超聲沖擊對(duì)P355NL1鋼焊接接頭疲勞性能影響的研究.pdf

1、結(jié)構(gòu)（構(gòu)件）與機(jī)械（零件）失效的主要原因是斷裂尤其是疲勞斷裂，其造成的事故往往是災(zāi)難性的。據(jù)相關(guān)資料顯示，焊接接頭的疲勞斷裂占整個(gè)焊接結(jié)構(gòu)失效的70％~90%左右，疲勞破壞常始于接頭焊縫表面。我國(guó)機(jī)車車輛的轉(zhuǎn)向架構(gòu)架大多采用鋼焊接結(jié)構(gòu)，伴隨著鐵路朝高速重載的方向發(fā)展，對(duì)焊接轉(zhuǎn)向架的疲勞性能提出了更高的要求。因此，研究轉(zhuǎn)向架焊接接頭的疲勞性能及其表面性能的提高具有重要的理論意義和實(shí)際價(jià)值。
　　本文主要的研究?jī)?nèi)容有以下兩個(gè)方面：一是

2、研究對(duì)比了超聲沖擊處理前后P355NL1對(duì)接接頭的疲勞性能。
　　P355NL1對(duì)接接頭焊態(tài)的條件疲勞極限值為227MPa，超聲沖擊態(tài)的條件疲勞極限為293MPa。與處理前相比較，疲勞極限提高了30%左右。
　　在相同應(yīng)力水平條件下，超聲沖擊態(tài)P355NL1對(duì)接接頭的疲勞壽命是焊態(tài)接頭的12～15倍。超聲沖擊處理可細(xì)化焊縫金屬晶粒，消除焊趾部位的焊接缺陷及表面微觀裂紋，延緩疲勞裂紋開裂；增大焊趾過渡半徑，降低應(yīng)力集中；調(diào)整焊

3、縫區(qū)域的殘余應(yīng)力場(chǎng)。
　　疲勞斷口掃描電鏡觀察，超聲沖擊處理前后P355NL1鋼對(duì)接接頭斷口都存在比較連續(xù)、清晰的疲勞輝紋，大量高密度短而彎曲的撕裂棱線條、點(diǎn)狀裂紋源和由準(zhǔn)解理斷面中部向四周放射的河流花樣。在斷口不同區(qū)域可看到一些大小不一的二次裂紋，瞬斷區(qū)出現(xiàn)了許多通過塑性撕裂方式連接形成的撕裂韌窩。表明P355NL1鋼對(duì)接接頭的疲勞斷裂是一種以準(zhǔn)解理為主的半塑性斷裂，超聲沖擊處理并不會(huì)影響焊接接頭的疲勞斷裂機(jī)理。
　　另一

4、方面研究了超聲沖擊處理使P355NL1鋼對(duì)接接頭焊趾表面晶粒細(xì)化的機(jī)理。P355NL1對(duì)接接頭焊趾經(jīng)超聲沖擊表面納米化處理后，可獲得具有一定厚度的變形層。在相同的沖擊電流下，沖擊時(shí)間為5min、10min及20min所對(duì)應(yīng)的變形層厚度分別為60μm、100μm和150μm。試驗(yàn)結(jié)果表明：變形層尺寸隨沖擊時(shí)間的延長(zhǎng)而增大。
　　利用透射電鏡對(duì)超聲沖擊納米化后焊趾變形層截面觀察發(fā)現(xiàn)，在三種沖擊工藝參數(shù)5min/1.5A，10min/1

5、.5A，20min/1.5下，超聲沖擊處理后接頭焊趾表面均獲得了納米晶粒組織，其晶粒平均尺寸分別約為100~150nm、60nm和30 nm。
　　超聲沖擊導(dǎo)致P355NL1對(duì)接接頭焊趾晶粒細(xì)化的過程：1、原始晶粒或已細(xì)化的晶粒內(nèi)出現(xiàn)高位錯(cuò)密度的位錯(cuò)墻和位錯(cuò)纏結(jié)結(jié)構(gòu)；2、位錯(cuò)墻或位錯(cuò)纏結(jié)隨變形應(yīng)變量的增加而逐漸演變成小角度取向差的亞晶粒；3、當(dāng)變形應(yīng)變量進(jìn)一步加劇時(shí)，亞晶粒逐步演化成大角度晶界，形成均勻、等軸、隨機(jī)取向的納米晶粒。