钢轨闪光焊接头近表面裂纹缺陷研究

钢轨闪光焊接推凸裂纹多发生在过热区,与钢轨轧制过程中的夹杂物密切相关。针对钢轨焊接生产中发现的轨头下颚焊缝处超标缺陷进行了断口、微观组织和化学成分分析,发现多处MnS夹杂物富集且主要分布于缺陷及周边焊缝中;在断口孔洞中发现树枝状突起形貌且无表面氧化现象。结合钢轨闪光焊接工艺过程推断,此处存在因推凸牵拉、钢轨夹杂物及合金元素富集共同作用产生的热裂纹,造成超声无损检测反射波超出标准。建议通过调整焊接热输入、顶锻量或者增大下颚处推凸余量等措施,调节推凸时温度场和接头承受的牵拉力及塑性变形量,减少或消除此类缺陷。

1000MW机组锅炉水冷壁焊接接头失效分析

通过观察并分析裂纹宏观和微观形态、金相、硬度、扫描电镜、能谱及接头结构,研究了1000 MW超超临界机组锅炉水冷壁安装焊缝裂纹失效原因。结果表明:焊缝根部间隙、焊缝根部凸出及其硬度超标;焊缝组织粗大及低熔点碳化物相偏析,弱化晶界;焊缝存在微裂纹,根据焊缝内部微裂纹氧化物相分析可确定为焊接热裂纹。在运行高温高压应力作用下,裂纹扩展最终导致开裂失效,焊接热裂纹是造成接头失效的主要原因。

不等厚钢板对接焊缝裂纹超声SH波监测试验研究

不等厚钢板广泛应用于起重装备、压力容器等设备上,在载荷作用下钢板的对接焊缝处极易产生裂纹,严重时导致结构件断裂。本文开展基于磁致伸缩超声SH波技术的不等厚板对接焊缝裂纹监测试验研究,分析裂纹演化对反射回波信号的影响,试验结果表明,焊缝裂纹回波信号的峰峰值、能量等特征参数能有效表征裂纹的演化趋势。该方法可实现对不等厚钢板对接焊缝裂纹的快速有效监测,为焊缝裂纹监测的工程应用奠定技术基础。

碳纤维加固钢桥面板U肋对接焊缝疲劳试验

为探究钢桥面板U肋对接焊缝的疲劳开裂机理与修复加固方法,设计了2个带嵌补段的足尺单U肋试件模型,通过模型试验研究了该细节的疲劳破坏模式和实际疲劳抗力。随后,基于线弹性断裂力学方法建立碳纤维增强复合材料(CFRP)加固对接焊缝裂纹模型,通过数值模拟分别研究了CFRP布层数、CFRP布尺寸对疲劳性能的影响。最后,针对U肋对接焊缝介绍粘贴CFRP布无损修复方法和施工工艺流程,并对CFRP布粘贴修复后的裂纹试件进行疲劳测试。结果表明:U肋对接焊缝的疲劳易损点均出现在U肋圆弧过渡处,平均疲劳强度仅为59.7 MPa。经3层CFRP布修复后,不同损伤程度的焊缝疲劳强度约为未加固试件的0.8~2.6倍。粘贴CFRP布能够有效改善钢桥面板U肋对接焊缝的疲劳性能,且满足实桥无损修复的需求。

420 MPa级轮辋用钢焊接变形失效原因浅析

某车轮厂冬季采购一批420CL钢加工汽车轮辋过程中保留钢卷“轧制圆边”的轮辋边缘发生焊接变形开裂。使用金相显微镜和显微硬度计检测轮辋开裂边缘和对应未开裂边缘的金相组织和显微硬度,分析开裂原因。保留钢卷“轧制圆边”的轮辋边缘的焊缝、热影响粗晶区、热影响细晶区以及母材显微硬度分别为217、215、223、150,没有钢卷“轧制圆边”的轮辋边缘的焊缝、热影响粗晶区、热影响细晶区以及母材的硬度分别为222、230、235和220,发生开裂的轮辋边部焊接热影响区与母材显微硬度相差约70,这是导致轮辋开裂的主要原因。闪光对焊后,沿轮辋边缘焊接热影响细晶区与未受焊接热影响的材料硬度相差太大,破坏了轮辋边缘变形协调能力,在结合处产生应力集中引发开裂。

固定闪光焊接头轨底过热区微裂纹产生原因及控制措施

针对固定闪光焊接头轨底过热区微裂纹问题,通过逐层磨削、超声波探伤、金相检验的试验方法对3种不同状态的固定闪光焊接头进行检验与分析,明确固定闪光焊接头轨底微裂纹的产生原因并提出控制措施。结果表明:接头轨底下表面存在的微裂纹缺陷是引起固定闪光焊接头轨底轻伤的原因;微裂纹是在推凸过程中产生的推凸裂纹,探伤得到的伤损严重程度与微裂纹的总体积及分布密度相关;增大推凸余高、提高焊接热输入、增大顶锻力、提高母材的纯净度和均质化程度均可以有效降低轨底微裂纹的严重程度,但要结合操作的复杂程度和成本进行综合考虑。

一起滑行车类游乐设施轨道对接焊缝开裂的案例分析

本文分析了1台新安装的滑行车类大型游乐设施轨道对接焊缝出现大量裂纹的原因。以现场出现的问题为前提,结合焊接工艺及相关标准规范的要求,从制造、现场安装、焊接工艺、质量控制等方面进行分析,指出生产单位存在的问题和不足,并提出了建议和改进措施,为有效落实特种设备安全主体责任,保证特种设备的安装质量,预防出现类似的安装质量问题提供了经验和参考价值。

焊接缝疲劳开裂对斜拉桥钢桥面板的影响及加固方式

钢桥面板焊接过程中若出现疲劳裂缝,会影响桥梁桥面的安全性、缩短桥面寿命。文章分析了焊接缝疲劳开裂对斜拉桥钢桥面板的影响,并设计了针对性的加固方式。该方法采用Ansys软件,建立了纵肋对焊接处的疲劳裂纹有限元模型,同时,利用相互作用积分与有限元相结合的方式,得到裂纹前缘应力强度因子。基于此,分别设计了焊趾焊跟贯穿焊缝疲劳加固措施和装配式加固措施。分析结果表明:在不同的疲劳裂纹扩展情况下,采用本文设计的焊趾焊跟贯穿焊缝疲劳加固方法和装配式加固方法后,能够使疲劳裂纹前缘尖端的有效应力强度因子幅值降低,使疲劳裂纹的扩展得到有效控制。

闪光对焊焊接380CL钢轮辋焊缝开裂原因分析

利用光学显微镜、扫描电子显微镜等分析了闪光对焊焊接380CL钢轮辋焊缝开裂的原因。结果表明:该轮辋焊缝的开裂为脆性开裂,焊缝区晶粒异常长大及焊后冷速较快而产生的粗大魏氏组织是其失效的根本原因;通过优化闪光对焊工艺,降低焊接时焊缝中心高温停留时间以有效控制焊缝奥氏体晶粒尺寸,可以保证焊缝良好的强韧性、避免焊缝开裂。

潜艇锥柱结合壳焊趾表面裂纹疲劳寿命计算

随着潜艇用钢屈服强度的不断提高 ,潜艇耐压壳体的直径及锥壳的半锥角的不断加大 ,潜艇耐压壳体锥柱结合壳连接焊缝焊趾处的疲劳寿命已越来越受到设计人员的重视 ,但目前还没有可靠的设计方法可以遵循。针对潜艇锥柱结合壳连接焊缝处的受力特点为压弯组合应力 ,在分析了平行于裂纹面的应力、曲率的约束以及液楔的作用对潜艇焊趾表面裂纹疲劳寿命的影响进行分析后认为 ,潜艇锥柱结合壳焊趾表面裂纹疲劳寿命计算可以采用对压应力进行修正的应力强度因子计算模型。本文给出了对压应力进行修正的应力强度因子计算式 ,在此基础上提出了一套能考虑焊趾处应力集中以及焊接残余应力等影响的受压弯应力焊接结构焊趾裂纹疲劳寿命计算方法。对初始表面裂纹形状和大小对疲劳寿命的影响进行了系列计算。计算结果表明 ,本方法预报出的疲劳寿命与实验结果在量级上是吻合的 。

钢轨闪光焊接头过热区缺陷的形成机理及预防方法

对钢轨闪光焊接头轨底过热区出现的微裂纹缺陷的形成和扩展机理进行了分析,并结合相关疲劳试验及断口扫描,证明裂纹缺陷与钢轨母材带状组织中的Mn S夹杂物有关。Mn S夹杂物沿着带状组织纵向层状分布,弱化带状组织垂直方向的强度。焊接加热使得其强度进一步下降。焊接末期的顶锻和推凸使得带状组织沿垂直方向承受较强的剪切应力,当剪切应力值超过带状组织垂直方向的强度时就会出现微小裂纹。存在这类裂纹的落锤断口特征是在裂纹源区宏观断口可观察到微小裂纹及空洞。控制该缺陷产生的方法是减小母材成分偏析和提高推凸时的接头温度。

T型接头焊趾表面裂纹应力强度因子的简化计算方法

T型接头是船舶与海洋结构物的典型结构形式之一,其焊趾处常常是疲劳热点区域。T型接头焊趾表面裂纹的应力强度因子是船舶与海洋结构的、基于断裂力学安全评定和疲劳寿命预测的基础。本文对T型接头表面裂纹应力强度因子的计算方法,尤其是Bow ness等人提出的T型接头焊趾表面裂纹应力强度因子的计算公式进行了分析,在此基础上导出了形式简单,物理意义明确的T型接头焊趾表面裂纹应力强度因子的简化计算公式,并和相关的应力强度因子的计算结果进行了比较,证明了本文简化方法的可行性。

Q345qD桥梁钢对接焊缝疲劳裂纹扩展性能试验研究

为采用断裂力学方法对既有钢桥焊接细节进行疲劳评估，对6．1，10．0和23．5mm的Q345qD桥梁钢对接焊缝进行疲劳裂纹扩展速率试验和疲劳裂纹扩展门槛值测定试验，基于两种数据处理方法得到了不同厚度、不同应力比下的疲劳裂纹扩展速率参数。试验结果表明：在通常的应力强度因子幅值范围（10～70MPa·m^0.5）内，基于单试件数据点的处理结果对应的裂纹扩展速率明显高于基于成组数据点的处理结果；Q345qD对接焊缝的疲劳裂纹扩展速率随应力比增加而增加；本批次的Q345qD对接焊缝的疲劳裂纹扩展性能优于BS7910中给出的通用钢材疲劳裂纹扩展性能；Q345qD对接焊缝疲劳扩展门槛值随应力比增加而降低，并给出了门槛值随应力比变化的公式。

直流电阻对焊接口张开及纵向裂纹的形成机制

采用有限元方法对板料直流电阻对焊过程中的接口张开、接头表面纵向裂纹问题进行了研究 .分析表明 ,焊接过程中金属的塑性流动导致界面质点力学状态发生动态变化 ,包括应力大小和拉压应力状态的变化 .变形过程中 ,界面质点在x轴方向所受的拉应力是接头内部产生层状撕裂的力学原因 ,在 y轴方向和z轴方向所受拉应力是产生接口张开和形成飞边纵向裂纹的力学原因 .

基于FSTFM技术的焊缝表面裂纹的成像检测

Full-Skip TFM(FSTFM)是在全聚焦成像技术(TFM)的基础上发展起来的一种超声相控阵后处理成像技术.文中分别采用TFM,FSTFM这两种算法分别对典型的对接焊缝模拟试件中的上表面微小裂纹(垂直表面扩展,深度约1 mm)进行了成像检测.结果表明,在TFM的成像中,无法观察到裂纹的存在;而在FSTFM的成像中,裂纹的根部和尖端成像清晰可见.同时根据FSTFM的成像结果,测量出裂纹的扩展深度,且具有较小的误差.另外,文中通过试验验证了FSTFM对于有余高的对接焊缝的上表面微小裂纹的成像检测同样适用.

某电厂水冷壁管泄漏原因分析

某电厂超临界锅炉水冷壁管在运行过程中发生泄漏。通过宏观观察、化学成分分析、金相检验、力学性能试验、扫描电镜及能谱分析等方法对管子的泄漏原因进行了分析。结果表明:水冷壁管对接焊缝中存在结晶裂纹,该结晶裂纹在管内压应力和焊接残余应力的作用下不断扩展,形成穿透管壁的横向裂纹,最终导致水冷壁管泄漏。

钢结构厚板对接焊缝的低温断裂韧性试验

随着钢板厚度的增加,焊接难度加大,且存在焊接裂纹缺陷的可能性也增大.为防止钢结构厚板焊接接头的脆性断裂,采用三点弯曲试样,以裂纹尖端张开位移(CTOD)为指标,对厚度为150mm的Q345B钢板对接焊缝低温下的断裂韧性进行试验研究.分析了焊缝金属和热影响区断裂韧性CTOD值δm随温度的变化关系,并用Boltzmann函数对断裂韧性-温度曲线进行拟合,结合试样断口的扫描电镜图分析了断裂的微观机理.试验结果表明:焊缝金属和热影响区的CTOD值δm随温度的降低而降低,从20℃～-60℃,降幅分别达78%和91%;热影响区CTOD值δm比焊缝金属和母材均要小.试验积累了厚板对接焊缝的断裂韧性数据,为低温地区钢结构厚板对接焊缝脆性断裂的预防提供了技术基础.

电站锅炉高温压力管道对接焊缝裂纹分析及处理

利用磁粉探伤,结合超声波探头与焊接接头中心线斜平行方向扫查,对某亚临界电站锅炉高温压力管道进行检验,发现其末级过热器入口集箱连接管道对接焊缝发生横向开裂。通过对该焊缝进行硬度测试、复膜金相检验和光谱分析,发现焊缝金属中含杂质Ti是其失效的主要原因。提出了缺陷的补焊处理工艺,并对工艺结果进行了无损探伤和理化检验验证。

350 MW超临界直流锅炉水冷壁焊接接头开裂行为分析

利用宏观检查、断口分析、硬度测试及微观组织分析等研究了350 MW超临界直流锅炉水冷壁15CrMoG对接接头运行40000 h后的开裂行为特征。结果表明,水冷壁对接接头的焊接工艺参数选择不当、拘束度大,致使焊缝内形成众多的一次结晶裂纹。在锅炉长时间运行过程中的一次、二次应力及接头拘束应力作用下,结晶裂纹扩展至贯通焊缝而引发频繁的开裂泄漏。

焊趾处椭圆表面裂纹的权函数与残余应力强度因子的权函数法

利用三维有限元计算了焊趾处半椭圆表面裂纹的应力强度因子。利用统一的权函数形式,结合得到裂纹半长比a/c=0.2;0.4;0.6;0.8,a/t=0.1~0.8的有限元数据,得到了适用于T型接头焊趾处半椭圆表面裂纹最深点和表面点的权函数。权函数的准确性,用有限元在裂纹面施加高阶载荷进行了验证,对于表面点和最深点,半长比a/c=0.2~0.8,a/t=0.1~0.8,权函数与有限元结果误差在8%以下。基于得到的权函数,计算了T型接头焊趾处半椭圆表面裂纹的残余应力强度因子Kres,并与有限元计算结果进行对比,对比误差在10%以下,表明新的权函数能很好地预测T型接头焊趾处的残余应力强度因子。