通過對比分析直接超聲沖擊、普通熱處理加超聲沖擊及真空熱處理加超聲沖擊對Q345B鋼焊接接頭疲勞壽命的影響,探討了熱處理加超聲沖擊復(fù)合處理對焊接接頭疲勞性能的作用機制.結(jié)果表明,普通熱處理加超聲沖擊相較于直接超聲沖擊,焊接接頭的焊接殘余應(yīng)力雖然有所消除,但由于材料軟化使沖擊產(chǎn)生的壓應(yīng)力降低及表面氧化使形成疊型缺陷的風(fēng)險提高,疲勞性能有所降低,且隨熱處理保溫時間延長,疲勞性能降低得越明顯;真空熱處理加超聲沖擊焊接接頭雖然也存在材料軟化,但由于不發(fā)生表面氧化加上殘余拉應(yīng)力消除,相較于直接超聲沖擊焊接接頭的疲勞壽命有所提高,且疲勞破壞位置由焊趾轉(zhuǎn)移到母材或焊根. 

【文章來源】：焊接學(xué)報. 2020,41(04)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

疲勞試件尺寸(mm)

疲勞試件焊接后，根據(jù)AWS D1.1-D1.1M-2015Structural Welding Code-Steel中規(guī)定的消應(yīng)力退火熱處理工藝消除焊接殘余應(yīng)力.熱處理分為3組：普通熱處理保溫2 h、普通熱處理保溫4 h、真空熱處理保溫2 h，其中保溫2 h的熱處理工藝曲線如圖2所示(熱處理保溫4 h僅在保溫時間延長2 h，其它參數(shù)不變).熱處理后，采用天津大學(xué)自行研制的超聲沖擊設(shè)備對試件焊趾部位進(jìn)行超聲沖擊處理.超聲沖擊處理參數(shù)為：振幅36μm，頻率17.9 kHz，沖擊速度40 mm/min，單根沖擊針直徑3 mm.疲勞試驗在GPS300型疲勞試驗機上進(jìn)行，應(yīng)力比R=0.1.疲勞試件共分4組：A組為超聲沖擊態(tài)、B組為普通熱處理2 h加超聲沖擊態(tài)、C組為普通熱處理4 h加超聲沖擊態(tài)、D組為真空熱處理2 h加超聲沖擊態(tài).當(dāng)試件的循環(huán)次數(shù)達(dá)到1×107周次，即停止疲勞試驗，認(rèn)為試件達(dá)到疲勞極限，不再發(fā)生斷裂.采用顯微硬度計測試焊趾斷面沿厚度方向的硬度，從焊趾近表面開始至心部每隔0.125 mm測試一個點，加載載荷為1 N，保載時間為15 s.采用MTS型萬能試驗機測試各組試件的拉伸性能，拉伸試樣為?5 mm×35 mm圓棒試樣，拉伸速度為2 mm/min.為了分析各組試件經(jīng)超聲沖擊后殘余應(yīng)力的變化規(guī)律，采用PROTO-IXRD-MG40型殘余應(yīng)力測試儀測試距焊趾2～3 mm處的殘余應(yīng)力.同時，為了分析普通熱處理和真空熱處理后表面形貌的變化，采用Olympus GX51型光學(xué)顯微鏡及JEOL7800F型掃描電子顯微鏡(SEM)觀察超聲沖擊態(tài)、普通熱處理2 h加超聲沖擊態(tài)、普通熱處理4 h加超聲沖擊沖擊態(tài)和真空熱處理2 h加超聲沖擊態(tài)試件焊趾斷面的微觀組織形貌，腐蝕液為為4%(體積分?jǐn)?shù))的硝酸酒精溶液.

按照IIW document XIII-2151r1-07/XV-1254r1-07Recommendations for Fatigue Design of Welded Joints and Components中鋼結(jié)構(gòu)循環(huán)加載疲勞設(shè)計規(guī)范的統(tǒng)計方法對疲勞數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得到4組試件的S-N曲線如圖3所示，并計算平均疲勞強度(50%存活率，循環(huán)2×106周次失效對應(yīng)的應(yīng)力范圍)，擬合及計算結(jié)果如表3所示.由圖3及表3可以看出，超聲沖擊態(tài)試件的平均疲勞強度246 MPa，相對于直接超聲沖擊試件的疲勞強度，普通熱處理2 h加超聲沖擊態(tài)試件的平均疲勞強度降低2.8%，普通熱處理4 h加超聲沖擊態(tài)試件的疲勞強度降低6.5%，而真空熱處理2 h加超聲沖擊態(tài)試件的疲勞壽命高于其它3組，在應(yīng)力范圍為260 MPa下，接頭的疲勞壽命相較于直接超聲沖擊態(tài)提高了59.4%，相較于普通熱處理2 h加超聲沖擊態(tài)提高了141.7%.疲勞試驗結(jié)果表明，與直接超聲沖擊相比，普通熱處理加超聲沖擊復(fù)合處理試件的疲勞性能有所降低，且隨熱處理保溫時間延長，疲勞性能降低越明顯；而真空熱處理加超聲沖擊復(fù)合處理有利于進(jìn)一步提高疲勞性能.此外，直接超聲沖擊處理和普通熱處理加超聲沖擊復(fù)合處理后試件的起裂位置均在焊趾處；而真空熱處理加超聲沖擊態(tài)試件，只有兩個試樣起裂位置位于焊趾處，且均為高應(yīng)力區(qū)，其余均為非焊趾起裂，起裂位置為母材或焊根，如圖4所示.由此可知，真空熱處理加超聲沖擊態(tài)試件相較于直接超聲沖擊態(tài)試件，不僅疲勞壽命有所提高，而且疲勞起裂位置由焊趾向母材或焊根轉(zhuǎn)移.

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]焊接殘余應(yīng)力在熱處理過程中的演變[J]. 蔣文春,王炳英,鞏建鳴.  焊接學(xué)報. 2011(04)
[2]超聲沖擊對焊接結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力的影響[J]. 饒德林,陳立功,倪純珍,朱政強.  焊接學(xué)報. 2005(04)
[3]超聲沖擊法提高低碳鋼焊接接頭疲勞強度的研究[J]. 王東坡,霍立興,張玉鳳,楊新歧,荊洪陽.  機械強度. 1999(04)



本文編號：3257076