焊趾處理工藝對10ni5crmov鋼低周疲勞性能的影響

《焊趾處理工藝對10ni5crmov鋼低周疲勞性能的影響》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在應(yīng)用文檔-天天文庫。

1、焊趾處理工藝對10Ni5CrMoV鋼低周疲勞性能的影響薛鋼,鄧晚平,王任甫(洛陽船舶材料研究所,洛陽471039)摘要:對原始焊態(tài)、焊趾氬弧熔修、焊趾打磨和焊趾針擊處理的10Ni5CrMoV鋼堆焊試板分別進(jìn)行了四點(diǎn)彎曲低周疲勞試驗(yàn)、焊接殘余應(yīng)力測量和焊趾應(yīng)力集中系數(shù)計(jì)算.結(jié)果表明,焊趾氬弧熔修對低周疲勞性能改善作用明顯,疲勞壽命提高幅度平均達(dá)98%;焊趾打磨對低周疲勞性能無明顯改善作用;焊趾針擊處理對低周疲勞性能有一定改善,但改善幅度不如焊趾氬弧熔修,其對疲勞壽命的提高幅度平均為45%.對低周疲勞壽命、殘余應(yīng)力和應(yīng)力集中

2、系數(shù)的綜合分析結(jié)果表明,應(yīng)力集中是影響焊接接頭低周疲勞性能的關(guān)鍵因素,改善應(yīng)力集中是提高焊接接頭低周疲勞性能的有效途徑.關(guān)鍵詞:氬弧熔修;打磨;針擊;低周疲勞中圖分類號:TG441.8文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:0253-360X(2010)03-0105-04薛鋼構(gòu)用鋼10Ni5CrMoV(實(shí)際屈服強(qiáng)度為845MPa)及配套的實(shí)芯氣保焊絲.為了獲得合適的焊道和焊趾,焊接件采用平板堆焊的方式制備,試板尺寸為2000mm×480mm,在寬度中心沿長度方向采用焊接小車進(jìn)行單道堆焊,焊接工藝參數(shù)如表1所示.共焊接4塊試板.對其中的

3、3塊試板分別進(jìn)行焊趾氬弧熔修處理、焊趾打磨處理和焊趾針擊處理,處理0序言焊接接頭的疲勞破壞是焊接鋼結(jié)構(gòu)失效的重要形式[1],因而對焊接接頭疲勞性能的改善一直以來都是研究熱點(diǎn).多年來,研究人員提出了多種焊趾處理工藝措施如打磨、氬弧熔修、錘擊、針擊、噴丸、低相變點(diǎn)焊條熔修等,并對各種工藝對接頭疲勞性能的改善效果及其作用機(jī)理進(jìn)行了大量的研究[1-9],取得了較大的進(jìn)展.在此基礎(chǔ)上,國際焊接協(xié)會制定了相應(yīng)的焊趾處理工藝參數(shù),其中主要推薦打磨、氬弧熔修、錘擊、針擊工藝[10].從大量的研究結(jié)果來看,對于常用的一般強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)鋼而言,

4、上述焊后處理工藝均能有效提高焊接接頭的疲勞強(qiáng)度,但研究主要集中在較高的疲勞壽命區(qū)域內(nèi),而焊趾處理工藝對高強(qiáng)鋼的低周疲勞性能的影響則研究相對較少.文中研究了氬弧熔修、打磨和針擊三種焊趾處理工藝對屈服強(qiáng)度大于785MPa級別的10Ni5CrMoV鋼低周疲勞性能的影響.[10]工藝參照相應(yīng)的IIW文件.表1焊接工藝參數(shù)Table1Weldingparameters焊接速度v/(cm·min-1)電源類型保護(hù)氣體焊接電流I/A電弧電壓U/V直流反接Ar+5%CO2180～20035～3830從原始焊態(tài)和經(jīng)不同焊趾處理的試板上截取

5、加工疲勞試樣,經(jīng)加工后的疲勞試樣尺寸為480mm×80mm,采用四點(diǎn)彎曲的加載方式進(jìn)行疲勞試驗(yàn)以6測定疲勞壽命小于10次循環(huán)條件下的S—N曲線.加載方式、支點(diǎn)與載荷位置、彎矩如圖1所示.該加載方式在兩加載點(diǎn)中間部位產(chǎn)生相同的彎矩,最大名義應(yīng)力按矩形截面梁計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算[11].疲勞試驗(yàn)在INSTRON—1343電液伺服材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行,采用載荷控制,頻率為2～10Hz,應(yīng)力比為011.采用2904—A1型X射線應(yīng)力儀對原始焊態(tài)和1試驗(yàn)方法試驗(yàn)材料采用板厚為16mm的高強(qiáng)度船體結(jié)收稿日期:2008-10-20106焊接學(xué)

6、報(bào)第31卷圖1疲勞加載示意圖Fig11Diagramoffatigueloading經(jīng)不同焊趾處理工藝獲得的疲勞試樣寬度中心的焊趾部位進(jìn)行殘余應(yīng)力測量;對原始焊態(tài)和經(jīng)不同焊趾處理工藝處理后的焊趾形狀參數(shù)進(jìn)行測量,按照測量所得的形狀參數(shù)采用線彈性有限元方法計(jì)算應(yīng)力集中系數(shù).2試驗(yàn)結(jié)果與分析2.1不同焊趾處理工藝對S—N曲線的影響對不同焊趾處理工藝條件下試樣的疲勞S—N曲線進(jìn)行了擬合,方程(1)～方程(4)所示分別為原始焊態(tài)、焊趾氬弧熔修、焊趾打磨處理和焊趾針擊處理四種狀態(tài)下的S—N曲線擬合方程。不同焊趾處理工藝對S—N曲線

7、的影響具體如下.焊趾氬弧熔修有效改善了低周疲勞性能,使S—N曲線右移,如圖2所示,據(jù)統(tǒng)計(jì),在所有試驗(yàn)的載荷級別條件下疲勞壽命提高幅度達(dá)40%～128%,平均增幅達(dá)98%;焊趾打磨處理對低周疲勞性能未有明顯改善,其S—N曲線與原始焊態(tài)條件下基本重合,如圖3所示;焊趾針擊處理能在一定程度上改善低周疲勞性能,使S—N曲線右移,如圖4所示,但對不同載荷級別下的疲勞壽命提高幅度不如焊趾氬弧熔修工藝明顯,在試驗(yàn)條件下,其提高幅度為20%～83%,平均增幅為45%.3.3911=1.1181×10143.1615=5.0755×101

8、33.4882=2.0833×10143.3347=1.1573×1014NfσmaxNfσmaxNfσmaxNfσmax(1)(2)(3)(4)果如表2所示,其中橫向?yàn)榇怪庇诤傅婪较?縱向?yàn)槠叫杏诤傅婪较?原始焊態(tài)焊趾部位兩個方向的殘余應(yīng)力均為拉應(yīng)力;焊趾氬弧熔修試樣焊趾處橫向殘余應(yīng)力測試值為較高的壓應(yīng)力,但縱向?yàn)?/p>