超聲沖擊對(duì)轉(zhuǎn)向架焊接十字接頭表層組織及超高周疲勞性能的影響.pdf

1、常規(guī)疲勞設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是以小于107循環(huán)周次為基礎(chǔ)建立的，但它們不適用于焊接結(jié)構(gòu)在超長(zhǎng)壽命服役的情況，因此需提出新的規(guī)范。由于高速列車迅速發(fā)展，超高周疲勞行為研究成為確保高速列車轉(zhuǎn)向架長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的重要課題。在服役期內(nèi)轉(zhuǎn)向架需經(jīng)受109～1010周次而不發(fā)生疲勞破壞。轉(zhuǎn)向架的制造采用焊接的方法，但焊接接頭又是焊接結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)。超聲沖擊是一種有效的焊接后處理工藝，能夠提高焊接接頭的疲勞強(qiáng)度。本文采用高速列車轉(zhuǎn)向架用鋼SMA490BW的焊接試樣

2、，采用熔化極惰性氣體保護(hù)焊（MIG）焊接試樣。
　　本文采用超聲沖擊設(shè)備處理焊接接頭，并研究超聲沖擊對(duì)試樣超高周疲勞性能的影響。采用超聲疲勞試驗(yàn)設(shè)備研究試樣的超高周疲勞性能，由于超聲疲勞試驗(yàn)的加載頻率很高，適用于試樣超長(zhǎng)周次疲勞試驗(yàn)。采用JSM-6360LA型掃描電鏡分析試樣的斷口形貌。采用JEM-2100型透射電鏡觀察沖擊后焊趾表面的微觀組織結(jié)構(gòu)。
　　相比于焊態(tài)試樣，超聲沖擊處理能夠明顯提高試樣的疲勞強(qiáng)度，疲勞強(qiáng)度提高了

3、25％。無(wú)論在低應(yīng)力范圍還是高應(yīng)力區(qū)，焊態(tài)試樣的裂紋源數(shù)量為多個(gè)，而沖擊試樣的裂紋源數(shù)量為單個(gè)。焊態(tài)試樣的裂紋起源于焊趾表面因小焊趾半徑而引起的應(yīng)力集中處。超聲沖擊試樣的裂紋源位置同樣位于焊趾表面處，是由于沖擊在焊趾表面產(chǎn)生劇烈的塑性變形產(chǎn)生微觀裂紋而引起的應(yīng)力集中。
　　試樣疲勞強(qiáng)度的提高主要由于沖擊修整焊趾處外形、表面納米化、表面靜強(qiáng)度的提高和誘發(fā)產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。沖擊態(tài)試樣相比于焊態(tài)試樣，焊趾角減小了17%，焊趾半徑增大了43

4、0%，促使焊趾處的應(yīng)力集中明顯降低，因此降低了疲勞裂紋萌生的概率。超聲沖擊降低了焊趾區(qū)域的殘余拉應(yīng)力，轉(zhuǎn)變?yōu)闅堄鄩簯?yīng)力，降低了185.9%。殘余壓應(yīng)力的產(chǎn)生降低了實(shí)際施加在試樣上的載荷。超聲沖擊在試樣表層引入塑性變形，增加了位錯(cuò)密度和位錯(cuò)的交互作用。這些交互作用增加了試樣外表面的顯微硬度，比未處理試樣增加了47.3%。表面靜強(qiáng)度的提高阻礙了裂紋擴(kuò)展。超聲沖擊能在試樣表面產(chǎn)生劇烈的塑性變形而形成一層納米晶，沖擊參數(shù)為10min/1.5A時(shí)