焊接接头材料低周疲劳断口的分形分析
铝合金搅拌摩擦焊接头疲劳断裂行为分析_曹丽杰
fatigue crack growth
1991 年 TWI 发明的搅拌摩擦焊接 （ friction stir welding，简称 FSW） 技术主要用于高强铝合金的焊
FSW 为固相连接，焊缝中沉淀相大小和聚集程 度影响 FCGRS 和 ΔKth。沉淀相的聚集、滑移逆转和 裂纹偏向提高 ΔKth。对于未时效状态，沉淀相为聚 集态，内部含有微小的 GP 区，裂纹扩展阻力大，ΔKth 也高。疲劳循 环 时 由 于 位 错 对 聚 集 相 的 剪 切，导 致 反向滑移程度增高，循环塑性好。过时效状态下，反 向滑移程度低，大块的非聚集的沉淀相钉扎住位错， 阻止位错反转，循环塑 性 低。因 此，在 过 时 效 状 态 下，或者存在粗大沉淀相时，FCGRS 会增大。此外， 未时效状态下疲劳裂纹的闭合程度大于过时效状态 的 ，其 FCGRS 低于后者的。
低，虽然可以得到良好的焊接接头，但是焊缝底部金
属塑化程度不够，容易出现“吻接”缺陷。
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2010，Vol． 38，№11
3 铝合金 FSW 接头的疲劳裂纹扩展 速 率 FCGRS （ Fatigue crack growth rates） 和门槛值 ΔKth
为获得缺陷状态下接头的疲劳行为，应用断裂 力学把疲劳 设 计 建 立 在 本 身 存 在 缺 陷 的 基 础 上，按 照裂纹在循环载荷下的扩展规律，估算结构寿命，是 保证结构安全工作的重要途径，同时，也是对传统疲 劳试验分析方法的一个重要补充和发展［9］。FCGRS 是决 定 构 件 疲 劳 行 为 的 一 个 重 要 特 征 参 量，影 响 FSW 接头 FCGRS 的因素有微结构和残余应力、表面 处理方法等。 3． 1 微结构和残余应力对 FCGRS 和 ΔKth的影响
TC4钛合金电子束焊接接头低周疲劳性能研究
TC4钛合金电子束焊接接头低周疲劳性能研究刘晓华;马英杰;李晋炜;张韧;雷家峰;刘羽寅【期刊名称】《航空材料学报》【年(卷),期】2013(033)003【摘要】采用应变控制方法,测试了TC4钛合金电子束焊接接头及母材低周疲劳性能,记录并比较了不同位置处的载荷-应变曲线,利用扫描电镜观察分析了低周疲劳断裂方式及断口形貌.研究结果表明:在高应变条件下,由于焊接接头区塑性变形能力较差,其低周疲劳寿命低于母材,低应变条件下,母材与焊接接头低周疲劳寿命相当；低周疲劳试样最终失效断裂均发生在母材区,但焊接接头区也存在明显表面裂纹,这与焊接接头区具有较高的强度、抗塑性变形能力及抗疲劳裂纹扩展能力有关.【总页数】5页(P53-57)【作者】刘晓华;马英杰;李晋炜;张韧;雷家峰;刘羽寅【作者单位】中国商用飞机有限责任公司设计研发中心,上海200232;中国科学院金属研究所沈阳110016;中航工业北京航空制造工程研究所,北京100024;中国商用飞机有限责任公司设计研发中心,上海200232;中国科学院金属研究所沈阳110016;中国科学院金属研究所沈阳110016【正文语种】中文【中图分类】TG146.2+3【相关文献】1.30CrMnSiA钢电子束焊接接头低周疲劳性能研究 [J], 虞文军;李飞;邵绪分2.TC4-DT合金电子束焊接接头低周疲劳性能研究 [J], 唐振云;毛智勇;李晋炜;马英杰3.25 Cr2 Ni2 MoV 钢焊接接头低周疲劳性能研究 [J], 丁杰;郭素娟;刘霞;轩福贞4.WFG36Z钢焊接接头低周疲劳性能与寿命的试验研究 [J], 张罡;龙占云;赵凯;郝蕴英5.工程机械用800MPa低合金高强度钢焊接接头低周疲劳性能研究 [J], 史耀武;史轩因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
AZ31B镁合金及其TIG焊焊接接头疲劳断裂行为及评定研究
AZ31B镁合金及其TIG焊焊接接头疲劳断裂行为及评定研究镁合金具有轻质高强,易于回收等一系列优点,被誉为“21世纪绿色金属结构材料”,其最具发展前途的应用领域是“陆、海、空、天”等交通运载装备,这些结构离开焊接技术的支持是无法完成的。
资料表明,70%～90%的焊接结构失效是焊接接头在动载负荷作用下造成的,镁合金及其焊接接头中裂纹的启裂和扩展对焊接结构的疲劳性能及疲劳寿命产生较大的影响,而其失稳断裂临界裂纹尺寸又决定了材料或结构的疲劳寿命。
因此,研究镁合金及其焊接接头的疲劳性能、裂纹扩展速率,对疲劳性能进行评定,具有重要的理论意义和应用价值。
本研究针对AZ31B镁合金及其焊接接头疲劳性能、裂纹扩展速率及断裂韧度进行研究,利用OM和SEM等手段对材料的组织、裂纹扩展行为及断口进行分析；采用疲劳裂纹扩展理论(Parise公式)对疲劳寿命进行预测；利用临界距离法和热点应力法对不同形式的焊接接头进行疲劳评定；分析了织构对疲劳性能和裂纹扩展速率的影响。
研究认为,在2×106循环次数下,AZ31B镁合金母材的疲劳强度为66.72 MPa,对接、横向十字、纵向非承载十字和侧面连接接头的疲劳强度分别为39.00 MPa,24.38 MPa,32.18MPa和24.40 MPa；焊接接头裂纹均起裂于焊趾部位,裂纹以穿晶方式扩展,塑性变形方式为滑移和孪生。
镁合金及其焊接接头的疲劳断裂均为河流花样组成的脆性断口。
采用TIG熔修和超声冲击(UIT)改善对接和横向十字接头疲劳性能,经TIG熔修处理后,AZ31B镁合金对接和横向十字接头的疲劳强度分别为41.68 MPa和34.13 MPa,与处理前相比较,分别提高了6.9%和39.9%。
经过UIT后,十字接头的疲劳强度为24.7 MPa,比焊态试样提高了43.6%。
疲劳裂纹扩展试验结果表明,T-L、L-T(第一、二个字母分别表示裂纹面的法线方向和表示预期的裂纹扩展方向；L表示长度或主变形方向,T表示宽度方向)方向试件裂纹扩展方向与切口方向平行,疲劳裂纹在AK达到5.5 MPa·m1/2、5.7 MPa·m1/2左右时,开始进入快速扩展阶段。
低周疲劳断裂的断口特征
低周疲劳断裂的断口特征低周疲劳断裂是一种材料在受到循环加载时发生的断裂现象。
这种断裂是由于材料在受到循环加载过程中，经历了一系列的应力循环，导致材料内部微观缺陷的逐渐扩展和聚集，最终导致断裂的发生。
低周疲劳断裂的断口特征是研究这种断裂现象的重要手段之一。
低周疲劳断裂的断口特征可以通过断口形貌、断口表面的微观特征和断口区域的化学成分等来进行分析。
首先，断口形貌是低周疲劳断裂的一个重要特征。
在裂纹扩展的过程中，断口表面通常呈现出一定的形状，例如河谷状、韧突状、疲劳带状等。
河谷状断口是指断裂面上呈现出一系列河流状的凹槽，这是由于疲劳断裂过程中断裂面上的裂纹逐渐扩展形成的。
韧突状断口是指断裂面上呈现出一系列韧突状的突起，这是由于材料在受到疲劳加载时发生局部塑性变形形成的。
疲劳带状断口是指断裂面上呈现出一系列平行的疲劳带，这是由于疲劳裂纹在扩展过程中产生的。
其次，断口表面的微观特征也是低周疲劳断裂的一个重要特征。
断口表面通常呈现出一定的粗糙度，这是由于断裂过程中断裂面上的微观缺陷的逐渐扩展形成的。
断裂面上还可能存在一些微小的裂纹、氧化物和碎裂的微观颗粒等。
这些微观特征的存在可以提供一定的断裂机制的信息。
最后，断口区域的化学成分也可以提供一定的断裂机制的信息。
断口区域的化学成分可以通过扫描电子显微镜和能谱仪等设备进行分析。
通过分析断口区域的化学成分，可以了解材料的化学组成以及可能的杂质和缺陷等。
综上所述，低周疲劳断裂的断口特征可以通过断口形貌、断口表面的微观特征和断口区域的化学成分等来进行分析。
这些特征可以为研究低周疲劳断裂的机理提供重要的参考和依据。
通过对断口特征的分析，可以进一步了解低周疲劳断裂的机理，从而为材料的设计和使用提供指导。
焊接接头的疲劳裂纹扩展分析
焊接接头的疲劳裂纹扩展分析焊接是一种常见的连接方法，广泛应用于各个行业和领域。
然而，焊接接头在使用过程中容易出现疲劳裂纹扩展的问题，这对结构的安全性和可靠性造成了威胁。
因此，对焊接接头的疲劳裂纹扩展进行分析和研究，对于提高焊接接头的使用寿命和可靠性具有重要意义。
疲劳裂纹扩展是指在循环加载作用下，焊接接头中已有的裂纹会随着时间的推移逐渐扩展，最终导致接头的破坏。
疲劳裂纹扩展是一个复杂的过程，受到多种因素的影响，如应力水平、应力比、环境等。
因此，对于焊接接头的疲劳裂纹扩展进行分析，需要综合考虑这些因素。
首先，焊接接头的应力水平对于疲劳裂纹扩展具有重要影响。
应力水平越高，疲劳裂纹扩展的速度就越快。
这是因为高应力会导致焊接接头中的材料发生塑性变形，从而加速裂纹的扩展。
因此，在设计焊接接头时，需要合理控制应力水平，避免过高的应力集中。
其次，焊接接头的应力比也是影响疲劳裂纹扩展的重要因素之一。
应力比是指应力的最小值与最大值之间的比值。
当应力比为0时，即纯轴向拉伸或压缩加载时，焊接接头的疲劳裂纹扩展速度最慢。
而当应力比为-1时，即纯剪切加载时，焊接接头的疲劳裂纹扩展速度最快。
在实际应用中，焊接接头的应力比往往介于0和-1之间。
因此，合理选择应力比，可以延缓焊接接头的疲劳裂纹扩展速度。
此外，环境条件也会对焊接接头的疲劳裂纹扩展产生影响。
在潮湿和腐蚀的环境中，焊接接头的疲劳裂纹扩展速度会加快。
这是因为潮湿和腐蚀会导致焊接接头中的材料发生腐蚀和氢脆现象，从而加速裂纹的扩展。
因此，在实际使用中，需要注意保持焊接接头的干燥和防腐蚀，以延缓疲劳裂纹的扩展速度。
综上所述，焊接接头的疲劳裂纹扩展是一个复杂的过程，受到多种因素的影响。
在设计和使用焊接接头时，需要综合考虑应力水平、应力比和环境等因素，以延缓疲劳裂纹的扩展速度，提高焊接接头的使用寿命和可靠性。
同时，还需要进行实验和数值模拟研究，以深入了解焊接接头的疲劳裂纹扩展机理，为焊接接头的设计和使用提供科学依据。
不锈钢焊接件低周疲劳固有耗散分析
/２
εr＝ (
εmax ＋εmin)
(
１)
式中,
εmax 、
εmin 分别为一个循环 周 期 中 的 最 大 应 变 和 最 小
应变.
棘轮应变随 循 环 演 变 的 曲 线 见 图 ４,可 以 看
出,棘 轮 应 变 在 所 有 应 力 水 平 下 的 前 １００ 个 周 次
迅速增大,并 且 棘 轮 应 变 随 应 力 增 大 而 增 大.循
能 ΔW P的数学表达式为
∮
∫ Δεd(Δσ)
εP ＝ ΔσΔ
ε －２
ΔW P ＝ σ:
d
Δσ
０
(
２)
根据表达式 可 计 算 得 到 不 同 加 载 应 力 下 的 不
锈钢 ３１０S 焊接接头循环滞回能在疲劳过程中的变
化曲线(图 ５).循环滞回能在循环初期迅速减小,
(
b)热影响区
在稳定阶段缓慢减小.从图 ５ 中还可以发现,循环
表 １ 焊接件和填充材料元素的质量分数
Tab．
１ Ma
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Ni) w (
Cr) w (
C) w (
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i) w (Mn) w (
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综述焊接接头断裂形式及断口特征
综述焊接接头断裂形式及断口特征姓名： XXXXXXXXX学号： 03080222系别：数控与材料工程系专业：焊接技术及自动化学制：三年制指导教师： XXXXXXXXXXXX综述焊接接头断裂形式及断口特征摘要焊接接头由焊缝、熔合区和热影响区三部分组成。
熔池金属在经历一系列化学冶金反应后，随着热源远离温度迅速下降，凝固后成为牢固的焊缝，并在继续冷却中发生固态相变熔合区和热影响区在焊接热源的作用下，也将发生不同的组织变化。
很多焊接缺陷如气孔、夹杂裂纹等都是在上述过程中产生，因此了解接头组织与性能变化的规律，对于控制焊接质量、防止焊接缺陷有重要的意义。
焊接结构在较低的温度下工作可能导致焊接结构的低温脆断。
焊接接头中又不可避免的存在应力集中和残余应力，在反复的交变应力作用下会发生疲劳断裂。
本文通过对焊接接头的分析分别从宏观和微观的角度阐述了焊接接头的断裂形式和断口特征。
关键词残余应力、应力集中、断口特征、疲劳断裂、脆性断裂目录引言 (4)第一章焊接接头的基本理论 (5)第一节焊接接头的基础知识 (5)1.1焊接接头的组成 (5)1.2焊接接头的基本形式 (5)第二节电弧焊接头的工作应力 (6)2.1应力集中的概念 (6)2.2产生应力集中的原因 (6)第二章焊接结构的断裂控制与失效分析 (7)第一节焊接接头的断裂形式 (7)1.1断裂形式的分类 (7)1.2焊接接头的疲劳断裂 (7)1.3焊接接头的脆性断裂 (7)第二节焊接结构断裂控制与失效分析 (8)2.1焊接结构的完整性与不完整性 (8)2.2焊接结构断裂的控制 (8)2.3焊接结构断裂控制设计 (9)2.4焊接结构断裂失效分析 (9)第三章焊接接头的组织与性能 (14)第一节焊接熔合区的特征 (14)1.1熔合区形成的原因 (14)第二节焊接热影响区 (14)2.1焊接热影响区热循环的特点 (14)2.2焊接热影响区的组织分布特征及性能 (15)第四章焊接接头断口特征 (16)第一节焊接接头疲劳断裂的断口分析 (16)1.1疲劳断口的宏现形状特征 (16)1.2疲劳断口的微观形状特征 (17)第二节焊接接头脆性断裂的断口分析 (19)2.1沿晶脆性断裂 (19)2.2解理断裂 (19)2.3准解理断裂 (20)参考文献 (21)引言焊接技术是一门重要的金属加工技术，尽管焊接技术发展很快，自动化程度也越来越高，但在焊接结构中任然存在着一些缺陷，这些缺陷将导致焊接结构的断裂，影响焊接结构的使用，降低了焊接结构的安全性，通过焊接接头断口特征的分析可以判断出断裂的过程和原因，从而找出解决方法，提高焊接结构的安全性。
焊接接头的疲劳断裂机理研究
焊接接头的疲劳断裂机理研究随着工业的发展和技术的进步，焊接接头在各个领域中得到了广泛应用。
然而，焊接接头的疲劳断裂问题一直是工程界关注的焦点。
本文将探讨焊接接头的疲劳断裂机理，并分析其中的原因和解决方案。
焊接接头是将两个或多个金属部件通过熔合的方式连接在一起的工艺。
焊接接头的疲劳断裂是指在循环载荷作用下，焊接接头出现裂纹并最终断裂的现象。
疲劳断裂对于工程结构来说是非常危险的，因为它往往是突然发生的，而且很难被察觉到。
因此，研究焊接接头的疲劳断裂机理对于预防事故的发生至关重要。
焊接接头的疲劳断裂机理可以分为两个方面：焊缝区域的疲劳断裂和热影响区的疲劳断裂。
焊缝区域的疲劳断裂是由于焊接过程中产生的缺陷和应力集中导致的。
焊接过程中，由于焊接材料的熔化和凝固，焊缝中会产生气孔、夹杂物和裂纹等缺陷。
这些缺陷会导致焊缝区域的强度降低，从而容易引发疲劳断裂。
此外，焊接接头中的应力集中也会导致焊缝区域的疲劳断裂。
焊接接头中由于材料的不均匀性和焊接过程中的温度变化，会导致应力集中的形成，从而加速了焊缝区域的疲劳断裂。
另一方面，热影响区的疲劳断裂是由于焊接过程中的热输入导致的。
焊接过程中，焊接接头周围的材料会受到高温的影响，从而发生相变和晶粒长大等现象。
这些热输入引起的材料变化会导致热影响区的力学性能发生变化，从而增加了疲劳断裂的风险。
为了解决焊接接头的疲劳断裂问题，可以采取一系列的措施。
首先，焊接过程中应严格控制焊接参数，以减少焊接缺陷的产生。
例如，可以通过优化焊接电流和焊接速度来控制焊接过程中的热输入，从而减少气孔和夹杂物的产生。
其次，可以采用预处理技术来改善焊接接头的力学性能。
例如，可以通过热处理和表面强化等方法来提高焊接接头的强度和韧性，从而延缓疲劳断裂的发生。
此外，还可以通过改变焊接接头的几何形状和结构设计来减少应力集中，从而降低焊接接头的疲劳断裂风险。
总之，焊接接头的疲劳断裂机理是一个复杂而重要的问题。