熱矯正對(duì)Q345E低合金鋼角接接頭疲勞性能的影響

陳增有,于巖，尹麗香，許鴻吉

(1.齊齊哈爾軌道交通裝備有限責(zé)任公司 冷工藝部，黑龍江 齊齊哈爾 161002；2.大連交通大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧 大連 116028； 3.大連萬(wàn)陽(yáng)重工有限公司，遼寧 大連 116317)

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熱矯正對(duì)Q345E低合金鋼角接接頭疲勞性能的影響

陳增有1,于巖2，尹麗香3，許鴻吉2

(1.齊齊哈爾軌道交通裝備有限責(zé)任公司 冷工藝部，黑龍江 齊齊哈爾 161002；2.大連交通大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧 大連 116028； 3.大連萬(wàn)陽(yáng)重工有限公司，遼寧 大連 116317)

通過(guò)三點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)對(duì)Q345E低合金鋼T型角接接頭的疲勞性能進(jìn)行研究，并將700℃矯正、800℃矯正和1000℃矯正與不矯正的T型角接接頭中值疲勞強(qiáng)度進(jìn)行了對(duì)比.結(jié)果表明：隨著矯正溫度的升高，Q345E低合金鋼T型角接接頭疲勞性能呈上升趨勢(shì)，700℃矯正、800℃矯正、1 000℃矯正的T型角接接頭的疲勞強(qiáng)度與不矯正試件相比分別升高45、45和47.5 MPa，1 000℃矯正試件疲勞強(qiáng)度最高.試件的疲勞裂紋均從試件邊緣(夾渣)處啟裂，啟裂區(qū)和擴(kuò)展區(qū)均具有典型的疲勞斷裂特征，疲勞紋清晰并很粗，終斷區(qū)為韌窩型韌性斷口.

Q345E低合金鋼；熱矯正；角接接頭；疲勞性能

0 引言

焊接變形和應(yīng)力控制是焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)制造的重要課題，是影響焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完整性、制造工藝合理性和結(jié)構(gòu)使用可靠性的關(guān)鍵因素，這對(duì)于承受較大靜、動(dòng)負(fù)荷的鐵道車輛轉(zhuǎn)向架焊接構(gòu)架尤為重要.焊接變形是焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)制造過(guò)程中的普遍現(xiàn)象，必須經(jīng)過(guò)矯正才能滿足使用要求.火焰矯正法又稱熱矯正，是焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)矯正焊接變形最常用的方法[1-3].以往人們對(duì)熱矯正工藝參數(shù)對(duì)材料及其焊接接頭性能影響的研究很少，所以進(jìn)行本項(xiàng)目的研究對(duì)于轉(zhuǎn)向架焊接構(gòu)架的生產(chǎn)具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義.

本文對(duì)不同火焰矯正溫度(不矯正、700、800、1 000℃)下Q345E低合金鋼T型角接接頭的疲勞性能進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，并對(duì)疲勞斷口做了掃描分析，以確定不同矯正溫度對(duì)Q345E低合金鋼T型角接接頭疲勞性能的影響.

1 試驗(yàn)材料及試驗(yàn)方法

試驗(yàn)材料為Q345E低合金結(jié)構(gòu)鋼，熱軋狀態(tài)供貨.其試驗(yàn)材料和焊接材料化學(xué)成分及力學(xué)性能分別見表1和表2.

表1 試驗(yàn)材料和焊接材料的化學(xué)成分 %

表2 試驗(yàn)材料和焊接材料的力學(xué)性能

采用熔化極混合氣體保護(hù)焊[4](GMAW)，焊絲為φ1.2 mm的SM-70，保護(hù)氣體為80%Ar+20%CO2，Q345E低合金鋼雙面焊縫HV型坡口T型接頭試件用于火焰矯正后焊接接頭三點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)，以確定不同矯正溫度對(duì)這種接頭疲勞性能的影響.底板試件尺寸300 mm×220 mm×12 mm，立板試件尺寸300 mm×40 mm×12 mm.焊接工藝按工廠現(xiàn)有工藝進(jìn)行，角接試件焊后進(jìn)行了表面濕法磁粉探傷檢測(cè).焊接工藝參數(shù)見表3.

表3 焊接工藝參數(shù)

2 疲勞試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)方案

本試驗(yàn)分別對(duì)不矯正、600℃矯正、700℃矯正、800℃矯正和1 000℃矯正的Q345E低合金鋼HV型坡口T型角接接頭進(jìn)行了三點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)，以確定矯正溫度對(duì)Q345E低合金鋼T型角接接頭疲勞性能的影響[5].試驗(yàn)設(shè)備為PLG-100型微機(jī)控制高頻疲勞試驗(yàn)機(jī)，其技術(shù)規(guī)格為：靜態(tài)負(fù)荷精度±1%，動(dòng)負(fù)荷平均波動(dòng)度±1%，動(dòng)負(fù)荷振幅波動(dòng)度±2%.試驗(yàn)采用的循環(huán)應(yīng)力比R=0.1，指定循環(huán)壽命取2×106次.在試驗(yàn)過(guò)程中，當(dāng)疲勞裂紋尺寸足夠大導(dǎo)致載荷加不上去時(shí)，自動(dòng)卸載停振，并記錄循環(huán)次數(shù).使用升降法來(lái)計(jì)算焊接接頭的中值疲勞強(qiáng)度.使用JSM-6360M型掃描電鏡觀察疲勞斷口形貌.

2.2 T型角接接頭試驗(yàn)結(jié)果分析

通過(guò)升降法來(lái)確定在指定壽命為2×106次循環(huán)下的不矯正、700℃矯正、800℃矯正和1 000℃矯正的Q345E低合金鋼T型角接接頭的中值疲勞值.不矯正的疲勞試驗(yàn)共有3級(jí)應(yīng)力水平，有效試件數(shù)8個(gè)； 700℃矯正的疲勞試驗(yàn)共有2級(jí)應(yīng)力水平，有效試件數(shù)8個(gè)；800℃矯正的疲勞試驗(yàn)共有2級(jí)應(yīng)力水平，有效試件數(shù)8個(gè)；1 000℃矯正的疲勞試驗(yàn)共有3級(jí)應(yīng)力水平，有效試件數(shù)8個(gè)，詳見圖1，圖中×表示斷裂，O表示未斷裂.

(a)不矯正 (b)700℃矯正

(c)800℃矯正(d)1000℃矯正

圖1 不同矯正溫度下的疲勞極限

圖2 T型角接接接頭疲勞中值S-N曲線

圖3～6分別為不矯正、700℃矯正、800℃矯正和1 000℃矯正的對(duì)接接頭疲勞試件的斷口形貌.可看出：試件的疲勞斷口可以分成裂紋源，裂紋擴(kuò)展區(qū)以及終斷區(qū)三個(gè)部分[6]；試件的疲勞裂紋均從試件邊緣處啟裂，部分試件啟裂區(qū)存在夾雜、夾渣等缺陷；疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)具有典型的疲勞斷裂特征，疲勞紋清晰并很粗；擴(kuò)展區(qū)的大小隨疲勞循環(huán)次數(shù)的增加而增大；終斷區(qū)斷口形貌均為韌窩形態(tài).夾渣降低了角接接頭的強(qiáng)度，使得疲勞試件在焊縫處斷裂.

(a)啟裂區(qū) (b)擴(kuò)展區(qū) (c)終斷區(qū)

圖3 不矯正試件斷口形貌

(a)啟裂區(qū) (b)擴(kuò)展區(qū) (c)終斷區(qū)

圖4 700℃矯正試件斷口形貌

(a)啟裂區(qū) (b)擴(kuò)展區(qū) (c)終斷區(qū)

圖5 800℃矯正試件斷口形貌

(a)啟裂區(qū) (b)擴(kuò)展區(qū) (c)終斷區(qū)

圖6 1 000℃矯正試件斷口形貌

3 結(jié)論

(1)隨著矯正溫度的升高，Q345E低合金鋼T型角接接頭疲勞性能呈上升趨勢(shì)，700℃矯正、800℃矯正、1 000℃矯正的T型角接接頭的疲勞強(qiáng)度與不矯正試件相比分別升高45、45和47.5 MPa，1 000℃矯正試件疲勞強(qiáng)度最高;

(2)試件的疲勞裂紋均從試件邊緣(夾渣)處啟裂，啟裂區(qū)和擴(kuò)展區(qū)均具有典型的疲勞斷裂特征，疲勞紋清晰并很粗，終斷區(qū)為韌窩型韌性斷口;

(3)綜合考慮成本及環(huán)境等因素影響，Q345E低合金鋼T型角接接頭在700～1 000℃范圍內(nèi)矯正時(shí)，建議采用700～800℃矯正溫度.

[1]楊滌心,孫遠(yuǎn)方.火焰矯正溫度對(duì)低合金高強(qiáng)鋼焊件組織及性能的影響[J].金屬熱處理，2011,36(8):30-33.

[2]常力,宮平.轉(zhuǎn)向架制造中焊接變形的矯正[J].電機(jī)焊,2011(11):83-88.

[3]解燕.鋼結(jié)構(gòu)焊接變形分析與矯正方法[J].硅谷,2010(20):164.

[4]周振豐,張文錢.焊接冶金與金屬焊接性[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1988:10-50.

[5]吳曉明,張艷輝,鈕旭晶,等.補(bǔ)焊道次對(duì)Q345B低合金鋼焊接接頭疲勞性能的影響[J].機(jī)械工程材料,2012(11):77-79．

[6]陳大慶,陳增有,馬清波,等.焊后處理工藝對(duì)Q345E低合金鋼焊接接頭疲勞性能的影響[J].大連交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2012(2):75-78.

Influence of Thermal Correction Welding on Fatigue Properties of Fillet Joints of Q345E Low-Alloy Steel

CHEN Zengyou1，YU Yan2，YIN Lixiang3，XU Hongji2

(1.Department of Cold Technology Qiqihar Railway Transportation Equipment Co.,Ltd,Qiqihar 161002,China; 2.School of Materials Science and Engineering，Dalian Jiaotong University，Dalian 116028,China; 3.Dalian Wan Yang heavy industry Co., Ltd,Dalian 116317,China)

The fatigue performance of Q345E low-alloy steel T-type corner joints was researched through 3-points bending fatigue test of 700℃,800℃ and 1 000℃ corrections,and non-correction were compared.The results show that the fatigue strength of Q345E low-alloy steel T-type corner joints T-type corner joints higher are 45,45 and 47.5 MPa respectively,for the 700℃,800℃ and 1 000℃ corrections,which is higher than the on-correction specimens.Fatigue crack of the specimens are initiated from the specimen edge ，and the Rev crack area and extended area have the characteristics of typical fatigue fracture.Fatigue lines are clear and very thick,and the end region is dimple fracture.

Q345E low-alloy steel；thermal correction；welded joints；fatigue performance

1673-9590(2015)03-0073-04

2014-06-03

陳增有(1962-),男,高級(jí)工程師,學(xué)士,主要從事焊接工藝研究E-mail:qqczy@sina.com.

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