喷丸对小型船舶钢板焊接接头的腐蚀和疲劳影响

为了研究喷丸处理对小型船舶用薄板电弧焊缝的腐蚀和疲劳性能的影响,选用强度等级分别为440 MPa和1500 MPa的船舶热轧钢板进行试验研究,经焊接试验之后,分别加工焊后状态的试样和焊后喷丸处理状态的试样,并进行腐蚀和疲劳试验.结果 表明:焊后不经喷丸处理的试样焊缝处的最大腐蚀深度约为1.1 mm,而经喷丸处理的试样焊缝处的最大腐蚀深度约为0.2 mm;经喷丸处理后440 MPa等级钢焊接接头的疲劳极限约为450MPa,相比未经喷丸处理的疲劳强度360 MPa提高约25％;经喷丸处理后1500 MPa等级钢焊接接头的疲劳极限约为500MPa,相比未经喷丸处理的焊接接头提高约40％.喷丸处理可有效消除焊缝夹渣,进而显著提升焊缝的抗腐蚀性能;喷丸处理能显著提升船舶钢板电弧焊缝的疲劳强度.采用喷丸处理有助于促进船舶轻量化和提高焊缝质量.     

6082-T6铝合金焊接接头软化模型的研究

6082-T6铝合金在焊接热循环的作用下不可避免地出现焊接接头软化.文中基于Al-Mg-Si系铝合金焊接热过程的析出相演变规律,建立了铝合金焊接接头软化模型.同时采用热模拟试验机模拟焊接接头微区热循环过程,测量微区的动态屈服强度,验证软化模型的准确性.研究结果表明,6082-T6铝合金随着热循环峰值温度的增加,材料的屈服强度降低,软化模型预测结果与试验结果非常吻合,平均误差率为8.5%.     

高压空气环境钨极氩弧行为和焊接技术的研究

针对高压空气环境的特殊性,研制了高压焊接试验舱和钨极氩弧自动焊机.在0.1-O.7 MPa空气环境中,利用高速摄像、研究电弧形态的变化,测定电弧静特性曲线.适应海底管道维修全位置焊接的需要,在0.1-0.7 MPa空气压力下,研究典型位置16 Mn钢板的自由成形,形成的接头符合美国焊接学会AWS D3.6M:1999中A类接头的要求.     

圆角半径对铝合金T型接头搅拌摩擦焊组织及性能的影响

对4 mm厚的6061-T6铝合金T型接头进行搅拌摩擦焊,研究了辅助垫块圆角半径对焊接接头组织和性能的影响.结果表明:不同的圆角半径下T型接头前进侧和和后退侧均出现了结合线缺陷,圆角半径R=1 mm时,T型接头成型较好,缺陷较少;当R=3 mm时,接头出现了结合线、Z线、隧道等缺陷.试样沿壁板方向抗拉强度相近;当R=1 mm时,T型接头沿筋板方向抗拉强度最高,为130 MPa.     

Q450NQR1耐候钢焊接工艺研究

选用海工项目中特殊材料Q450NQR1耐候钢进行试验,分别通过药芯焊丝和实芯焊丝不同工艺参数下焊接接头常规力学性能和疲劳性能进行比较,确定焊接高强耐候钢的焊接工艺.试验结果表明:GFR-81W2药芯焊丝焊接接头的抗拉强度略低于CHW-55CNH实芯焊丝;采用药芯焊丝对接接头的疲劳极限稍高于实芯焊丝接头,并且外观看出焊缝成形美观、焊趾处较为圆滑.无论采用GFR-81 W2药芯焊丝或者CHW-55CNH实芯焊丝,均可获得性能优良的焊接接头,试验条件下的工艺参数是可行的.     

船体结构钢对接接头在人造海水中的腐蚀疲劳强度

介绍了采用MAG焊接的50MPa级TMCP钢在空气和人造海水中的腐蚀疲劳强度试验，试验在应力比为0．1的等幅载荷和25℃的自然腐蚀条件下进行，空气和海水中的循环速率分别为3～12Hz和0．17Hz。通过运用直流电位差的方法来测量裂纹长度，用以估算腐蚀疲劳寿命Nc。描述了S—N曲线、微小应力集中系数和对接焊缝边缘的腐蚀现象。     

高速列车用6005A铝合金接头冲击韧性的研究

通过金相实验观察6005A铝合金焊缝组织的微结构,采用全自动低温冲击试验机研究不同温度下6005A铝合金焊接区域的冲击韧性.结果表明:常温下6005A铝合金焊接接头冲击吸收功为18.5 J,随温度降低焊接区域的冲击韧性呈现先逐渐减小后稳步提升的趋势,并且在-40℃时6005A铝合金焊接接头存在裂纹敏感区.不同温度下6005A铝合金焊接接头冲击断口在试样缺口底部与水平的剪切力形成45°剪切面,沿着裂纹的拓展方向仍遵循纤维区、放射区、剪切唇等典型冲击断口结构分布,但平滑的断口和较浅的韧窝表明6005A铝合金焊接接头的塑性较差.     

退火对A32钢焊接接头耐蚀性能的影响

A32钢焊接接头广泛应用于船舶工业,其耐蚀性能的优劣对于焊接接头的力学性能和使用寿命至关重要.采用扫描电镜,超景深数码显微镜和电化学分析仪等表征手段,研究了船用A32钢焊接接头在进行去应力退火前后各部位在模拟海水溶液中的腐蚀行为,并对相关影响因素进行了讨论.结果表明:800℃去应力退火后,A32钢焊接接头部位耐蚀性能显著提高,这主要是由于在焊缝区和熔合区形成了趋向一致的树枝晶,母材组织铁素体增多,珠光体减少;另外,退火后的锈层成分为Fe_2O_3和α-FeOOH,较退火前的焊接接头锈层致密、覆盖完整,防腐蚀性能更好.     

船用铝合金板架结构典型节点的疲劳试验研究

本文针对船用铝合金板架结构典型节点的疲劳性能开展了试验研究。首先采用X射线对焊缝部位进行了拍照,获得了焊缝处的微观缺陷特征;然后进行板架的极限承载能力试验,得到板架的极限载荷水平;接着采用不同载荷水平进行反复载荷作用下的疲劳试验,获得了不同载荷水平下典型节点的疲劳寿命和破坏模式。试验结果表明:船用铝合金板架结构典型节点的疲劳寿命与测点应力呈双对数线性关系,即随着对数测点应力的增大,对数疲劳寿命呈线性下降趋势;而焊缝缺陷形式直接关系到节点的疲劳破坏模式与疲劳寿命。研究结果可为船用铝合金板架结构的承载能力评估与焊接工艺设计提供参考。     

不同扶强材形式的纵骨贯穿舱壁结构疲劳试验

采用试验形式研究矩形扶强材和削斜扶强材结构形式的某铝合金船体纵骨贯穿舱壁结构疲劳性能。首先建立舱段结构的有限元模型(目标船纵骨采用6082铝合金,其他部分采用5083铝合金材料),确定载荷工况并计算分析2种扶强材结构在相应载荷水平下的应力分布状态。在此基础上,设计并开展实际板厚4点弯曲疲劳模型试验,获得试验模型在不同载荷水平下的疲劳失效循环次数,根据试验测得数据得到2种扶强结构形式的S-N曲线。试验结果表明,矩形扶强材形式的纵骨贯穿舱壁结构疲劳性能优于削斜扶强材形式,该结论可为舰船上纵骨贯穿舱壁结构处节点形式的设计以及5083、6082铝合金焊接结构形式(T型焊接和趾端焊接)的疲劳强度评估提供依据。     

焊接热循环对铝-铝-钢复合过渡接头性能的影响

采用正交试验法研究焊接热循环对应用于船舶铝质上层建筑与钢质船体连接的铝合金-铝-钢复合过渡接头性能的影响.试样依次采用铝合金TIG焊、MIG焊、钢MAG焊分别实现过渡接头与铝合金板材和钢板之间的焊接.复合界面剪切强度及厚度方向的抗拉强度测试结果表明:随着焊接电流的增大,过渡接头的性能明显下降,三种工艺方法对复合板性能由主到次的影响顺序为:铝合金TIG焊>钢MAG焊>铝合金MIG焊.通过复合界面焊接温度场的测定,分析了复合界面峰值温度与复合板性能之间的关系,结果显示:为满足船舶结构设计的要求,焊接热循环在铝-铝-钢过渡接头复合界面上产生的峰值温度不宜超过300℃.     

基于残余应力释放的FPSO典型焊接接头的疲劳强度修正公式

由于浮式生产储油卸油船(FPSO)等船舶结构在服役前常常经历过较大的静载荷,这个预载荷常常会使焊接接头处较高的残余应力产生释放,同时船舶结构还承受着不断变化的波浪载荷,所以在估算FPSO等船舶结构典型焊接接头的疲劳强度时,需考虑残余应力释放的影响.该文通过有限元方法分析了在任意变幅循环载荷下,疲劳热点处的残余应力释放的规律,归纳出残余应力释放的大小与初始残余应力和外载荷之间的关系公式.然后,利用此公式对改进的疲劳估算公式进行修正,并且利用修正后的公式估算不同预载荷下典型焊接接头的疲劳强度,结果与试验结果棚符合.利用修正的改进公式可以更合理地对典型焊接接头在任意变幅循环载荷下的疲劳强度进行设计,同时也合理地解释了疲劳试验中以往不能被理解的结果.     

HVAF制备铝基非晶合金涂层及其腐蚀行为研究

[目的]为提升2024铝合金表面的耐蚀性能,开展先进涂层制备技术及其腐蚀行为研究。[方法]采用空气超音速火焰喷涂(HVAF)制备铝基非晶合金涂层。通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜和透射电子显微镜对非晶涂层及2024铝合金基体的成分、微观结构进行分析。采用电化学工作站监测非晶涂层和铝合金基体在质量分数为3.5%的NaCl溶液中的腐蚀行为,并借助扫描电子显微镜对腐蚀形貌进行观察。[结果]结果表明:HVAF工艺较高的喷涂速度有效降低了涂层的孔隙率(0.35%);同时,较高的喷涂速度使得熔化颗粒的冷却速度高于非晶形成所需的临界冷却速率,极大增加了涂层的非晶含量(高达81.3%)。在质量分数为3.5%的NaCl溶液中,铝基非晶合金涂层的耐蚀性能优于2024铝合金基体,其钝化电流密度为8×10~(-6)A/cm~2,点蚀电位约为-0.30VSCE,低频下的阻抗值约为2024铝合金基体的4倍。铝基非晶合金涂层的腐蚀机制为均匀腐蚀,而2024铝合金基体为点蚀。[结论]HVAF工艺可制备具有高非晶相含量、低孔隙率的铝基非晶合金涂层,能明显改善铝基非晶合金涂层的耐蚀性能。     

超声冲击法改善高强钢焊接接头的疲劳性能

焊接接头的疲劳强度远低于母材 ,大量试验表明疲劳裂纹主要起源于接头焊趾处。使用超声冲击法处理接头 ,以改变焊趾区几何形状、消除焊趾缺陷、调整焊趾区残余应力场 ,是改善焊接接头及结构疲劳强度的一种有效方法。利用自行研制的超声冲击装置 ,采用两种接头形式 (纵向角接接头和对接接头 )进行了 SS80 0高强钢原始焊态与超声冲击处理态的疲劳对比试验 ,结果表明 :( 1 )双面焊对接接头焊态试件的疲劳强度Δσ ( 2× 1 0 6 )为 1 5 0 MPa;单面焊对接焊态试件的疲劳强度Δσ ( 2× 1 0 6 )为 1 3 2 MPa;纵向角接焊态试件的疲劳强度Δσ ( 2× 1 0 6 )为 98MPa。 ( 2 )超声冲击处理态单面焊双面成型试件与原始焊态试件相比 ,疲劳强度提高 1 3 2 %左右 ,疲劳寿命延长了 48～ 1 3 2倍 ;双面焊接对接超声冲击处理态试件与原始焊态试件相比 ,疲劳强度提高95 %左右 ,疲劳寿命延长了 2 2～ 62倍 ;纵向角接接头超声冲击处理试件与原始焊态试件相比 ,疲劳强度提高1 73 %左右 ,疲劳寿命延长了 3 2～ 70倍。 ( 3 )超声冲击处理技术能够大幅度改善高强钢焊接接头的疲劳性能     

复合搅拌摩擦点焊旋转半径对接头组织和性能的影响

对2 mm 2A12-T4铝合金薄板采用复合搅拌摩擦点焊进行焊接,测试不同旋转半径下的复合搅拌摩擦点焊接头的抗剪力,并观察和分析复合搅拌摩擦点焊接头在拉伸时的断裂途径及微观组织.结果表明:当其他参数不变时,复合搅拌摩擦点焊接头抗剪力和断裂途径随旋转半径和塑性环形貌的不同而变化；在旋转半径为1.2mm时,接头的抗剪力达到...     

不同扶强材形式的纵骨贯穿舱壁结构疲劳试验

为了研究矩形扶强材和削斜扶强材结构形式的某铝合金船体纵骨贯穿舱壁结构疲劳性能，对此进行了试验研究。首先建立舱段结构的有限元模型（该目标船纵骨采用6082铝合金，其他部分采用5083铝合金材料），确定载荷工况并计算分析两种扶强材结构在相应载荷水平下的应力分布状态。在此基础上，设计并开展了实际板厚四点弯曲疲劳模型试验，获得了试验模型在不同载荷水平下的疲劳失效循环次数，并且根据试验测得数据得到了两种扶强结构形式的S-N曲线。试验结果表明矩形扶强材形式的纵骨贯穿舱壁结构疲劳性能优于削斜扶强材形式，该结论可为舰船上纵骨贯穿舱壁结构处节点形式的设计以及5083与6082铝合金焊接结构形式（T型焊接和趾端焊接）的疲劳强度评估提供依据。     

铝/镀锌钢板CMT点塞焊的组织及力学性能研究

以ER4043(AlSi_5)铝合金焊丝为填充金属,采用冷金属过渡(CMT)焊接技术对镀锌钢板和6061铝合金进行搭接点塞焊试验,研究送丝速度和焊接间隙对搭接接头铺展形貌、界面显微组织和接头力学性能的影响.结果表明,CMT点塞焊过程中,送丝速度和焊接间隙对熔核直径以及铺展高度有明显影响.熔焊区由熔化区的柱状晶和热影响区的等轴晶组成,钎焊界面金属间化合物层由层状的Fe_2Al_5和针状的FeAl_3组成,富锌区由富Al的α固溶体和铝锌共晶组成.在最佳工艺参数下,焊接接头最大拉伸载荷达到2.12 kN,接头断裂集中在Fe-Al化合物层和环状富锌层处.     

铝合金填充式搅拌摩擦点焊工艺试验

文章对5A06铝合金进行了填充式搅拌摩擦点焊,对焊接接头进行了力学性能试验和金相试验。通过观察焊缝的微观组织,分析了不同焊接工艺参数对填充式搅拌摩擦点焊接头力学性能和截面成形的影响。结果表明:焊接时间对摩擦点焊接头的抗剪切性能和抗拉性能影响最大;点焊工具旋转速度增加对接头的抗拉性能有增强作用。     

铝/钢复合过渡接头焊接温度场及性能试验研究

本文通过试验方法对比研究了焊接热循环对三种应用于舰船铝合金、钢质结构连接的铝合金-钢复合过渡接头温度场及界面结合性能的影响。在前期研究的基础上,试样依次采用铝合金TIG焊、MIG焊实现过渡接头与铝合金板材之间的焊接。过渡接头复合界面的温度场及焊接前后界面结合性能测试结果表明：焊接热循环对过渡接头复合界面剪切强度及厚度方向的抗拉强度具有显著的影响。同一焊接条件下,焊接热循环在新型四层复合过渡接头界面上产生的温度峰值明显低于目前广泛应用的两种三层复合过渡接头,四层复合过渡接头焊接前后的性能也大大高于后者,即使采用小宽度焊接试样,其焊后性能仍能满足舰船设计指标要求。因此,是能满足“更高施焊温度、更大应力承载、结合界面更强和更高结构韧性”要求的新型铝合金、钢结构焊接连接用过渡接头。     

焊接缺陷对铝合金板架疲劳寿命影响的试验分析

[目的]为研究焊接缺陷对铝合金板架结构疲劳寿命的影响,[方法]首先,利用X射线对2种节点形式的铝合金板架试件焊缝部位进行拍照,筛选出含与不含焊接缺陷的铝合金板架,并通过对X射线图像的分析得到铝合金焊接缺陷的主要类型;然后,在不同载荷作用下,对含与不含焊接缺陷的2种铝合金板架试件开展疲劳试验,以获得铝合金板架的疲劳寿命;最后,运用ABQUAS软件建立含3种焊接缺陷的板架试件的局部仿真模型,分析和揭示含焊接缺陷板架结构失效产生的机理。[结果]试验结果表明:含焊接缺陷的试件失效是由于焊缝端部缺陷处出现裂纹,扩展后导致纵骨腹板发生断裂;而不含焊接缺陷的试件失效与节点形式有关,均是在循环载荷作用下纵骨面板失效产生疲劳裂纹,扩展到腹板后导致纵骨发生断裂。[结论]研究成果可为铝合金焊接结构的疲劳寿命评估及焊接缺陷对疲劳寿命的影响提供参考。