低能激光冲击对Hastelloy合金C-276焊缝机械完整性的(3)
3.2.2 焊接和LSPwC条件下的拉伸性能
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HastelloyC276接头在未开启条件下进行了拉伸试验,以了解其机械行为,拉伸失效的照片如图12(a)所示。采用UNS N06022和UNS N06686填料时,Hastelloy合金C-276焊缝的接头强度分别为799和805?MPa。虽然HastelloyC-276接头的抗拉强度与母材(792?MPa)基本相同或略高于母材(792?MPa),但接头的抗拉破坏主要发生在熔合区。与Manikandan等人(2015)的早期工作相比,使用过合金填充剂提高了接头强度,结果更大。在UNS N06686焊件中,以微观偏析形式存在的二次相是裂纹的起裂点,有利于裂纹的扩展。从x射线衍射分析的残余应力分布可以看出,两个焊接接头的熔合区均以拉应力为主。这是一个合理的理由,以排除拉伸失效在焊接区域。熔合区的应力变化也反映在硬度数据中。
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图12 a)HastelloyC-276焊接接头的照片显示了焊接条件下熔合区拉伸失效。b)HastelloyC-276焊接接头的照片显示了HastelloyC-276母材在LSPwC条件下的拉伸失效。
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相反,HastelloyC276焊缝的抗拉强度在激光喷击后显著提高,这一次母材的抗拉失效中出现了完全漂移(图12(b))。激光脉冲密度分别为2500和7500?/cm2时,UNS N06022和UNS N06686的焊接接头拉伸强度分别为840、832?MPa和822、810?MPa。激光喷丸处理后,焊接接头的屈服强度明显高于未喷丸处理和候选金属处理。焊接接头的机械强度得到了很大程度的提高,作者认为,这种拉伸性能的提高可能是由于激光脉冲在不同深度获得了适当的应力阶梯,使残余应力得到了重新平衡。Chen等(2014)和Zhang等(2011)观察到了合金800H焊缝和ANSI 304不锈钢焊缝在采用双喷焊LSP时的拉伸性能的类似进展。
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此外,激光喷丸在表面产生的强烈的局部永久变形也会导致位错密度的增加和堆积。由此可知,激光喷丸焊件具有较强的抗拉强度倾向,这相当于降低了载荷,从而提高了屈服强度和抗拉强度。Ren et al.(2011)也报道了类似的发现。此外,HastelloyC-276具有面心立方(FCC)晶体结构,由于滑移系统较多,容易发生滑移。然而,在喷丸强化过程中,由于受到高速冲击、长滑移的冲击脉冲的影响,时间不够,因此会发生更多的位错纠缠和晶粒孪晶。透射电镜的应用为我们提供了更多的证据和更清晰的认识,这是目前研究中所没有的。表7给出了HastelloyC-276焊缝在未喷砂和LSPwC条件下的机械完整性的分析和比较。
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表7 HastelloyC-276接头PCGTAW焊件在未喷砂和LSPwC条件下的平均拉伸性能。
未喷焊条件下焊缝的SEM断口形貌如图13所示。从断口形貌特征可以看出,UNS N06022焊缝是延性破坏,主要表现为微观和宏观空洞的存在。采用UNS N06686对焊接接头进行扫描电镜断口形貌观察,发现熔合基体中存在裂纹区,二次相片分散在熔合基体中。如前所述,UNS N06686焊件中出现的微观偏析是裂纹萌生和扩展的部位。由于这些失效均发生在焊件母材处,是由于激光喷丸作用造成的,因此没有必要提供焊缝的断口特征。
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图13 SEM断口图显示了在焊接状态下,未喷砂状态下使用(a) UNS N06022和(b) UNS N06686填料进行拉伸测试的HastelloyC276。
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3.2.3 冲击和弯曲试验
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采用Charpy v型缺口冲击试验机对未喷砂和LSPwC条件下的焊接接头进行了缺口韧性研究,结果如表6所示。结果表明,与母材相比,两种接头在焊接条件下的缺口冲击韧性值略低。采用UNS N06686的焊缝冲击韧性(56?±?2.5?J)低于采用UNS N06022的焊缝(65?±?3.6 J)。UNS N06686焊缝缺口冲击韧性的降低主要是由于显微偏析的影响,在破坏过程中出现了完全断裂。而采用UNS N06022的焊缝会导致v形缺口变形(图14),并且在施加冲击载荷时具有较高的能量吸收。XRD结果表明,两种接头的韧性值略有下降,这与不均匀应力的出现有关,尤其是在熔合区占主导地位的拉应力。
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图14 采用UNS N06022和UNS N06686在(a)未喷砂和(b) LSPwC条件下对HastelloyC-276 PCGTA焊缝进行冲击测试。
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另一方面,LSPwC对焊接接头的冲击韧性有一个合理的提升。表8的结果表明,激光喷丸焊后的所有壳体的缺口韧性都优于母材。UNS N06022焊缝的冲击韧性值分别提高了29%和21%;而在UNS N06686焊缝中,当脉冲密度分别为2500和7500?脉冲/cm2时,与母材相比,这一比例分别为17%和14%。激光冲击冲击韧性的提高是由于残余压应力的存在和HastelloyC-276接头焊缝区位错密度的普遍存在,残余x射线衍射分析进一步证实了这一点。认为激光喷丸强化产生的残余压应力能有效地抑制裂纹的扩展,从而提高冲击韧性。这些观察结果与魏光等(2016)的研究结果很好地吻合。
文章来源:《机械强度》 网址: http://www.jxqdzzs.cn/zonghexinwen/2022/0227/963.html
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