应力在厚度方向上呈M形状分布,应力峰值接近焊缝金属屈服强度的90%;消除应力热处理后的焊缝应力水平较低,基本维持在50~70 MPa。通过对比分析热处理前后的焊缝内部残余应力特征,说明采用深孔法可以很好地表征热处理前后的焊缝三维残余应力。

压痕应变法应力计算函数和低合金钢力学性能的关系

压痕应变法是一种新型无损的应力检测方法,具有快捷方便、测试准确等优点,影响该方法测量精度的主要因素之一就是应力计算函数(压痕应变增量(Δε)与弹性应变(ε)之间的关系)的确定.文中在已有工作基础上,基于有限元数值模拟计算,结合试验标定结果,探讨了12种不同力学性能的低合金钢类材料应力计算函数的存在规律.结果表明,在获得材料拉伸力学性能的情况下,根据材料在零应力情况下的应变增量,可以获得该材料的应力计算函数,从而避免了应力计算函数确定时进行的复杂试验标定或模拟计算问题.

基于冷金属过渡技术快速成形工艺

为了拓宽快速成形技术,采用冷金属过渡焊接快速成形方法以及建立的机器人快速成形系统,研究了焊接电流、焊接速度和不同焊接方法对焊缝的宽高比λ的影响,进一步研究了焊接电流、提升高度和焊接方法对多层柱体焊缝成形的影响,总结得出合适的焊接工艺参数并分析测试了快速成形试样的力学性能.结果表明,焊缝宽高比λ较大的焊接工艺参数有利于获得表面平整和尺寸精度较高的快速成形试样,合适的焊接工艺参数和焊接方法能够控制尺寸精度,获得性能优异的成形试样.

不锈钢薄板激光搭接焊残余应力测量方法对比研究

为了研究不锈钢车体非熔透激光搭接焊中的残余应力,采用2 mm+2 mm厚SUS 301L不锈钢板冷轧板进行了CO_2激光搭接焊试验,选择压痕应变法、全释放应变法和X射线衍射法测量接头中的残余应力。结果表明,压痕应变法测量的纵向峰值应力为237 MPa,横向为124 MPa,测量结果为1 mm2区域近表面的平均残余应力;全释放应变法测量得到的纵向、横向应力峰值分别为155 MPa和55 MPa,测量结果为5 mm×5 mm整个解剖试样的平均残余应力;X射线衍射法测量的纵向、横向应力峰值分别为344 MPa和163 MPa,测量结果为1~2 mm区域表层中的平均残余应力,且误差范围较大。

考虑残余应力的激光搭接焊接头拉伸和疲劳试样宽度标准化

抗剪强度和疲劳强度是激光搭接焊接头性能的两个最重要指标。关于激光搭接焊接头的拉伸和疲劳试样的宽度选取,目前还没有相应的标准进行规定。以不锈钢薄板激光搭接焊接头为研究对象,通过残余应力数值与试样宽度变化关系的测定,确定了考虑和不考虑残余应力影响的拉伸和疲劳试样合理宽度,比较了有无残余应力试样抗剪强度的区别。结果表明,残余应力通过改变焊接接头受力状态和微观变形均匀性降低了薄板激光搭接焊接试样的抗剪强度。

发动机缸体铸铁件消应热处理工艺的评价

发动机缸体铸铁件生产过程中产生的铸造残余应力需要采取合适的热处理工艺消除,缸体热处理前后的残余应力变化情况可用于评价热处理工艺的有效性.文中首次采用压痕应变法与深孔法相结合,分别测量发动机缸体表面与内部残余应力分布规律,综合评价了发动机缸体铸铁件热处理前后的残余应力水平.两种不同型号缸体热处理前后残余应力测量结果表明,目前的热处理工艺并不能有效降低残余应力峰值,该热处理工艺需要进一步优化调整或考虑取消现有的热处理工艺方案.

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。

不锈钢薄板激光搭接焊接头的力学性能

通过激光搭接焊试验,研究了不同接头试样的拉伸剪切性能和疲劳性能,结合焊缝横截面及断口形貌,对试验结果进行了分析。结果表明,对于宽度为80mm的非熔透型接头,残余应力导致接头拉剪强度减小4.1%,疲劳极限值减小26.4%;0.2mm搭接间隙使得接头的拉剪强度减小8.8%,疲劳极限值减小6.25%;20°激光斜入射使得接头的拉剪强度增大3.8%,疲劳极限值增大18.7%。对于相同板厚组合,母材的冷轧状态对接头的力学性能会有一定的影响。

70 mm厚锻造及轧制镍基合金690板材热塑性和热裂纹敏感性（英文）

利用光学显微镜、扫描电镜及Gleeble 1500热模拟机,分析70 mm厚锻造及轧制镍基合金690板材的热塑性及热裂纹敏感性。结果表明:锻造和轧制板材均有优异的热塑性,同种材料试样表层的热塑性高于试样中心位置的热塑性。模拟加热过程发现,较低温度条件下轧制板材的热塑性高于锻造板材的热塑性,随着温度的升高锻造板材的热塑性高于轧制板材的热塑性。模拟冷却过程发现,锻造板材比轧制板材具有更好的热塑性。热模拟试样的断面较为光滑,部分位置出现熔融现象。横向可调拘束裂纹敏感性试验结果显示,锻造及轧制镍基合金690板材具有较高的热裂纹敏感性。随着施加应变的增大,热裂纹的数量增多且长度增加。

异种铝合金电阻点焊接头全场残余应力研究

基于仪器化压入试验和有限元理论,建立考虑接头微区力学性能的热-电-力耦合的异种铝合金电阻点焊有限元模型,并用该模型模拟5083与7N01铝合金电阻点焊接头截面上的整体残余应力场分布。用金相显微镜、硬度测试仪和全释放应变法获得点焊接头的熔核形貌、硬度分布及上下表面的残余应力,探讨点焊前后微区力学性能变化对接头残余应力大小及分布的影响。试验结果表明,5083与7N01铝合金进行电阻点焊后,熔核和热影响区材料发生软化,其硬度和流动应力与7N01母材相比明显降低。模拟结果表明,接头微区力学性能变化对残余应力分布规律的影响较小,对残余应力的峰值影响较大,熔核处于三向拉应力状态且熔核心部的残余应力最大。考虑微区力学性能的有限元模型计算得到的残余应力与试验测试结果一致,证明模型的有效性。

310S不锈钢焊接接头高温力学性能及组织演变

耐热不锈钢是高放废液固化容器的理想材料,而焊接接头的高温性能和组织演化对固化容器的尺寸稳定性和服役安全具有重要影响。基于等离子弧焊接技术制备310S奥氏体不锈钢焊接接头,研究不同温度(室温~1100℃)对焊接接头拉伸性能的影响和分别在600℃和1100℃条件下焊接接头的蠕变性能。借助光学显微镜、扫描电镜、背散射电镜、透射电镜和拉伸试验机,对金相组织、断口形貌、相组成及元素分布和拉伸性能进行分析。结果表明:敏化温度附近材料的伸长率最低,拉伸断口出现较大空洞,随着温度升高至1100℃,断口表面出现氧化。焊接接头具有优异的抗高温蠕变性能,600℃蠕变试验后在母材区形成孪晶组织,1100℃蠕变后焊缝区铁素体消失,晶粒尺寸出现长大。高温和应力作用促进晶界处析出M23C6相,削弱晶界强度,裂纹在晶界处形核、长大和扩展,最终造成焊接接头出现沿晶断裂。研究成果为高放废液固化容器的服役安全提供参考,同时丰富了高放废液后处理的基础数据。