某型航空发动机燃油导管开裂失效分析

某型航空发动机试车后多次出现燃油导管开裂,裂纹位于导管接头与管体焊接的热影响区。通过对导管开裂裂纹及金相组织进行检查,结合导管的制造、修理工艺进行综合分析,确定了导管的失效模式为装配残余应力过大造成的高周疲劳开裂,在发动机的振动作用下,导管外圆周向打磨处高的应力集中加速了疲劳裂纹的萌生和扩展,导致导管疲劳开裂。     

基于Tanaka-Mura模型的电子束焊接头疲劳裂纹萌生模拟

为揭示高温合金电子束焊接头的疲劳特性,对其开展了疲劳裂纹萌生数值模拟研究。考虑焊缝区微观组织特性,对Voronoi图法进行改进,建立了焊缝区包含柱状晶、细等轴晶及粗等轴晶的混合晶区微观组织模型;对ABAQUS进行二次开发,考虑晶粒随机取向,生成晶粒多滑移带模型。基于Tanaka-Mura位错滑移模型,编写了疲劳裂纹萌生算法,考虑晶界处裂纹的连接与合并,对算法进行了改进,并结合有限元计算建立了电子束焊接头疲劳裂纹萌生数值模拟方法。基于上述方法对GH4169电子束焊接头不同载荷大小的疲劳裂纹萌生进行数值模拟,分析了裂纹萌生过程及萌生寿命,并与试验结果进行对比验证;还探讨了不同热影响区晶粒尺寸对焊接接头疲劳裂纹萌生的影响规律。结果表明,电子束焊接头疲劳裂纹均萌生于热影响区,但随着载荷水平的提高,萌生位置向熔合区一侧靠近;当热影响区晶粒尺寸与母材区晶粒尺寸越接近时,接头疲劳寿命越长。     

燃烧室进油管焊缝裂纹失效分析

燃烧室进油管沿周圈出现开裂现象,对它进行外观检查、断口分析、冶金分析及综合分析,结果表明燃烧室进油管在氩弧焊焊接过程中由于焊接不当,导致在焊缝收弧处产生焊接缺陷——咬边及焊瘤,且焊缝处于尺寸变化较大的部位,容易产生应力集中,在工作过程中萌生裂纹并疲劳扩展。     

高温合金线性摩擦焊接头疲劳裂纹扩展有限元分析

为了表征高温合金线性摩擦焊接头疲劳服役环境下疲劳裂纹的萌生及扩展行为,揭示裂纹扩展对接头失效的影响机制,基于有限元法研究高温合金线性摩擦焊接头疲劳裂纹扩展的行为及其重要影响因素.以接头失效内因(孔洞、硬质夹杂、残余应力)为研究对象,建立不同几何和位置特征的含有初始孔洞及夹杂的疲劳接头有限元模型,研究不同特征下疲劳接头裂...     

激光冲击强化对加力燃烧室火焰探测器焊缝的影响

为了研究激光冲击强化（LSP）后加力燃烧室火焰探测器焊缝位置异常开裂原因,采用X射线衍射方法和金相方法对激光冲击强化效果进行分析,并利用扫描电子显微镜对断口进行了观察。在Abaqus有限元分析软件中建立了与观察到的焊缝缺陷相似的有限元模型,对焊缝缺陷的LSP处理及冲击波传播过程进行了模拟分析。试验结果表明：具有较好材料完整性的区域经LSP处理后,表面会预置较大残余压应力,同时表面金属晶粒得到细化,疲劳裂纹会在焊缝缺陷位置萌生和扩展。有限元分析结果表明：存在分层缺陷的焊缝经LSP强化后,冲击波会在分层缺陷处产生反射,造成分层位置发生开裂,形成裂纹源造成疲劳开裂。根据试验和仿真分析结果,为提升火焰探测器焊缝激光冲击抗疲劳效果,建议优化焊接工艺,提高焊接质量。     

A7N01铝合金焊接接头组织和疲劳性能研究

研究了A7N01高强铝合金焊接接头的组织性能和疲劳性能。结果表明:焊缝中心为铸造组织,近缝热影响区为晶粒粗大的变形晶粒,远离焊缝的母材区为轧制态组织;焊接接头各微区显微硬度分布不均匀,热影响区存在"软化现象";预置缺口的焊接试样在相同应力幅下,母材区疲劳寿命最长,热影响区次之,焊缝区最短;A7N01铝合金的TIG焊结构多数在焊缝区发生疲劳断裂,焊缝区的表面气孔、夹杂等缺陷和热裂纹是引起疲劳失效启裂的主要原因,焊缝区屈服强度低可能是导致该微区疲劳扩展寿命低的直接原因。     

TC4钛合金电子束焊接接头低周疲劳性能研究

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。     

锻造TC4钛合金电子束焊接接头的疲劳破坏机制

对锻造TC4钛合金电子束焊接(EBW)接头进行了应力控制的高周疲劳试验和应变控制的低周疲劳试验,利用扫描电子显微镜对疲劳断口进行观察与分析,研究了疲劳裂纹的起裂机制.研究结果表明:所有的高周疲劳试样裂纹起裂位置和最后断裂位置均发生在母材区,而低周疲劳试验试样断裂位置表现出不确定性,在焊缝区和母材区均可导致裂纹起裂.高周疲劳载荷下,裂纹起源于表面滑移;低周疲劳时,裂纹可能在接头母材区的表面起裂,也可能在接头焊缝的内部缺陷处起裂,裂纹起裂模式取决于载荷大小.      

激光冲击强化7075铝合金熔焊接头的疲劳性能

激光冲击强化（LSP）技术具有残余压应力场深、冷作硬化程度低和强化区域可控等优点,在焊接结构表面改性方面应用前景广阔。对2 mm厚度的7075-T6铝合金激光-电弧复合焊接接头实施了激光冲击强化处理,对比分析了强化前后接头的硬度、残余应力、疲劳寿命以及疲劳裂纹形核机制。结果表明,焊缝中心的最高硬度由强化前的152 HV提高到强化后的175 HV,有效强化层深度约为100 μm;经激光冲击强化后,焊缝区呈现残余压缩应力,最大残余压应力为-200 MPa;9组焊接接头试样的平均疲劳寿命为675 937周,约为强化前疲劳寿命（262 297周）的2.6倍;疲劳裂纹萌生位置从具有高度应力集中的表面缺陷转移至强化层以下的亚表面,进而有效地提高了疲劳裂纹的形核寿命。     

某空心风扇叶尖进气道封焊疲劳失效研究

针对某空心风扇叶片叶尖在高循环疲劳试验中异常失效的现象,应力分布测试和振动仿真分析表明应力集中部位与失效位置不符,断口分析结果表明裂纹萌生于叶尖的通气孔封焊部位,磨除进气道封焊层的叶片试验验证表明失效源于叶尖进气道焊接缺陷。基于失效机理分析及验证,确定失效源于加工环节焊接工艺选择不当且焊接控制不良,因此制定了更换封焊工艺为电子束焊和CT检测环节的改进措施。     

300M超高强度钢及其电子束焊接接头高周疲劳断裂机制研究

测试了300M钢母材及电子束焊接接头高周疲劳性能,并结合断口宏/微观形貌分析了其高周疲劳断裂机制。结果表明:焊接接头高周疲劳性能低于母材的疲劳性能。母材试样表面微观缺陷以及硬脆的非金属夹杂Ti(C,N)粒子是诱导其疲劳微裂纹形成的两大因素。通过对电子来焊接接头高周疲劳断裂机制的分析认为:一方面,焊缝柱状晶结合强度低;另一方面,焊缝柱状晶粗大,晶面平直,且分布方向不一,在外加载荷作用下应变不协调,使沿最大切应力方向分布的柱状晶在低循环次数下即沿晶界开裂形成疲劳微裂纹。     

摩擦系数对燕尾榫微动疲劳特性的影响

在燕尾榫连接接头的微动疲劳特性分析中,考虑接触表面质量,即摩擦系数的影响.给出了摩擦系数对接头应力水平、摩擦功和微动磨损参数之间的关系.分析表明：按照传统方法,将摩擦系数取为常数时所确定的裂纹萌生位置偏于危险,由于摩擦系数的变化,裂纹既可能在榫头上萌生,也可能在榫槽上萌生;摩擦系数对接头的切向应力和摩擦功等参数也有一定的影响.     

氩弧焊接接头疲劳寿命预测

对TA15钛合金板材进行氩弧焊对接焊后,加工成光滑疲劳试件进行R=0.5,0.06的高周疲劳SN曲线测试。试验后对试样断口进行扫描电镜(SEM)分析发现,疲劳源大多位于焊接区域的气孔或夹杂等焊接缺陷处。以焊接处微观结构缺陷尺寸作为初始裂纹尺寸,采用基于裂纹闭合的全寿命预测模型,以焊接区域不同位置的长裂纹扩展速率曲线作为基线,利用J.C.Newman的FASTRANII软件对焊接接头试件的疲劳寿命进行预测,发现采用焊缝边缘处的长裂纹扩展曲线预测结果与试验结果吻合较好。     

TiAl/TiAl、TiAl/TC4真空电子束焊接头组织及缺陷分析

采用电子束焊接方法对航空航天用的新型结构材料TiAl合金的自体及与TC4的异体对接接头进行了焊接试验,并利用光学金相和元素能谱分析方法(EDS)对TiAl/TiAl及TiAl/TC4电子束焊接接头的组织结构和连接状况进行了研究.研究结果表明TiAl/TiAl的焊缝组织为铸态TiAl柱状晶组织,焊缝内部及熔合线热影响区附近有大量冷裂纹产生,接头强度恶化;过高的焊接速度及粗晶的TiAl母材是导致TiAl/TiAl接头中产生裂纹的主要原因;TiAl/TC4焊缝为近Ti3Al的支晶混合组织,因TiAl与TiAl相比具有较好的延塑性,从而使TiAl/TC4焊缝的抗裂性能提高,接头中未见有冷裂纹出现,这说明TiAl/TC4接头拥有比TiAl/TiAl接头更好的电子束焊接性.     

基于数字图像相关的预腐蚀2024-T4铝合金疲劳开裂实验研究

通过三维数字图像相关(3D-DIC)方法研究预腐蚀2024-T4铝合金在三种不同最大应力水平和应力比下的疲劳开裂行为。通过应变场演化直观地显示裂纹萌生和扩展的时空特征,并通过扫描电镜观测关键损伤区域的断裂微观形貌。结果表明:试样边缘的局部腐蚀促进了疲劳裂纹萌生,影响了裂纹的形核位置,并引起材料氢脆现象;疲劳裂纹扩展方向与加载方向呈60°~68°角,表明疲劳裂纹扩展可以用KⅠ/KⅡ混合模式来描述;预腐蚀铝合金疲劳失效存在单裂纹断裂、多裂纹联合、多裂纹竞争和多裂纹平行扩展4种典型的失效模式。     

线性摩擦焊整体叶盘焊缝结构设计及试验

主要针对线性摩擦焊制备整体叶盘的方法,利用在研发动机结构形式,设计了模拟样件;结合焊接设备、焊接夹具现状,设计了多种焊接接头,并进行了分析择优;采用强度分析和振动分析等手段,确定了焊缝位置范围;通过模拟样件的振动疲劳试验,对不同焊缝位置进行了性能评价,获得了较优的焊缝位置,为后续开展整体叶盘线性摩擦焊研究提供技术支持.设计和性能考核试验表明,焊缝位置在43 mm处较优.     

TC2钛合金焊接接头组织与疲劳断裂性能研究

通过金相、硬度、拉伸以及疲劳实验,分析了TC2钛合金焊接接头显微组织结构、硬度分布规律及拉伸、疲劳性能,并综合疲劳断口特征,进一步分析了焊接接头光滑试样的疲劳性能与影响因素。结果表明,焊缝区为α α′相的魏氏组织,热影响区为α α′ 少量β相的魏氏组织,母材为α β相的等轴组织。焊缝区的硬度高于母材50HV,塑性较差,由于焊缝内几何不连续缺陷的存在使其疲劳性能较低;热影响区的硬度较低,塑性较好,其拉伸强度是焊接接头部位的最薄弱区,但却有较好的疲劳性能。     

DD6 单晶合金涡轮转子叶片裂纹与内腔等轴晶成因研究

为排除某航空发动机DD6单晶合金涡轮转子叶片振动试验过程中出现异常裂纹的故障,开展了裂纹外观检查、断口宏观和微观形貌分析、表面检查、解剖分析、显微组织检查、成分分析及应力分布计算等工作,对故障叶片失效原因及内腔局部区域的等轴晶成因和机理进行研究。结果表明:DD6单晶合金涡轮转子叶片裂纹性质为高周疲劳,裂纹过早萌生与叶片内腔存在等轴晶有直接关系,且附近存在无枝晶的异常组织也促进了疲劳裂纹的萌生及扩展。同时,等轴晶在叶片使用之前已存在,是由于内腔工艺孔处的高温合金焊料遗留,高温真空焊接时形成易形核质点。建议加强对叶片内腔生产质量的控制,并对叶片内腔工艺孔附近危险部位进行严格检查,避免此类故障再次发生。     

某型训练弹辅助吊挂裂纹失效分析

本文对某型训练弹上辅助吊挂出现的裂纹进行了分析,结果表明,辅助吊挂失效机制为低周大应力疲劳失效,裂纹源位于辅助吊挂与壳体连接部位直角根部应力集中处,该部位的直角过渡及较粗的加工刀纹是导弹吊挂在挂飞服役中发生疲劳失效的主要原因.     

TC11与TC17异质钛合金线性摩擦焊连接机理研究

为了探明TC11与TC17异质钛合金线性摩擦焊接头连接机理,采用扫描电镜来研究接头不同位置的微观形貌。结果表明,在振幅为3mm、频率为40Hz、摩擦压力为66.7MPa、摩擦时间为2s的条件下,在接头表面表现为"摩擦磨损"特征。在距接头表面2.5mm处,接头具有"粘着剪切"特征,且原始摩擦界面上有微孔存在,TC11钛合金发生了动态再结晶,而TC17未发生动态再结晶。在距接头表面5mm处,界面上有微孔存在,且在TC17焊缝与热机械影响区(TMAZ)交界处产生裂纹。在距接头表面7.5mm处,原始摩擦界面无微孔存在,在TC17焊缝与TMAZ交界处有裂纹存在。在距接头表面10mm处,接头内无缺陷存在。接头内不同位置的形貌在一定程度上反映了接头的形成过程。