TCS345、Q345A焊接接頭疲勞性能對(duì)比試驗(yàn)

賈汝唐

摘要：TCS345鐵素體不銹鋼，以它高性能、低成本的特點(diǎn)，作為一種綠色環(huán)保的經(jīng)濟(jì)型材料，已在70噸級(jí)敞車、平車等車輛上得到廣泛應(yīng)用。如果TCS345用于罐車上，與現(xiàn)罐車用板Q345A相比，在相同條件下，焊接接頭的抗疲勞性能優(yōu)劣如何？通過疲勞試驗(yàn)，獲得它們的S-N疲勞曲線，得出了疲勞結(jié)論。

關(guān)鍵詞：對(duì)接接頭 疲勞 S-N疲勞曲線

0 前言

隨著鐵路貨車產(chǎn)品升級(jí)換代步伐的加快，太原鋼鐵集團(tuán)有限公司開發(fā)了一種新型鐵路車輛用的不銹鋼——TCS不銹鋼，其具有良好的耐蝕性、較高的強(qiáng)度、良好的可焊性、耐濕磨性以及物料滑動(dòng)性，可以較好的解決貨車車體腐蝕磨損的問題，降低了維護(hù)成本，提高了車輛使用壽命，由于其高性能、低成本的特點(diǎn)，作為一種綠色環(huán)保的經(jīng)濟(jì)型材料，已在70噸級(jí)敞車、平車等車輛上得到廣泛應(yīng)用，但是該鋼是否適用于各類鐵路罐車，與現(xiàn)罐車用板Q345A相比，在相同條件下，焊接接頭的抗疲勞性能優(yōu)劣如何？為了研究焊接接頭疲勞性能，對(duì)TCS不銹鋼的焊接接頭和Q345A的焊接接頭在同等條件下進(jìn)行疲勞性能對(duì)比試驗(yàn)。

1.疲勞試樣

試驗(yàn)采用的TCS345和Q345A為國產(chǎn)熱軋鋼板，厚度10mm，試塊的焊接方法、坡口形式、焊縫尺寸等情況，按照產(chǎn)品工藝要求及TCS不銹鋼焊接要求進(jìn)行焊接。

1.1 TCS345+TCS345

試塊規(guī)格500×500×10mm，兩面開60°坡口，1-2mm鈍邊，2mm間隙。對(duì)接接頭，雙面焊，焊接工藝：采用半自動(dòng)氣體保護(hù)焊，焊絲為E308L—G，Φ1.2mm，保護(hù)氣體為97%Ar+3%CO2，平位焊接，焊接電流180-240A，電弧電壓24-28V，氣體流量16-20升/分鐘。

1.2 TCS345+Q345A

試塊規(guī)格500×500×10mm，兩面開60°坡口，1-2mm鈍邊，2mm間隙。對(duì)接接頭，雙面焊，焊接工藝：采用半自動(dòng)氣體保護(hù)焊，焊絲為E309L—G，Φ1.2mm，保護(hù)氣體為97%Ar+3%CO2，平位焊接，焊接電流180-240A，電弧電壓24-28V，氣體流量16-20升/分鐘。

1.3 Q345A +Q345A

試塊規(guī)格500×500×10mm，2mm間隙，對(duì)接接頭，雙面焊，焊接工藝：采用埋弧自動(dòng)焊，焊絲為HO8MnA，Φ5mm，焊劑為HJ431，平位焊接，焊接電流600-700A，電弧電壓36-37V。

試件焊完后，校平，射線探傷Ⅰ級(jí)合格后再進(jìn)行試樣的加工，試樣選矩形試樣。

2試驗(yàn)條件及試驗(yàn)方案

2.1 設(shè)備：QBG-100高頻疲勞試驗(yàn)機(jī)

2.2加載方式：? 拉-拉

2.3試驗(yàn)方法：? 成組法和升降法

2.4試驗(yàn)參數(shù)：? 循環(huán)特性r=0，循環(huán)次數(shù)107 ，最大應(yīng)力σmax=222.9MPa。應(yīng)力集中系數(shù)Kt=1，循環(huán)頻率f=90～100Hz。

3試驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)

將試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)繪制成疲勞曲線，如下圖：

在同一坐標(biāo)系下三條疲勞曲線如下圖：

4、結(jié)果分析

從TCS345與TCS345、TCS345與Q345A、Q345A與Q345A的疲勞試樣、疲勞數(shù)據(jù)與三條曲線來看：

（1）三種接頭的疲勞破壞具有相同的特點(diǎn)，即斷裂部位均出現(xiàn)在焊縫或焊接熱影響區(qū)（焊趾附近）范圍內(nèi)，說明在同等條件下焊接接頭的疲勞強(qiáng)度低于母材的疲勞強(qiáng)度。

（2）不論在大應(yīng)力下或小應(yīng)力下Q345A與Q345A焊接接頭的疲勞性能最好，TCS345與Q345A焊接接頭的疲勞性能次之，TCS345與TCS345焊接接頭的疲勞性能較之前兩個(gè)焊接接頭要差。

（3）從曲線分析來看符合疲勞性能的一般規(guī)律，即大應(yīng)力時(shí)壽? 命較集中，小應(yīng)力時(shí)較分散呈現(xiàn)為喇叭口形狀。

（4）三條曲線的壽命分布規(guī)律性較強(qiáng)，無交叉重疊。

（5）用升降法得出了在此工藝下三種接頭在107循環(huán)疲勞強(qiáng)度分別為：Q345A+Q345A試樣107循環(huán)疲勞強(qiáng)度為? ? ?σD=395MPa，Q345A+TCS345試樣107循環(huán)疲勞強(qiáng)度為σD=299.5MPa， TCS345+ TCS345試樣107循環(huán)疲勞強(qiáng)度為σD=197.5MPa。

5 結(jié)語

用成組疲勞試驗(yàn)和升降法對(duì)三種焊接接頭進(jìn)行了疲勞破壞試驗(yàn)，通過統(tǒng)計(jì)分析得到疲勞曲線，對(duì)比表明現(xiàn)用罐體材料Q345A的焊接接頭遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于TCS345焊接接頭的疲勞性能。

參考文獻(xiàn)：

1.GB3075-82《金屬軸向疲勞試驗(yàn)方法》

2.GB/T13816-92《焊接接頭脈動(dòng)拉伸疲勞試驗(yàn)方法》

3.《70t級(jí)新型硫酸罐車車體靜強(qiáng)度試驗(yàn)報(bào)告》