厚钢板焊接接头CTOD断裂韧度的温度影响

大型厚壁钢结构建造中,研究温度对焊接接头断裂韧度的影响十分重要．笔者对65mm厚S355ML钢板,编制自动埋弧焊（WPS017）工艺和手工电弧焊（WPS016,WPS016A）工艺,对其焊接接头进行常温（15℃）和低温（-20℃）裂纹尖端张开位移（CTOD）评定．发现自动埋弧焊（WPS017）接头焊缝低温CTOD最小值比常温低13．9％,焊缝低温CTOD均值比常温低8．0％;热影响区CTOD断裂韧度值高于焊缝和母材,且对温度变化不敏感．手工电弧焊接头焊缝低温CTOD最小值只有常温的34．5％,焊缝低温CTOD均值只有常温的25．9％;热影响区低温CTOD断裂韧度也很低．在常温（15℃）下,自动埋弧焊焊缝CTOD值比手工电弧焊焊缝CTOD值大得多;在低温（-20℃）下,自动埋弧焊的焊缝和热影响区的CTOD值,都远远大于手工电弧焊CTOD值．     

A105钢振动焊接接头的断裂韧度分析

采用阀门用钢A105为试验材料,机械振动焊接与常规埋弧自动焊相结合的对比试验方法,通过残余应力的测试结果可见,振动焊接消除了熔合线附近的应力峰,应力幅值低、分布平缓.从断裂力学的角度分析机械振动对焊接接头韧度的影响,结果表明:焊缝的断裂韧度明显大于热影响区(HAZ);振动焊接工艺下焊缝和HAZ的CTOD(Crack tip opening displacement)值明显高于常规焊接下焊缝和HAZ的CTOD值;且振动焊接使得焊接接头的各部分之间断裂韧度的差别明显缩小,断裂韧度更趋均匀化.经断口的扫描电镜观察可知:振动焊接下焊缝的韧窝密度明显大于常规焊接下焊缝的韧窝密度,且HAZ为整个焊接接头的薄弱环节.     

热处理对CLAM钢TIG焊接接头显微组织影响

采用TIG焊接方法对中国低活化马氏体钢(CLAM 钢)进行了平板对接试验,分别对焊接接头采用不同温度的焊后热处理,试验温度分别为610,660,710,760,810℃,保温30 min.结果表明,焊后进行热处理与不做热处理两种情况下,CLAM钢焊接接头微观形貌和硬度存在很大不同;随温度增加,焊接接头焊缝中马氏体板条分布及尺寸均匀性得到提高,热处理温度710℃以上时板条均匀性最好,但晶粒尺寸与板条也会随温度升高而长大.焊后热处理使焊接接头各部分硬度随热处理温度的升高而逐渐降低,焊缝金属硬度下降值比母材和焊缝热影响区大得多,尤其在810℃时焊缝金属硬度下降值最大,降至与母材硬度相当.     

制造高压氮气罐用20MnMoD钢的焊接

高压氮气罐制造不仅要求钢材具有良好的低温性能,而且焊接接头经过热处理后其性能也要保证低温使用要求,因此焊材的选用,焊接及热处理工艺的确定至关重要。针对高压氮气罐用20MnMoD钢进行焊条电弧焊、埋弧焊的工艺试验,对焊接接头的化学成分及力学性能分析,试验结果表明,各项技术指标均满足要求,表明所选焊材及焊接工艺合理可行。     

热处理对30CrMnSiA高强钢焊接接头力学性能的影响

针对某型飞机的焊接模拟件展开了力学特性研究,模拟件为30CrMnSiA高强钢板件的一次焊接试验件,分为焊后热处理与焊后不进行热处理两种加工状态。通过拉伸试验、疲劳试验,对疲劳断口显微组织进行了分析,研究了热处理对30CrMnSiA高强钢焊接接头力学性能的影响。结果表明:焊后热处理可以改善焊接接头的力学性能,其中拉伸强度与中值疲劳强度明显提高。通过断口的显微组织观察,可以发现热处理减小了焊缝区的气孔缺陷,改善了焊接接头的疲劳性能。     

一种超细晶粒钢焊接宽板抗断裂性能的数值评估

800 MPa超细晶粒钢具有优良的综合力学性能,但焊接热作用可能导致焊接热影响区的晶粒长大及局部软化。通过数值分析方法,以800 MPa超细晶粒钢母材性能为参照,对其实际焊接接头的抗断裂性能进行了评估。采用MARC商用软件,对不同中心贯穿裂纹尺寸的母材及其实际焊接接头拉伸板模型进行了三维有限元计算和拉伸过程模拟。焊接方法为脉冲熔化极混合气体保护焊,焊接板的中心裂纹处于焊缝与热影响区之间的熔合区。用作对比的母材板的裂纹尺寸和位置、网格划分、边界条件等与焊接板完全相同。根据计算结果,分析了焊接接头力学不均匀性对应力应变场的影响,并依据全面屈服理论对裂纹张开位移(CTOD)值进行了分析。结果表明,焊接接头的CTOD值均低于同裂纹尺寸的全母材。因此,该拉伸板的抗断裂性能应优于全母材,焊接接头的局部软化并未对结构承载造成不利影响。     

海底管线用钢焊接接头的安全评定及寿命预测

焊接接头是海底油气输送管道焊接结构中的薄弱环节，作者在给定裂纹尺寸和载荷条件下，根据裂纹尖端张开位移CTOD试验结果，采用欧共体提出的结构完整性评定方法SINTAP，对API5LX65管线钢焊接接头焊趾处的表面裂纹进行评定，根据拉伸试验结果，给出了X65管线钢焊接接头焊缝和母材的一级与三级评定曲线，结果表明，不论采用一级还是三级评定，各评定点均在评定曲线定义的范围内，说明该结构是安全的，根据评定结果对结构进行疲劳寿命估算具有工程实际意义和经济价值。     

反应堆压力容器用低合金钢焊接材料性能研究

SA-508Gr.3Cl.1低合金钢用埋弧焊焊丝焊剂主要用于三代核电反应堆压力容器等容器壳体的焊接。采用国产埋弧焊焊丝及焊剂,通过试板焊接和熔敷金属力学性能试验,研究了焊接电流和热输入对熔敷金属力学性能的影响,为国产焊材的工程应用提供了基础数据和技术支持。试验结果表明,在焊接热输入量为16364～29 760 J/cm的范围内,国产埋弧焊焊丝焊剂熔敷金属在焊态和焊后热处理态的拉伸和冲击性能均满足设计要求,且有较大的裕量。     

20g埋弧自动焊接头塑性的研究

本文研究了在工业锅炉生产中材质为20g 的锅炉筒体埋弧自动焊焊接接头弯曲塑性(冷弯角)不足的问题,进行了20g 埋弧自动焊工艺试验,对焊接接头的冷弯断口进行了电镜分析.试验发现,氢致断口白点(俗称鱼眼)是导致接头冷弯角不足的主要原因,采用预热、后热、脱氢处理等工艺措施是提高接头塑性的有效途径。研究内容与结论,对解决现行工业锅炉生产中存在的实际问题具有重要意义。     

甲醇装置用09MnNiDR低温钢的焊接

低温容器的生产,不仅要求钢材有良好的低温性能,而且要求经过焊接、热处理等加工过程后,焊接接头性能也要保证低温使用要求.因此,焊接材料的选择、焊接工艺规范对性能的影响以及焊后热处理规范的确定等都是十分重要的,进行了09MnNiDR低温钢的焊条电弧焊、埋弧焊及锥段热压成型焊后经消除应力处理的焊接工艺评定及产品的施焊,各项技术指标均满足要求,证明所选用的焊接方法、焊接材料、焊接工艺以及热作工艺正确合理.     

高速列车用6005A铝合金厚板的焊接工艺

采用半自动MIG焊完成了厚度为12mm的6005A-T6铝合金板材的连接,通过正交试验研究了焊接工艺参数对焊接接头抗拉强度及焊缝表面质量的影响.结果表明,各工艺参数对焊接接头抗拉强度影响显著性从大到小依次为:焊接电流,焊接电压,焊接速度和预热温度.考虑焊缝表面质量因素,各工艺参数影响显著性从大到小依次为焊接速度、预热温度和焊接电流.本研究条件下最佳MIG焊接6005A-T6板材的工艺参数为:预热温度200℃,焊接电流180A,焊接电压18.0V,焊接速度12mm/s.焊接后试样接头热影响区内晶粒平均尺寸小于5μm,且无过分长大现象.焊接后板材拉断时为韧性断裂.     

船用DH36厚钢板的三丝埋弧焊工艺开发与研究

以厚度为25 mm的DH36型钢板为研究对象,对现有三丝埋弧焊焊接技术进行理论分析,通过试验的方法与传统单丝埋弧焊工艺作详细对比,开发出一种三丝埋弧焊厚板焊接新工艺,并对新工艺进行工艺评定。试验结果表明,使用该工艺焊接厚板能大幅度提高厚板焊接效率,且有效保证焊件焊缝质量,其熔敷金属各项力学性能均符合行业标准。该试验可为三丝埋弧焊在厚板焊接中的工艺开发提供一定的参考。     

热输入对马氏体不锈钢焊接接头变形及强度的影响

分别采用氩弧焊、微束等离子弧焊和激光焊3种方法对2 mm厚的0Cr11Ni2Mo VNb马氏体不锈钢板进行了对接焊,利用计算机有限元软件对3种焊接方法的接头变形情况进行了仿真,并对接头进行了拉伸试验,测试了接头的抗拉强度和延伸率。结果表明:焊接接头变形由大到小的顺序为:氩弧焊、微束等离子弧焊、激光焊,其中激光焊接角变形量最小为0.8°,而氩弧焊的变形量相对较大达到了6.1°。微束等离子弧焊接接头抗拉强度最高为902 MPa,氩弧焊接头最低为854 MPa,微束等离子弧焊接接头延伸率最高为10.1%,氩弧焊接头最低为8.1%。     

7050铝合金搅拌摩擦焊接头的热稳定性

5 mm厚7050铝合金搅拌摩擦焊接头在490℃固溶处理1 h,利用光学显微镜观察接头微观组织,研究接头焊核区组织的热稳定性.结果表明:焊核区的热稳定性与焊接参数有关,当以转速200 r/min,焊速20 mm/min的参数焊接后,焊核区组织稳定.而以转速600 r/min,焊速分别40、50 mm/min的参数焊接后,接头焊核区部分晶粒出现异常长大,热-机影响区与焊核区的交界面、焊核区根部是组织不稳定的源头.     

正面角焊缝接头的静力强度与尺寸设计研究

为提高现代薄板焊接结构中角焊缝的尺寸设计精度,首先分析了传统角焊缝剪切强度计算公式的不足,在对正面角焊缝受力状态进行详细分析的基础上,给出了正确反映焊缝内部应力状态的新的焊缝剪切强度计算公式。然后分别基于焊缝承载能力和等强度准则,推导了载荷已知和载荷未知条件下的正面角焊缝尺寸设计计算公式。最后结合试验数据对正面角焊缝接头与焊脚尺寸之间的关系进行了分析,结果表明合适的焊脚尺寸和焊接工艺可以使接头达到母材强度,而过大的焊脚尺寸和焊接热输入不但会引起严重的焊接变形,也会导致接头静力强度的降低。     

基于神经网络BP算法的7075-T651铝合金搅拌摩擦焊焊接接头疲劳寿命预测

在对航空用5 mm厚7075-T651铝合金搅拌摩擦焊焊接接头进行低周疲劳实验研究的过程中,通过实验数据的获取,建立基于人工神经网络BP算法的搅拌摩擦焊焊接接头疲劳寿命预测模型.利用该网络模型对不同工艺参数下焊接接头的疲劳寿命进行预测.预测值和实验值比较表明,预测数据与实验数据吻合良好.该模型的建立为铝合金搅拌摩擦焊焊接接头疲劳寿命研究节省了时间.     

一种超细晶粒钢焊接宽板抗断裂性能的数值评估

800MPa超细晶粒钢具有优良的综合力学性能，但焊接热作用可能导致焊接热影响区的晶粒长大及局部软化。通过数值分析方法，以800MPa超细晶粒钢母材性能为参照，对其实际焊接接头的抗断裂性能进行了评估。采用MARC商用软件，对不同中心贯穿裂纹尺寸的母材及其实际焊接接头拉伸板模型进行了三维有限元计算和拉伸过程模拟。焊接方法为脉冲熔化极混合气体保护焊，焊接板的中心裂纹处于焊缝与热影响区之间的熔合区。用作对比的母材板的裂纹尺寸和位置、网格划分、边界条件等与焊接板完全相同。根据计算结果，分析了焊接接头力学不均匀性对应力应变场的影响，并依据全面屈服理论对裂纹张开位移（CYOD）值进行了分析。结果表明，焊接接头的CTOD值均低于同裂纹尺寸的全母材。因此，该拉伸板的抗断裂性能应优于全母材，焊接接头的局部软化并未对结构承载造成不利影响。     

搅拌摩擦焊工艺参数对超薄铝合金板/高强钢搭接焊接头组织及性能的影响

采用复合式搅拌头对0.7 mm厚6010铝合金板和2.0 mm厚DP600钢板进行搅拌摩擦搭接焊,在不磨损搅拌头的同时获得了性能优良的焊接接头。研究了不同焊接工艺参数对铝合金/高强钢焊接接头界面结构及力学性能的影响。结果表明,在搅拌针未进入钢板的情况下,顶锻力是搅拌摩擦焊过程中的关键参数,存在一个实现铝合金/高强钢异种材料搅拌摩擦搭接焊的最小顶锻力。在恒定顶锻力5.0 kN,转速1 200 r/min的焊接条件下得到了最佳性能的焊接接头,拉伸强度达到260 MPa,且断裂发生在铝合金母材区。铝合金/高强钢界面存在一层厚2.0 μm的过渡层。     

基于T形焊接接头的埋弧焊横焊工艺开发

针对横焊位置,无间隙组对,全焊透T形接头,开发了埋弧焊(SAW)横焊工艺。埋弧焊横焊焊接严格控制坡口形式以及焊缝每层每道的焊枪角度,使焊缝背面无需进行清根就能够达到全焊透合格的焊缝。埋弧焊横焊工艺代替了焊条电弧焊(SMAW),减少了背面碳弧气刨清根和清根后打磨工序,不仅提升了焊接效率,而且使焊件变形得到控制,保证了焊接质量。     

2219-T6静轴肩辅助搅拌摩擦焊组织与性能分析

为探究安装外部静止轴肩对搅拌摩擦焊接头成形和力学性能的影响,采用自主研制的外部静止轴肩辅助搅拌摩擦焊(Non-Rotational Shoulder Assisted Friction Stir Welding,NR-SA-FSW)焊具对2219-T6铝合金4 mm厚板材进行对接焊试验,观察焊后接头表面成形情况.采用拉伸和显微硬度试验对焊缝的力学性能进行测试,并与相同焊接参数下的搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding,FSW)进行对比分析.使用金相显微镜和场发射扫描电镜对接头焊缝组织进行分析.结果表明,由于静止轴肩的平动刮擦作用,NRSA-FSW相比FSW,接头表面更加光滑,无鱼鳞纹、飞边以及接头减薄现象.NRSA-FSW接头相比于FSW接头软化区有所增加,接头显微硬度分布更加均匀.NRSA-FSW接头平均抗拉强度323 MPa,达到母材的72％,抗拉强度同FSW相近.NRSA-FSW焊核呈"U"状,焊缝组织无缺陷.接头拉伸试验在焊核区(Nuggest-Zone,NZ)处断裂,为韧性断裂.