火焰切割HG785E高強鋼母材的疲勞性能影響

劉巖巖

摘要：通過脈動拉伸疲勞試驗，對熱切割對HG785E高強鋼母材疲勞性能的影響進行研究，為HG785E高強鋼板熱切割面直接進行組裝焊接的可行性論證提供理論依據。

關鍵詞：火焰切割 HG785E高強鋼母材疲勞性能 微觀研究

中圖分類號：TG142. 41 文獻標識碼：A

0 引言

以火焰切割、等離子切割和激光切割為代表的熱切割在現代工業制造領域中是應用量很大、應用面廣泛的基礎工藝之一，在我國鐵道車輛的制造過程中熱切割工作量占有很大比重，是板材備料的主要加工手段。通常為了保證焊接質量，用于焊接的熱切割面在焊前須進行打磨或再加工。但是，隨著熱切割技術的不斷發展，大量采用精密切割、數控切割、仿形切割等先進的、自動化程度高的熱切割方法，熱切割面的質量大為提高，使得熱切割面直接用于裝配和焊接成為可能。熱切割面焊前不經過加工直接裝配和焊接的工藝方法，將大大降低生產成本，提高生產效率，對于提高產品的競爭水平具有十分重要的現實意義。

1實驗材料和方法

實驗材料

試驗采用的HG785E高強鋼母材的化學成分見表2-1，母材的力學性能見表2-2

實件編號說明

本次試驗的試件：

HM-1-1至HM-1-18為火焰切割HG785E高強鋼母材；

實驗方法

疲勞實驗

疲勞試驗選取應力比R=0.1，見后疲勞試驗數據。在100KN微機控制高頻疲勞試驗機上對火焰切割、HG785E高強鋼母材進行拉伸疲勞試驗，載荷為恒幅正弦加載波形。試驗機靜載精度為±0.2%，動載振幅波動度為±0.2%，加載頻率范圍為80-250Hz。采用最大應力范圍S-N曲線和在兩百萬次循環時不發生疲勞斷裂的？max表示疲勞性能。機器型號：PLG-100。

疲勞實驗斷口形貌分析

采用了掃描電鏡對對火焰切割、HG785E高強鋼母材的斷口進行了微觀組織特征觀察（取樣位置為焊縫、HAZ），儀器型號：JSM-6360LV（SEM）。

2實驗結果及分析

火焰切割HG785E高強鋼母材脈動拉伸疲勞實驗結果與分析

實驗結果

火焰切割HG785E高強鋼母材的脈動拉伸疲勞實驗結果如表2-1所示：

從圖2-1中可以看出，火焰切割HG785E高強鋼母材的疲勞性能實驗結果比較分散，但從曲線的變化趨勢上看，隨著應力水平的降低，循環次數明顯增大，疲勞極限約為370Mpa。

本試驗由于火焰切割HG785E高強鋼焊接后試件的表面十分粗糙，使得母材表面應力集中現象嚴重，殘余應力較大，斷裂情況很多，導致這個試驗獲得數據不理想，未通過計算得出該情況下母材的疲勞極限。

1.2宏觀斷裂狀況

試驗表明，對于火焰切割HG785E高強鋼母材，疲勞斷裂由于應力集中，大多發生在母材，只有極少數發生在焊縫區。具體形貌如圖2-2，2-3所示：

圖2-3 疲勞斷裂發生在母材

1.3微觀斷口分析

疲勞斷口可分三個區域：啟裂區、疲勞裂紋擴展區和瞬時斷裂區[12]。圖2-4為火焰切割HG785E母材HM1-1的疲勞斷口的SEM微觀照片。（a）為25倍數下的斷口全貌，三個區域依稀可見；（b）為500倍下啟裂區，（c）為500倍下疲勞裂紋擴展區，（d）為瞬時斷裂區，斷口形貌表現出韌窩狀聚合、具有明顯的韌性斷裂特征。

a斷口全貌 （b）啟裂區

（c） 疲勞裂紋擴展區 （d） 瞬時斷裂區

圖2-4為火焰切割HG785E母材HM1-1的疲勞斷口的SEM微觀照片。

圖2-5為火焰切割HG785E母材HM1-18的疲勞斷口的SEM微觀照片。（a）為16倍數下的斷口全貌，三個區域依稀可見；（b）為500倍下啟裂區，未見明顯的啟裂點。（c）為500倍下疲勞裂紋擴展區，（d）為瞬時斷裂區，斷口形貌表現出韌窩狀聚合、具有明顯的韌性斷裂特征。

圖2-5為火焰切割HG785E母材HM1-18的疲勞斷口的SEM微觀照片。

疲勞斷口的主要特征就是具有疲勞條紋。從圖2-4，圖2-5中可以看出，斷口上有很多細小的條紋，這些條紋略帶弧形，同一斷面上連續平行，間距較規則，與裂紋擴展方向垂直。

3結論

火焰切割HG785E高強鋼母材的疲勞性能試驗結果比較分散，未能通過升降法計算出該情況下的疲勞極限。但從曲線的變化趨勢上看，隨著應力水平的降低，循環次數明顯增大，表現出良好的疲勞性能。

參考文獻

[1] 崔數森，溫中和.熱切割技術的國內外概況及發展趨勢.見：中國機械工程學會焊接學會編.第八次全國焊接會議論文集.北京：1997.機械工業出版社，1997.

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[3] 梁桂芳主編.切割技術手冊，北京：機械工業出版社，1997.

[4] 常柏春編著.氣焊與氣割.北京：燃料化學工業出版社，1973.

[5] 雍岐龍，馬鳴圖，吳寶榕.微合金鋼[M].北京：機械工業出版，1989.341 —343