超声冲击处理焊接节点疲劳性能改善及寿命预测方法研究进展

对超声冲击处理焊接节点疲劳寿命提高及其机理和疲劳寿命预测方法的研究现状及研究不足进行了综述。目前研究表明超声冲击处理通过改变焊趾局部几何形状从而降低该部位的应力集中、在焊趾部位引入残余压应力和消除焊趾部位焊接缺陷并细化局部晶粒可以有效地提高焊接节点的疲劳寿命,然而目前的研究对象主要针对焊接后立即进行超声冲击处理的焊接节点,针对实际工程中已经服役一定时间的焊接节点开展的相关研究较少。此外,实际工程中的焊接节点在进行超声冲击处理时一般处于持荷状态,目前对持荷状态下进行超声冲击处理的焊接节点的疲劳性能相关研究也较少。焊后态节点的疲劳寿命可采用基于名义应力、热点应力和有效缺口应力的S-N疲劳曲线进行计算。然而,名义应力和热点应力均难以直接反映超声冲击处理对焊趾的局部改变,而目前常用的有效缺口应力计算方法也只针对焊后态节点,因此对超声冲击处理焊接节点的疲劳寿命预测方法仍需开展进一步的研究。

超声冲击处理改善X80管线钢环焊缝接头疲劳性能研究

目的验证超声冲击处理(UIT)对X80钢管环缝焊接接头疲劳性能的延寿效果。方法分别开展X80管线钢GMAW自动焊环缝超声冲击前后的疲劳试验,根据国际焊接学会(IIW)的规范处理试验数据,并对结果进行对比。结果稳定地控制管道内壁焊根区域的显微未熔合等焊接缺陷,是保证X80管线钢环焊缝具有优异抗疲劳性能的关键延寿途径之一。采用最大应力固定为屈服强度+全厚度小尺寸试件的焊接接头疲劳试验方法能够替代足尺寸或全尺寸焊接结构疲劳试验,也适用于评价超声冲击处理焊接接头的疲劳性能。在严格控制错边量的前提下,X80管线钢GMAW环缝可以达到BS7608 D级设计曲线要求。结论超声冲击处理可以显著提高X80管线钢环缝接头的疲劳性能,大约延长疲劳寿命4~10倍左右。

超声冲击处理改善22SiMn2TiB钢焊接接头的疲劳性能

研究超声冲击处理(Ultrasonic impact treatment,UIT)对22SiMn2TiB钢焊接头疲劳性能的作用。疲劳试验用焊态和UIT样品,X射线衍射应力测定仪测试焊态和UIT样品残余应力分布,扫描电镜(Scanning eletron microscopy,SEM)对疲劳样品断口形貌进行分析,确定了裂纹形核机制。结果表明超声冲击处理可以提高22SiMn2TiB钢焊接头疲劳寿命。对于焊接接头,UIT改变了裂纹形核机制,从焊趾处的表面形核演变为次表面形核。UIT处理消除了焊趾处微缺陷,并引入残余压应力,限制焊趾表面起裂,导致焊接接头更长的疲劳寿命。

焊接残余应力的测试及研究

依据应力测量的基本理论,采用LabView语言编程自行设计制备了焊接残余应力测量系统。对45号钢和22SiMn2TiB钢焊缝的焊趾处进行超声冲击处理,并测量处理前、后的残余应力。结果表明,超声冲击处理能够将焊接残余拉应力转变为压应力,45号钢和22SiMn2TiB钢处理前、后的纵向残余应力均值为169、-63、296、-49MPa,下降率分别为137%和117%。

超声冲击处理冷轧钢板缝焊接头的疲劳性能

用窄搭接电阻缝焊机对汽车用SPCC(冷轧低碳普通钢板)进行焊接,采用超声冲击仪对缝焊接头进行处理;通过拉压疲劳试验、X射线应力分析仪、OM、SEM对处理和未处理的缝焊接头疲劳性能和组织进行测试和观察分析对比.结果表明,未经超声冲击处理的缝焊接头经5×104次交变载荷作用即在焊趾区萌生裂纹,裂纹与载荷方向呈45°;经超声冲击处理过的缝焊接头经1.88×106次交变载荷作用未发生断裂;超声冲击处理使缝焊接头表层晶粒细化并形成塑性变形层,降低了其表面的微裂纹缺陷造成的应力集中,使表面残余拉应力变为了压应力,有利于改善缝焊接头的疲劳性能.

焊接接头超声冲击处理的研究进展

概述了超声冲击处理对于焊接接头各方面的影响以及研究进展,提出了超声冲击法在今后的研究方向。超声冲击处理不仅可以降低焊趾部位的应力集中,调整焊接残余应力场,而且能够细化晶粒,提高焊接接头的疲劳性能以及耐磨性等,展示了焊接接头超声冲击处理的研究意义与应用前景。

超声冲击处理对A106-B焊管腐蚀疲劳的影响

在部件加工过程中产生的拉伸残余应力是影响腐蚀疲劳性能的主要原因。超声冲击处理是一种潜在改善焊接结构腐蚀疲劳性能的有效方法。本文以某冶炼厂的 A106-B 焊管为研究对象,探索超声冲击处理对焊管腐蚀疲劳行为的影响。结果表明:超声冲击处理使焊趾形状明显改变,焊趾角度降低 50%,半径增加 15.5 倍,显著降低了应力集中程度。同时,超声冲击处理使试样表面拉伸残余应力得到有效释放,最大应力由 230 MPa 降至 120MPa,并在近表面区引入压缩残余应力。此外超声冲击处理还可细化材料表面晶粒。因此,超声冲击处理后试样的抗腐蚀能力和抗疲劳性能都得以改善,使得 A106-B 焊管的腐蚀疲劳寿命增加了 99.4%。

焊趾TIG熔修跟随超声冲击处理对焊接接头残余应力及疲劳强度的影响

采用焊趾TIG熔修跟随超声冲击处理工艺对SMA490BW钢超微弧焊接头进行处理,对超声冲击前后焊趾熔修区残余应力以及接头4点弯曲疲劳性能进行研究。结果表明:超声冲击后,焊趾熔修区残余应力由拉应力转变为对疲劳强度有利的双向压应力,纵向与横向残余应力平均消除率分别达到116%和158%;超声冲击通过增大焊趾角与焊趾半径,使焊趾熔修区应力集中程度降低22%;超声冲击可使接头疲劳强度提高70%。

超声冲击强度对焊接接头疲劳寿命的影响

采用超声冲击处理方法对Q345B钢十字接头进行处理,对比分析了两种振幅下焊接接头疲劳寿命的变化.结果表明,在25μm振幅下焊接接头的疲劳寿命相较18μm振幅下焊接接头的疲劳寿命提高了4.3~7.6倍,从超声冲击处理后的宏观形貌、微观断口、冲击区域表层组织等方面比较分析了不同振幅下超声冲击疲劳延寿差异的原因,并建立有限元模型进行焊接温度场、应力场和超声冲击的数值模拟,将试验结果与有限元计算结果进行综合对比分析.结果表明,同等冲击条件下振幅越大,压应力层更深,试件表面压应力值更大.

超声冲击强化技术处理焊接结构的研究进展

疲劳断裂是焊接结构失效的主要形式。采取有效的工艺措施处理焊接接头,对提高其疲劳寿命意义重大。超声冲击技术能有效消除残余拉应力并引入残余压应力、提高表面硬度、细化晶粒等,从而提升整体结构的疲劳寿命、增强钢材的耐磨性和耐腐蚀性。概述了超声冲击技术的研究背景、现状及最新进展,并就目前存在的问题及今后发展方向进行了分析与展望。

超声波冲击处理对S355J2W+N耐候钢对接接头疲劳性能的影响

针对焊接结构中因焊趾处几何结构突变引起的应力集中,导致焊接接头疲劳强度明显降低的问题,采用最佳超声波冲击处理参数,有效地提高了S355J2W+N耐候钢对接接头疲劳性能。首先采用气体保护焊对S355J2W+N耐候钢进行焊接试验,随后对其焊缝及热影响区进行超声波冲击处理。通过疲劳试验、 X射线应力测试试验、金相试验对超声波冲击处理和未处理的S355J2W+N焊接接头疲劳性能和组织进行测试和对比分析。结果表明,超声波冲击处理后的焊接接头在循环次数为1×107条件下,疲劳强度提高87.9%;超声波冲击处理使接头熔合区表层晶粒细化并形成塑性应变层,降低了其焊趾处因几何结构突变引起的应力集中,使表层残余拉应力变为压应力,影响深度至少纵深1.5 mm,有利于改善对接接头疲劳性能。

超声冲击对含根部缺陷铝合金FSW接头疲劳性能的影响

针对含有根部“弱连接”缺陷的铝合金搅拌摩擦焊接头,采用4点弯曲疲劳试验方法,对比了超声冲击、超声喷丸及超声冲击+超声喷丸处理对疲劳性能的影响.对比分析了试样处理前后根部“弱连接”形貌、显微硬度数值和残余应力分布,探究了其提升焊接接头疲劳性能的机制.结果表明,相较于超声冲击仅对2×10^(6)周次以下疲劳强度的提高,超声喷丸、超声冲击+超声喷丸均显著提升了高周疲劳性能,对应于2×10^(6)周次,疲劳强度分别提高13%和40%.超声冲击+超声喷丸复合处理不仅在接头根部缺陷处形成了致密的加工硬化层,而且利用超声喷丸处理引入了更宽的压缩残余应力区域,消除了超声冲击后可能残留的叠形缺陷,进而显著改善了疲劳性能.

焊趾熔修和超声冲击处理对船用钢焊接接头的影响

针对船用钢焊接接头性能薄弱易发生疲劳断裂的问题,分别采用超声冲击、焊趾熔修和焊趾熔修+超声冲击复合处理等三种方法对船用高强钢焊接接头进行强化,对不同工艺强化后接头的残余应力、应力集中系数和疲劳性能进行了对比试验研究。结果表明:(1)超声冲击处理可有效降低接头残余应力,在表面形成有益的压应力,而焊趾熔修对接头残余应力无改善作用,甚至会使残余应力略增大;(2)三种处理工艺均可降低焊趾处应力集中程度,焊趾熔修处理可显著降低焊趾应力集中系数;(3)三种处理工艺均可改善接头低周疲劳性能,超声冲击处理后接头疲劳寿命提高幅度为58%,焊趾熔修处理后疲劳寿命提高幅度为249%,焊趾熔修+超声冲击复合处理后疲劳寿命提高幅度为460%。焊趾熔修+超声冲击复合处理工艺兼顾了焊趾熔修处理和超声冲击处理的优点,既可显著降低焊趾应力集中程度又可获得有益的残余压应力,可应用于船舶焊接结构关键部位的强化。