不銹鋼搭接激光非熔透焊接頭疲勞性能的研究

朱立紅　于英飛　郭濤　馮業坤++朱家寧　黃省三

摘 要：隨著不銹鋼軌道客車的不斷發展，目前車體焊裝中主要采用的電阻點焊技術將會逐漸被激光焊接取代。該文針對SUS301L奧氏體不銹鋼搭接激光非熔透焊接頭進行疲勞性能研究，通過數據處理建立并繪制了接頭的S-N曲線，以此對不銹鋼搭接激光焊接頭的疲勞性能進行分析與研究。

關鍵詞：激光焊 SUS301L奧氏體不銹鋼 S-N曲線 疲勞性能

中圖分類號：TQ639 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）04（c）-0001-03

近幾十年來，由于疲勞破壞而導致的災難性事故頻繁發生，為滿足現代工業發展的需要，人們越來越重視疲勞破壞的影響。隨著工業的發展，新的工程結構和新材料的使用帶來了疲勞研究的新課題，加上疲勞研究原來就存在的問題，疲勞研究將賦予新的意義[1]。該研究即是根據疲勞研究的新趨勢，針對客車公司實際生產中面臨的技術難題而進行的新型研究。

1 試驗參數的設定

該文根據前期的激光焊接試驗，選擇焊接最優參數為：激光功率2.0 kW、焊接速度22 mm/s、離焦量0.5 mm[2]。試驗選取了激光功率、焊接速度兩個焊接參數見表1。

采用“二因素 三水平”的研究方法做正交試驗表，并通過拉伸試驗得到激光焊接頭的力學性能，所得試驗結果列于表2。

說明：方案三所得的實驗數據經分析不合理，所以舍棄。

2 激光焊接頭疲勞性能分析與研究

2.1 疲勞試驗方法

在某些情況下需要通過疲勞試驗來確立元件、結構件或材質的疲勞強度曲線，國際焊接學會推薦S-N數據以圖形表示。此時，其橫坐標為以對數形式示出的循環次數，而縱坐標為以對數示出的應力范圍[4]。而本實驗采用的是以最大拉剪載荷（Fmax）及拉剪載荷范圍（F0.1）表征的激光焊接頭S-N曲線。

2.2 激光焊接頭疲勞性能測試

激光焊接頭疲勞性能試驗依據GB/T 13816-92標準進行。根據技術要求，SUS301L系奧氏體不銹鋼板搭接的板厚組合為1+2 mm，疲勞試樣尺寸見圖1。試驗條件：采用拉-拉加載方式；循環應力比為r=0.1；加載頻率為130 Hz；在室溫、空氣介質中進行接頭疲勞性能測試；約定在107周次循環時仍未起裂的拉剪疲勞載荷為條件疲勞載荷。焊接接頭的疲勞性能采用GPS-200型疲勞試驗機，按照擬定的試驗參數進行疲勞試驗。疲勞試驗數據如表3、表4所示。

2.3 試驗數據處理及疲勞性能分析

用最大拉剪載荷（Fmax）及拉剪載荷范圍（F0.1）表征的激光焊接頭S-N曲線如圖2所示。基于圖2的試驗結果，可以得到以下結論：

（a）在激光焊接線能量=0.8636 kJ/cm的條件下，焊接接頭的疲勞載荷為：3.9 kN（最大拉剪載荷）、3.51 kN（拉剪載荷范圍）。

（b）在激光焊接線能量=0.9091 kJ/cm的條件下，焊接接頭的疲勞載荷為：4.0 kN（最大拉剪載荷）、3.60 kN（拉剪載荷范圍）。

圖3為不同線能量下激光焊接頭疲勞斷裂位置。可以看出，在兩種不同的線能量下疲勞裂紋均萌生于上板、下板與焊縫的交匯處。在高載荷條件下，疲勞裂紋在焊縫和下板中擴展；在中、低載荷條件下，疲勞裂紋在下板中擴展，擴展方向近似垂直于板厚的方向，斷裂發生在2 mm厚的下板。

3 結語

該文以SUS301L奧氏體不銹鋼為研究對象，選取了不同線能量下激光焊接頭進行疲勞性能試驗。通過數據處理建立并繪制接頭的S-N曲線，對S-N曲線進行分析，得到了不同線能量下，激光焊接頭的疲勞載荷（最大拉剪載荷及拉剪載荷范圍），并對接頭疲勞斷裂位置進行了研究，得到不同載荷條件下接頭疲勞斷裂的位置的規律。

參考文獻

[1] 崔約賢，王長利.金屬斷口分析四[M].北京：機械工業出版社，1998.

[2] 陳慶雷.SUS301L奧氏體不銹鋼激光焊接頭組織與力學性能的研究[D].吉林大學，2012.

[3] R.V.Duhamel，C.M.Banas.Laser in materials processing：Laser weldi ng of steels and nickel alloys[C].American Society of Metals，1983.

[4] 霍立興.焊接結構的斷裂行為及評定[M].北京：機械工業出版社，2000.endprint

摘 要：隨著不銹鋼軌道客車的不斷發展，目前車體焊裝中主要采用的電阻點焊技術將會逐漸被激光焊接取代。該文針對SUS301L奧氏體不銹鋼搭接激光非熔透焊接頭進行疲勞性能研究，通過數據處理建立并繪制了接頭的S-N曲線，以此對不銹鋼搭接激光焊接頭的疲勞性能進行分析與研究。

關鍵詞：激光焊 SUS301L奧氏體不銹鋼 S-N曲線 疲勞性能

中圖分類號：TQ639 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）04（c）-0001-03

近幾十年來，由于疲勞破壞而導致的災難性事故頻繁發生，為滿足現代工業發展的需要，人們越來越重視疲勞破壞的影響。隨著工業的發展，新的工程結構和新材料的使用帶來了疲勞研究的新課題，加上疲勞研究原來就存在的問題，疲勞研究將賦予新的意義[1]。該研究即是根據疲勞研究的新趨勢，針對客車公司實際生產中面臨的技術難題而進行的新型研究。

1 試驗參數的設定

該文根據前期的激光焊接試驗，選擇焊接最優參數為：激光功率2.0 kW、焊接速度22 mm/s、離焦量0.5 mm[2]。試驗選取了激光功率、焊接速度兩個焊接參數見表1。

采用“二因素 三水平”的研究方法做正交試驗表，并通過拉伸試驗得到激光焊接頭的力學性能，所得試驗結果列于表2。

說明：方案三所得的實驗數據經分析不合理，所以舍棄。

2 激光焊接頭疲勞性能分析與研究

2.1 疲勞試驗方法

在某些情況下需要通過疲勞試驗來確立元件、結構件或材質的疲勞強度曲線，國際焊接學會推薦S-N數據以圖形表示。此時，其橫坐標為以對數形式示出的循環次數，而縱坐標為以對數示出的應力范圍[4]。而本實驗采用的是以最大拉剪載荷（Fmax）及拉剪載荷范圍（F0.1）表征的激光焊接頭S-N曲線。

2.2 激光焊接頭疲勞性能測試

激光焊接頭疲勞性能試驗依據GB/T 13816-92標準進行。根據技術要求，SUS301L系奧氏體不銹鋼板搭接的板厚組合為1+2 mm，疲勞試樣尺寸見圖1。試驗條件：采用拉-拉加載方式；循環應力比為r=0.1；加載頻率為130 Hz；在室溫、空氣介質中進行接頭疲勞性能測試；約定在107周次循環時仍未起裂的拉剪疲勞載荷為條件疲勞載荷。焊接接頭的疲勞性能采用GPS-200型疲勞試驗機，按照擬定的試驗參數進行疲勞試驗。疲勞試驗數據如表3、表4所示。

2.3 試驗數據處理及疲勞性能分析

用最大拉剪載荷（Fmax）及拉剪載荷范圍（F0.1）表征的激光焊接頭S-N曲線如圖2所示。基于圖2的試驗結果，可以得到以下結論：

（a）在激光焊接線能量=0.8636 kJ/cm的條件下，焊接接頭的疲勞載荷為：3.9 kN（最大拉剪載荷）、3.51 kN（拉剪載荷范圍）。

（b）在激光焊接線能量=0.9091 kJ/cm的條件下，焊接接頭的疲勞載荷為：4.0 kN（最大拉剪載荷）、3.60 kN（拉剪載荷范圍）。

圖3為不同線能量下激光焊接頭疲勞斷裂位置。可以看出，在兩種不同的線能量下疲勞裂紋均萌生于上板、下板與焊縫的交匯處。在高載荷條件下，疲勞裂紋在焊縫和下板中擴展；在中、低載荷條件下，疲勞裂紋在下板中擴展，擴展方向近似垂直于板厚的方向，斷裂發生在2 mm厚的下板。

3 結語

該文以SUS301L奧氏體不銹鋼為研究對象，選取了不同線能量下激光焊接頭進行疲勞性能試驗。通過數據處理建立并繪制接頭的S-N曲線，對S-N曲線進行分析，得到了不同線能量下，激光焊接頭的疲勞載荷（最大拉剪載荷及拉剪載荷范圍），并對接頭疲勞斷裂位置進行了研究，得到不同載荷條件下接頭疲勞斷裂的位置的規律。

參考文獻

[1] 崔約賢，王長利.金屬斷口分析四[M].北京：機械工業出版社，1998.

[2] 陳慶雷.SUS301L奧氏體不銹鋼激光焊接頭組織與力學性能的研究[D].吉林大學，2012.

[3] R.V.Duhamel，C.M.Banas.Laser in materials processing：Laser weldi ng of steels and nickel alloys[C].American Society of Metals，1983.

[4] 霍立興.焊接結構的斷裂行為及評定[M].北京：機械工業出版社，2000.endprint

摘 要：隨著不銹鋼軌道客車的不斷發展，目前車體焊裝中主要采用的電阻點焊技術將會逐漸被激光焊接取代。該文針對SUS301L奧氏體不銹鋼搭接激光非熔透焊接頭進行疲勞性能研究，通過數據處理建立并繪制了接頭的S-N曲線，以此對不銹鋼搭接激光焊接頭的疲勞性能進行分析與研究。

關鍵詞：激光焊 SUS301L奧氏體不銹鋼 S-N曲線 疲勞性能

中圖分類號：TQ639 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）04（c）-0001-03

近幾十年來，由于疲勞破壞而導致的災難性事故頻繁發生，為滿足現代工業發展的需要，人們越來越重視疲勞破壞的影響。隨著工業的發展，新的工程結構和新材料的使用帶來了疲勞研究的新課題，加上疲勞研究原來就存在的問題，疲勞研究將賦予新的意義[1]。該研究即是根據疲勞研究的新趨勢，針對客車公司實際生產中面臨的技術難題而進行的新型研究。

1 試驗參數的設定

該文根據前期的激光焊接試驗，選擇焊接最優參數為：激光功率2.0 kW、焊接速度22 mm/s、離焦量0.5 mm[2]。試驗選取了激光功率、焊接速度兩個焊接參數見表1。

采用“二因素 三水平”的研究方法做正交試驗表，并通過拉伸試驗得到激光焊接頭的力學性能，所得試驗結果列于表2。

說明：方案三所得的實驗數據經分析不合理，所以舍棄。

2 激光焊接頭疲勞性能分析與研究

2.1 疲勞試驗方法

在某些情況下需要通過疲勞試驗來確立元件、結構件或材質的疲勞強度曲線，國際焊接學會推薦S-N數據以圖形表示。此時，其橫坐標為以對數形式示出的循環次數，而縱坐標為以對數示出的應力范圍[4]。而本實驗采用的是以最大拉剪載荷（Fmax）及拉剪載荷范圍（F0.1）表征的激光焊接頭S-N曲線。

2.2 激光焊接頭疲勞性能測試

激光焊接頭疲勞性能試驗依據GB/T 13816-92標準進行。根據技術要求，SUS301L系奧氏體不銹鋼板搭接的板厚組合為1+2 mm，疲勞試樣尺寸見圖1。試驗條件：采用拉-拉加載方式；循環應力比為r=0.1；加載頻率為130 Hz；在室溫、空氣介質中進行接頭疲勞性能測試；約定在107周次循環時仍未起裂的拉剪疲勞載荷為條件疲勞載荷。焊接接頭的疲勞性能采用GPS-200型疲勞試驗機，按照擬定的試驗參數進行疲勞試驗。疲勞試驗數據如表3、表4所示。

2.3 試驗數據處理及疲勞性能分析

用最大拉剪載荷（Fmax）及拉剪載荷范圍（F0.1）表征的激光焊接頭S-N曲線如圖2所示。基于圖2的試驗結果，可以得到以下結論：

（a）在激光焊接線能量=0.8636 kJ/cm的條件下，焊接接頭的疲勞載荷為：3.9 kN（最大拉剪載荷）、3.51 kN（拉剪載荷范圍）。

（b）在激光焊接線能量=0.9091 kJ/cm的條件下，焊接接頭的疲勞載荷為：4.0 kN（最大拉剪載荷）、3.60 kN（拉剪載荷范圍）。

圖3為不同線能量下激光焊接頭疲勞斷裂位置。可以看出，在兩種不同的線能量下疲勞裂紋均萌生于上板、下板與焊縫的交匯處。在高載荷條件下，疲勞裂紋在焊縫和下板中擴展；在中、低載荷條件下，疲勞裂紋在下板中擴展，擴展方向近似垂直于板厚的方向，斷裂發生在2 mm厚的下板。

3 結語

該文以SUS301L奧氏體不銹鋼為研究對象，選取了不同線能量下激光焊接頭進行疲勞性能試驗。通過數據處理建立并繪制接頭的S-N曲線，對S-N曲線進行分析，得到了不同線能量下，激光焊接頭的疲勞載荷（最大拉剪載荷及拉剪載荷范圍），并對接頭疲勞斷裂位置進行了研究，得到不同載荷條件下接頭疲勞斷裂的位置的規律。

參考文獻

[1] 崔約賢，王長利.金屬斷口分析四[M].北京：機械工業出版社，1998.

[2] 陳慶雷.SUS301L奧氏體不銹鋼激光焊接頭組織與力學性能的研究[D].吉林大學，2012.

[3] R.V.Duhamel，C.M.Banas.Laser in materials processing：Laser weldi ng of steels and nickel alloys[C].American Society of Metals，1983.

[4] 霍立興.焊接結構的斷裂行為及評定[M].北京：機械工業出版社，2000.endprint