基于DIC技术的6005A-T6铝合金焊接接头非均匀循环变形实验研究

采用三维数字图像相关(DIC)技术揭示了6005A铝合金激光-MIG混合焊对接头的焊缝、热影响区和母材的循环变形行为特征。实验结果表明:6005A铝合金焊缝、热影响区和母材的单轴拉伸应力-应变曲线差别较大,母材的屈服强度和抗拉强度明显高于焊缝和热影响区,即热影响区是焊接接头最薄弱的区域。焊接接头焊缝、热影响区在非对称应力循环加载下表现出循环安定状态,而纯母材产生了明显的棘轮变形,因为焊接接头母材一直处于弹性变形状态,焊接接头的棘轮变形主要由焊缝和热影响区主导。     

焊接接头低周疲劳性能薄弱区转移

研究汽轮机焊接转子接头低周疲劳性能薄弱区对转子的安全运行具有重要意义。该文测试了汽轮机低压焊接转子用25Cr2Ni2MoV耐热钢焊接接头低周疲劳性能,统计分析焊接接头低周疲劳性能薄弱区与应变幅之间的关系,采用显微硬度测试和有限元模拟分析薄弱区转移原因。结果表明:低周疲劳试验中宏观裂纹出现于焊缝和热影响区的回火区,当外加应变载荷由大变小时,焊接接头低周疲劳性能薄弱区由焊缝中心区域转移至热影响区的回火区。在大应变外加载荷条件下,热影响区的回火区塑性变形受较大约束,焊接接头整体的塑性应变向焊缝区转移;在小应变外加载荷条件下,焊缝区域始终处于弹性状态,热影响区的回火区大硬度梯度的软硬夹层结构加剧了应变集中程度。     

力学失配2A12铝合金搅拌摩擦焊接头拉伸性能分析

对2A12-T4与2A12-O铝合金搅拌摩擦焊接头试样进行拉伸试验,研究不同强度匹配条件下搅拌摩擦焊焊接接头的拉伸性能。针对接头组织非均质导致的变形不均匀问题,采用数字图像相关技术(DIC)与等应力假设相结合进行分析,定量得到了接头各区域的应力应变响应。结果表明焊接接头的应变分布存在显著差异,且断裂位置与组织非均匀性有关,2A12-T4应变集中发生在热机影响区与热影响区并断裂于热机影响区附近,2A12-O母材区出现应变集中并最终断裂。使用ABAQUS模拟接头试样拉伸过程中的变形行为,对比发现数值模拟结果与试验结果吻合度良好。     

基于固有应变的船体板列焊接变形数值预测

采用固有应变有限元法,对船体板列焊接变形进行预测.确定了固有应变加载区域,进行了热弹塑性有限元分析,获得焊接温度场和应变场,提取热弹塑性有限元分析得到的残余应变数据,作为相应加载区域的固有应变值.加载固有应变值,进行结构弹性分析获得板列焊接变形,数值模拟结果可为板列焊接变形预测提供依据.分析了不同的焊接顺序对固有应变加载和结构变形的影响.     

U75V焊接接头三维轮轨滚动接触有限元分析

由于焊接区材质的非均匀性,钢轨焊接接头一直是钢轨伤损的频发区域,通过分离式霍普金森压杆实验获得了U75V钢轨在不同应变率下的应力—应变曲线,确定了Johnson-Cook冲击动态本构模型材料参数,建立了含焊接接头的轮轨滚动接触有限元模型;对钢轨焊缝区、热影响区和母材区的接触压力、等效应力和等效塑性应变进行了有限元分析.结果显示:在轮轨滚动接触过程中,焊接接头热影响区最大接触压力相对于相邻区域较小,与其他区域交界处产生明显的应力集中,其等效塑性应变最大处位于钢轨次表层,焊接接头的等效塑性应变大于母材,轴重的变化对焊接接头最大接触压力和等效塑性应变的影响较小;随着行车速度增大,热影响区域最大接触压力和焊接接头等效塑性应变均逐渐增大.     

X80管线钢焊接接头重构及其在NACE溶液中的腐蚀行为

借助模块化的阵列电极制备技术对X80管线钢焊接接头进行模拟重构,并采用经典电化学测试技术与微电极阵列测试技术研究X80钢模拟焊接接头在CO_2饱和的NACE溶液中的腐蚀行为。结果表明,孤立的母材区开路电位最正,热影响区次之,焊缝金属的开路电位最负;腐蚀电流密度表现为焊缝母材热影响区;在NACE溶液的浸泡过程中,焊缝区始终作为腐蚀电偶对的的主阳极,腐蚀加速;热影响区始终作为主阴极,腐蚀减缓,母材微电极随着与焊缝区距离不同,其电流极性不一、交替出现。在本文实验条件下,焊缝区是X80钢模拟焊接接头的薄弱环节。     

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。     

基于GBDT算法的Fe-36Ni/304L搭接接头特征尺寸及性能预测

Fe-36Ni合金和304L奥氏体不锈钢是制备新一代液化天然气(LNG)船液舱围护系统的主要材料,由这两种材料焊接而成的复合结构是组成液舱围护系统的重要部分,因此研究Fe-36Ni/304L异种合金的焊接工艺及接头特征尺寸和力学性能预测具有重要意义.开展了Fe-36Ni/304L异种合金搭接脉冲钨极惰性气体保护焊(GTAW)立焊工艺研究,探索了脉冲焊接参数对接头宏观成形与拉伸性能的影响规律.根据Fe-36Ni和304L异种合金薄板搭接的脉冲GTAW试验结果,研究了焊接参数(峰值电流、基值电流、占空比、脉冲频率和焊接速度)与接头特征尺寸L(下板焊缝宽度)、P(下板焊缝熔深)、R(焊缝根部到焊缝表面的最短距离,即最小熔合半径)及拉伸最大承载力的关系.建立了基于梯度提升决策树(GBDT)算法的接头特征尺寸及性能预测模型,并研究了各焊接参数对特征尺寸和力学性能的影响程度.结果表明:Fe-36Ni/304L异种合金搭接脉冲GTAW立焊接头特征尺寸L和P主要与峰值电流、占空比和焊接速度相关,随着峰值电流和占空比的增加,L和P也随之增加;随着焊接速度降低,L和P随之增加.特征尺寸R主要与占空比和脉冲...     

7715D高温钛合金的电子束焊接

采用电子束焊接方法研究了7715D高温钛合金的焊接性能。焊接结果表明：焊接接头成形良好,焊接接头抗拉强度达到983MPa,断口部位位于热影响区;焊缝和靠近焊缝的热影响区的显微组织均为典型的网篮状,母材显微组织为块状初生α相和β转变组织构成的双态组织。     

Al-12.7Si-0.7Mg合金交流TIG焊接头组织与性能

采用进口ER4043和ER4047作为填充焊丝对Al-12.7Si-0.7Mg合金热挤压板材实施交流TIG直缝对焊.利用金相观察、显微硬度测定及拉伸性能测试等方法研究了焊接接头的显微组织与力学性能.结果表明:在所选的焊接工艺参数条件下,交流TIG焊可以获得焊缝质量良好的焊接接头;焊缝区(WZ)是明显的熔融金属激冷形成的铸态组织,热影响区(HAZ)Si颗粒有聚集长大的趋势;接头显微硬度分布显示硬度在焊缝区达到最高,在熔合区急剧下降,在热影响区达到最低.两种焊丝焊接接头抗拉强度都达到基材的90%以上.     

不锈钢热轧板材焊接接头的HAZ组织及性能

通过对304及430不锈钢热轧板材焊接接头热影响区(HAZ)的金相观察、无损检测、显微硬度测定、力学性能和晶间腐蚀性能试验,研究经手工钨极氩弧焊(TIG)的304及430热轧板材的HAZ组织及性能,并进行对比分析.结果表明,采用TIG焊接方法和较小的焊接规范,304焊接接头的热影响区奥氏体晶粒较细(7.5～8.0级),显微硬度为376 HV,焊缝与母材熔合良好;430焊接接头的热影响区铁素体晶粒明显长大(约为4.5级),粗晶粒区宽度约为0.7 mm,碳化物析出不多;热影响区的晶界部位受焊接热循环影响发生了α→γ→M相变,生成的M质量分数约占14%;304和430焊接接头的力学性能良好,拉伸断裂部位是焊缝和热影响区;EPR法测定表明,304及430母材和热影响区均没有产生晶间腐蚀.     

316L奥氏体不锈钢焊接热影响区性能

为了研究 316 L 焊接热影响区性能 ,采用特定的热、应力、应变模拟控制曲线 ,对其在 2 0℃、6 0 0℃、10 0 0℃及 110 0℃几种温度下进行热模拟拉伸试验 ,获得了此种材料在多种应变速率下的应力 -应变曲线 .结果表明 ,在一定的应变速率下 ,316 L 的弹性模量 E及屈服极限 σ0 .2 都随温度升高明显降低 ;在室温及高温下 ,316 L 存在着 σ0 .2 随应变速率提高而提高的应变率效应 ,且应变率敏感性随温度升高而增加 .同时 ,还观察到 316 L在高温 (10 0 0℃和110 0℃ )塑性状态下由粘塑性引起的应力松弛现象及室温下的加工硬化现象 .     

考虑焊接变形的装配偏差分析在动力集中型动车组中的应用

焊接是列车车体装配过程中应用最为广泛的连接方式,焊接变形会对动车组装配尺寸精度产生较大的影响.针对动车组侧墙窗口模块焊接装配尺寸控制问题,利用热弹塑性有限元法提取3种典型焊接接头的固有应变,并基于固有应变法得到窗口模块的焊后变形量;结合三维尺寸装配偏差分析,最终给出计及焊接收缩量变化的侧墙窗口模块的偏差结果.将模拟结果与实测数据进行对比分析,结果表明:考虑焊接变形因素的装配偏差模拟结果与实际测量值较为吻合,故该方法可对动车组侧墙窗口模块的焊接装配偏差进行有效且准确的预测.     

X70管线钢焊接接头组织及其海水腐蚀规律

对X70管线钢现场实际焊接工艺下的焊接接头,采用显微镜、电化学方法及失重法等方法和手段对母材、焊缝、热影响区进行了显微组织分析和在海水中的极化曲线、腐蚀速率的测试,研究焊接接头在模拟海水环境中的腐蚀性能。研究表明,X70管线钢焊接接头各区域组织不均匀,实验室模拟海水环境下的电化学行为、腐蚀速率存在明显差异;在海水腐蚀过程中腐蚀电位和腐蚀速率会发生变化,热影响区（HAZ）与母材及焊缝形成电偶腐蚀,接头腐蚀以点蚀为主。     

非等强焊接接头的屈服载荷

焊接接头热影响区软化是TMCP钢不可避免的问题.为分析这种接头的承载能力,利用滑移线场的变形机制,考虑焊缝和热影响区的强度相对于母材的变化,以及它们的宽度相对于板厚的变化,给出了包含有焊缝、热影响区和母材的拉伸试样屈服载荷的计算方法.计算结果表明,热影响区的硬化或软化及其宽度对接头屈服载荷有直接的影响.热影响区软化的焊接接头承载能力可以通过提高焊缝强度来补偿.该分析方法适于TMCP钢焊接接头焊缝强度的初步设计.     

12Ni3CrMoV钢焊接热影响区的断裂特征

本文采用裂纹张开位移(COD)试验方法,对60公斤级高强钢(12Ni3CrMoV)的热模拟试样,单道焊和多道焊实焊试样,热影响区的断裂韧性和裂纹扩展阻力进行了详细的研究.研究表明,在12Ni3CrMoV钢的焊接热影响区中存在着粗晶区脆化和不完全相变区脆化.粗大的马氏体和焊接过程产生的粒状贝氏体是脆化的内在原因.热模拟试样能够反映热影响区中各种组织的相对韧性次序.在模拟粗晶区中,晶粒度的大小是影响裂纹扩展阻力的主要因素.热模拟粗晶区的断裂韧性最差,而多道焊粗晶区具有较好的韧性,这是因为多道焊的粗晶区中马氏体经过多次热循环回火所致.焊接热模拟试样能够反映热影响区中对应组织的韧性,但利用热模拟试样难以评定实际焊接接头中热影响区的裂纹扩展阻力.     

钨极气体保护焊金属原型技术工艺

介绍了基于钨极气体保护焊(GTAW)的金属原型技术成型工艺及其实验系统组成,对GTAW成型过程进行分析,得到了与金属零件成型相关的焊接工艺参数,通过实验与数学建模得到了关键参数(焊接电流、焊接速度、送丝速度)与焊缝几何尺寸的关系,根据快速成型的特点及要求,优化了焊接工艺参数并进行了三维金属零件的堆积实验.结果表明:用该工艺参数制造的金属零件成型较好,表面均匀,能够满足金属原型制造的要求.     

高压环境下湿度对低碳钢熔化极气体保护焊焊接质量的影响

利用高压试验舱模拟高压环境,在环境压力为0.5 MPa的条件下进行了V型坡口对接低碳钢熔化极气体保护电弧焊焊接试验,利用湿度监测系统监测焊接过程中周围环境的湿度变化情况,并进行了焊缝的力学性能测试及其微观组织形貌分析.结果表明:随着环境相对湿度增加,焊接接头的冲击韧性下降;焊缝热影响区(HAZ)的金属微观组织变得粗大,而且出现了少量贝氏体组织,但仍能够满足美国焊接学会提出的水下焊接规程(AWS D3.6M-2010)的要求.     

3 mmLY12与10 mmLF2搅拌摩擦焊温度场模拟分析比较

根据搅拌摩擦焊的具体焊接过程,利用ANSYS有限元分析软件,模拟3mmLY12薄板和10mmLF2厚板焊缝区的准稳态温度场.对比分析不同板厚、不同材质的铝合金焊缝区温度分布的不同状况,从而得到焊材本身的物性参数以及焊接参数对温度分布的影响情况,最终确定影响搅拌摩擦焊温度场的主要因素.模拟结果显示,3mmLY12温度场呈碗状,10mmLF2温度场呈花瓶状.通过模拟温度场结果与焊缝区组织的比较,验证了不同的温度场与不同焊缝组织的对应关系.     

一种用红外热成像仪测定焊接热循环的新方法

由于焊接热循环曲线包含了焊接过程中许多有用信息,如何准确而方便地测定焊接热循环曲线变得尤为重要.为此,采用一种测定焊接热循环的新方法,使用红外热成像仪记录焊接过程,借助其配套的后处理软件,可以方便地测出焊缝和热影响区任意位置处的焊接热循环曲线.测得的热循环曲线与后续 ANSYS 模拟焊接过程所得热循环曲线吻合很好.相对于其他方法,通过红外热成像仪测定焊接热循环的方法更为方便,测温精度更高,实时性更强.