低碳鋼焊接接頭表面沖擊摩擦改性.pdf

1、通過(guò)表面改性處理在材料焊接接頭的表面實(shí)現(xiàn)納米化，可以提高焊接接頭的均勻性，達(dá)到強(qiáng)化焊接接頭性能的效果。表面沖擊摩擦改性技術(shù)，即利用旋轉(zhuǎn)的沖頭對(duì)工件表面進(jìn)行機(jī)械沖擊以提高工件表面性能，是表面改性處理的新方法，將表面沖擊摩擦改性技術(shù)應(yīng)用于焊接接頭，對(duì)提高焊接接頭表面組織和性能均勻性具有重要意義。
　　本文針對(duì)Q235焊接接頭，采用兩種不同規(guī)格的沖頭，進(jìn)行了不同次數(shù)的表面沖擊摩擦改性處理工藝實(shí)驗(yàn)，采用光學(xué)金相顯微鏡，掃描電子顯微鏡(SE

2、M)，顯微硬度計(jì)等測(cè)試儀器對(duì)經(jīng)過(guò)表面沖擊摩擦處理的焊接接頭組織形貌和顯微硬度進(jìn)行分析，利用X-射線衍射儀(XRD)測(cè)試焊接接頭表面晶粒尺寸，采用ASMB2-16靜態(tài)應(yīng)變采集箱及HK-21型三維應(yīng)力分布磁測(cè)儀測(cè)試焊接接頭殘余應(yīng)力分布，并初步選擇部分試樣在MTS810疲勞實(shí)驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行了四點(diǎn)彎曲疲勞性能實(shí)驗(yàn)。
　　結(jié)果表明:利用Ⅰ型沖頭（圓柱狀）對(duì)焊縫表面進(jìn)行沖擊摩擦改性處理5次后，在焊縫表面形成塑性變形層，隨著沖擊摩擦次數(shù)的增加，塑性

3、變形層的厚度逐漸增加。當(dāng)沖擊摩擦次數(shù)達(dá)到20次時(shí)，塑性變形層的厚度能夠達(dá)到600μm左右，并在表面形成厚度為60μm左右的纖維狀晶粒細(xì)化層。熱影響區(qū)的表面晶粒也隨著沖擊摩擦次數(shù)的增加而逐漸細(xì)化，沖擊摩擦次數(shù)達(dá)到20次時(shí)，塑性變形層厚度能夠達(dá)到400μm，但表面沒(méi)有形成纖維狀的細(xì)化層。當(dāng)沖擊摩擦次數(shù)為20次時(shí)，焊縫表面硬度達(dá)到370HV，熱影響區(qū)表面能夠達(dá)到280HV，并且隨著距表面距離的增加，硬度逐漸減小，一直到?jīng)_擊前的硬度。
　

4、　利用Ⅱ型沖頭（圓錐狀）進(jìn)行10次表面沖擊摩擦處理時(shí)，焊縫表面形成大約400μm厚的塑性變形層，隨著沖擊摩擦次數(shù)增加，塑性變形層的厚度逐漸增加。當(dāng)沖擊摩擦次數(shù)達(dá)到20次時(shí)，變形層厚度達(dá)到800μm左右，焊縫表面塑性變形層硬度達(dá)到280HV，表面沒(méi)有形成纖維狀的晶粒細(xì)化層。熱影響區(qū)的表面晶粒隨著沖擊摩擦次數(shù)的增加而逐漸細(xì)化，沖擊摩擦次數(shù)達(dá)到20次時(shí)，塑性變形層厚度達(dá)到400μm，表面硬度能夠達(dá)到250HV。與采用Ⅰ型沖頭時(shí)相比，表面硬度提

5、高的幅度較小，沖擊改性效果較小。
　　采用Ⅰ型沖頭表面沖擊摩擦改性處理5次時(shí)，焊縫表面的平均晶粒尺寸細(xì)化到27.2nm，隨著沖擊摩擦次數(shù)的增加，晶粒尺寸逐漸變小，但在沖擊摩擦改性處理10次、15次時(shí)降低幅度不大。當(dāng)沖擊摩擦次數(shù)達(dá)到20次時(shí)，晶粒尺寸減小幅度較大，平均晶粒尺寸能夠達(dá)到10.6nm。分析晶粒細(xì)化的原因是沖頭的沖擊和旋轉(zhuǎn)摩擦作用引起焊縫表面的晶粒內(nèi)部發(fā)生位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)、增殖、交割、湮沒(méi)等過(guò)程，在焊縫表面形成強(qiáng)烈的塑性變形層，變

6、形層中的位錯(cuò)密度隨著沖擊摩擦次數(shù)的增加而增大，晶粒逐漸被細(xì)化至納米級(jí)。
　　根據(jù)磁測(cè)法的結(jié)果，隨著Ⅰ型沖頭表面沖擊摩擦改性處理次數(shù)的增加，焊縫表面的殘余應(yīng)力分布具有不同的變化。在表面沖擊摩擦改性處理10次時(shí)，焊縫表面形成較為明顯的殘余壓應(yīng)力分布。通過(guò)盲孔法測(cè)試，表面沖擊摩擦改性處理能夠?qū)_擊處理前的殘余拉應(yīng)力轉(zhuǎn)變?yōu)闅堄鄩簯?yīng)力，并減小原來(lái)的殘余壓應(yīng)力，使殘余壓應(yīng)力的分布逐漸均勻。當(dāng)沖擊摩擦次數(shù)達(dá)到20次時(shí)，殘余壓應(yīng)力分布較為均勻，平