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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流焊趾TIG重熔跟随激冷处理工艺.精品文档.焊趾TIG重熔跟随激冷处理工艺第29卷第6期2008年l2月大连交通JOURNALOFDALIAN大学JIAOTONGUNIVERSITYV0I.29No.6Dec.20o8文章编号:1673.9590(2008)06.008605焊趾TIG重熔跟随激冷处理工艺朱平,郭常红,史春元,丁成刚,焦建强(大连交通大学材料科学与工程学院,辽宁大连116028)摘要:用钻孔法测试了焊态,TIG重熔及随后激冷处理状态下对接接头焊趾区的残余应力,并研究了接头的显微组织与力学性能.结果表明:当焊趾TIG重熔区表面在5
2、50(2时激冷处理后,残余拉应力转变成压应力,且重熔区没有发生脆化,接头的力学性能满足技术要求.关键词:TIG重熔;激冷处理工艺;残余应力;组织与性能中图分类号:TG441.8文献标识码:AInvestigationofIntenseCoolingTechnologyFollowingTIGDressingZHUPing,GUOChanghong,SHIChunyuan,DINGChenggang,JIAOJianqiang(SchoolofMaterialsScienceandEngineering,DalianJiaotongUniversity,Dalian116028,China)Ab
3、stract:Residuestressesofweldtoeofbuttjointsasweld,TIGdressingandfollowingintensecoolingtreatmentweremeasuredrespectivelybyholedrillingmethod.Themicrostructuresandmechanicalpropertiesoftheweldedjointswerealsoinvestigated.Theresultsindicatethattheresiduetensilestressintheweldtoewastransformedintocompr
4、essivestressafterintensecoolingtreatmentonthesurfaceofTIGdressedregionat550.andthatnobrittlenessOCCURSintheTIG-dressedzones,andmechanicalpropertiesoftheweldedjointsfulfilltechnologicalre-quirements.Keywords:TIGdressing;intensecoolingtechnology;residuestress;microstrueturesandproperties铁道车辆高速行驶过程中,转向
5、架焊接构架承受着强烈的振动和冲击载荷作用,构架的抗疲劳性能及其可靠性直接影响列车的安全行驶,而焊接接头是构架的薄弱环节,接头疲劳性能的优劣也制约着转向架的安全使用寿命,因此深入研究改善焊接接头疲劳强度的工艺方法是十分必要的.通常,焊接接头在完全焊透的情况下,焊根已不再是接头易萌生疲劳裂纹的薄弱部位,而焊趾成为最易形成疲劳裂纹的起裂源.焊趾部位除了因几何形状突变而产生较高的应力集中外,还存在焊接缺陷(如显微夹渣等),这些缺陷也易于导致疲劳裂纹萌生.焊趾TIG重熔处理是改善接头疲劳性能的简便而有效的焊后处理工艺.通过TIG电弧熔修后,焊趾表面形成平滑过渡,降低了应力集中,清除了微小的非金属夹杂物,
6、从而改善接头的疲劳强度.j.但有些文献证实,焊趾经TIG电弧熔修后,焊趾表面仍呈残余拉伸应力状态j,从而限制了该工艺方法改善接头疲劳强度的处理效果和应用前景.为此,本文作者提出了焊趾TIG重熔后紧急跟随激冷处理的一种焊后处理新工艺,通过对焊趾TIG重熔区温度场施加一定强度的负温度场,降低和抵消残余拉应力场,甚至当冷源强度足够时可获得双向的残余压应力场.显然,焊趾部位呈压应力状态有利于改善接头抗疲劳性能.收稿日期:20080325作者简介:朱平(1973一),女,讲师,硕士,研究方向:焊接结构E-mail:zhupingdjtu.edu.en.第6期朱平,等:焊趾TIG重熔跟随激冷处理工艺871
7、试验材料与方法1.1试验材料试验用钢选用板厚14ram的Q345一c低合金结构钢,其化学成分为:c0.20%,Mn:1.00%一1.60%,Si0.55%,P0.035,S0.035%,V:0.02%一0.15%,Nb:0.015%0.060%,Ti:0.02%0.20%;力学性能为:I>345MPa,6:470630MPa,81>22%,在20C,0和一20cI=下的b均为34J.焊接采用MAG多层焊工艺,焊丝选配CHW一50C6(1.2mm)实芯焊丝,保护气体采用80%Ar+20%CO,焊接工艺参数列于表1.1.2试验方法1.2.1焊趾TIG重熔区激冷处理TIG电弧重熔前,先将
8、焊趾表面的铁锈,溶渣和大颗粒飞溅清理干净,因为过多的溶渣易表1焊接工艺参数使TIG重熔后的焊道形成夹渣和气孔,而大颗粒飞溅物对电弧重熔过程及其稳定性不利,影响重熔区质量.重熔电源采用直流正接,电流180A,电压l7V速度15era/rain,线能量12.5kJ/era.TIG钨极直径3.2mm,喷嘴直径qbl2mm,氩气流量10L/rain.跟随TIG重熔过程,当焊趾重熔区达到某一温度时对其进行喷淋激冷处理,使之快速冷却至室温.激冷处理过程见图1.1.2.2焊趾残余应力测试残余应力测试采用盲孔法.在焊趾部位贴上型号BE1202CAK三向电阻应变计(灵敏系数216),采用CCZ一1型测钻设备在焊
9、趾待测点钻一直径2mm,深度2mm的盲孔,利用YJ一25型应变仪测量释放应变量,然后应用弹性理论计算出该部位的残余应力值.1.2.3接头力学性能试验及微观组织分析图1焊趾TIG重熔区激冷过程示意图接头的拉伸,弯曲,冲击试样按相关标准的要求制备,其中冲击试样V型缺口尖部位于焊趾区.拉伸,弯曲试验在WE一30液压万能试验机上进行,冲击试验在JB.30B型冲击试验机上进行.用HVA一10维氏硬度计测试接头硬度,用OLYMPUSBX一51M显微镜分析焊趾区组织特征.2试验结果与讨论2.1焊趾表面残余应力状态焊态,焊趾TIG重熔以及焊趾TIG重熔区在不同温度下激冷处理后焊趾部位残余应力测试结果如表2所示
10、.表2焊趾表面残余应力测试结果88大连交通大学第29卷表2焊趾表面残余应力测试结果(续)由表2可知,无论是在焊态下还是经TIG电弧重熔后,焊趾处的纵向残余应力均为拉应力,而横向残余应力由于试板在焊接过程中无拘束作用可横向自由收缩,所以既有拉应力也有压应力.可见,TIG重熔后并没有改变焊趾区残余拉应力状态,这与文献4的结论一致.焊趾经过TIG重熔后在不同温度下进行激冷处理,随着激冷处理时重熔区温度的提高,焊趾处的残余拉应力值减小,并逐渐转变为残余压应力.当激冷处理时重熔区的温度达到550时,焊趾表面呈双向残余压应力状态.2.2焊接接头力学性能焊趾TIG重熔区在550C时激冷处理后获得的双向残余压
11、应力有利于改善接头的疲劳强度,但重熔区经紧急冷却后是否产生局部脆化以及接头力学性能能否满足技术要求尚不清楚,为此分别对,焊趾TIG重熔态和重熔后在550C下激冷处理态的焊接接头进行了拉伸,弯曲和冲击试验,试验结果列于表3和表4.表3拉伸和弯曲试验结果从表3中可以看出,无论在焊态下,还是焊趾TIG重熔处理后,接头的屈服强度均高于GB/T159l一94中规定的不低于345MPa,而抗拉强度也都在470630MPa范围内,满足标准要求.焊趾TIG重熔区在550C下进行激冷处理后,接头的屈服强度,抗拉强度也没有降低.与焊态下相同,焊趾TIG重熔处理和随后再进行焊趾激冷处理的焊接接头,均断裂在远离焊缝及
12、重熔区的母材处,断裂部位呈明显的颈缩现象,属延性断裂.接头延伸率均与母材相当.接头试件弯曲后,在焊缝和焊趾重熔区表面均无裂纹产第6期朱平,等:焊趾TIG重熔跟随激冷处理工艺生.由此可见,焊后进行焊趾TIG重熔及跟随激冷处理,接头的静载拉伸及弯曲性能满足技术要求.表4冲击试验结果由表4可见,与焊态下相比,焊趾经过TIG电弧重熔后,缺口开在焊趾区的冲击试样,冲击功有所降低,但都高于母材的最低冲击功34J.TIG重熔后在550oC下再进行激冷处理,焊趾重熔区仍具有足够的韧性储备.可见,焊趾TIG重熔区经过紧急激冷处理后,焊趾区并没有发生脆化,其原因是TiG重熔使焊趾部位组织细化,产生细晶韧化效果.此
13、外激冷处理时焊趾重熔区的最高温度在A点以下,所以尽管激冷速度很快也不会发生马氏体相变.2.3显微组织与硬度图2为焊态下焊趾处原始焊缝组织和焊趾经过TIG重熔再进行激冷处理后焊趾重熔焊缝区微观组织.在焊态下的原始焊缝中,显微组织主要为尺寸较大的晶界铁素体和侧板条铁素体,以及针状铁素体和部分贝氏体,其中白色先共析铁素体沿柱状晶分布,针状铁素体分布在柱状晶内.焊趾经TIG重熔并激冷后,原始焊缝中的大块状铁素体被重熔区细小的针状铁素体和多边形铁素体所取代.与焊态下的焊缝相比,重熔区组织显着细化.(a)焊态下原始焊缝(b)激冷处理后焊趾TIG重熔区图2焊缝及重熔区的微观组织接头原始热影响区(HAZ)和激
14、冷处理后焊趾TIG重熔区的粗晶区组织见图3.容易看出,焊态下HAZ粗晶区的晶粒尺寸明显粗大,但经过焊趾TIG重熔及随后激冷处理后,焊趾重熔区的粗晶区组织也明显细化,有利于改善焊趾区的塑性和韧性.(a)焊态(b)焊趾TIG重熔后激冷处理态图3热影响区(HAZ)的粗晶区微观组织大连交通大学第29卷接头的维氏硬度测试结果表明:焊态下,最高硬度位于紧邻熔合线的HAZ粗晶区,数值为234HV.焊趾经TIG重熔随后在550C下再进行激冷处理,最高硬度出现在重熔区与母材之间的熔合线上,硬度值为HV267,略高于焊态下的最高硬度值,但没有发生明显的硬化效应,这与焊趾区微观组织分析结果相一致.3结语(1)焊态下
15、焊趾部位的纵向残余应力为拉应力,横向残余应力既有拉应力也有压应力,而经过TIG电弧重熔处理后,焊趾表面的残余应力并没有明显降低,并且仍呈拉伸应力状态.,(2)焊趾经TIG重熔后跟随激冷处理,其纵向残余拉应力随着激冷处理时重熔区温度的提高而逐渐降低,当重熔区温度为550时,焊趾残余应力呈双向压应力状态.(3)焊趾TIG重熔区在550%下激冷处理后,重熔区及其热影响区的组织明显细化,重熔区主要为细针状铁素体,最高硬度仅为HV267,表明焊趾重熔区经激冷处理后没有发生脆化.接头的强度,塑性和冲击韧性均满足标准规定的要求.参考文献:1程冰.我国铁路客车转向架技术发展的概述J.铁道车辆,2005,(11
16、):12-16.2霍立兴.提高焊接接头疲劳性能的研究进展和最新技术c.与时俱进追求卓越中国机械工程学会焊接学会四十周年,中国焊接协会十五周年纪念文集,2002.3李旭.提速车焊接转向架焊缝TIG重熔工艺的研究J.机械工人热加工,2002,(5):3132.4HORNAM,HUTHERI,LIEURADEHP.FatiguebehaviourofT-jointsimprovedbyTIGdressingJ.WeldintheWorld,1998,41:273280.5郭淑琴,郝元生,郭秉兆.焊缝TIG重熔处理在高速转向架构架制造中的应用J.铁道机车车辆,1995,(3):3133.6DAHLET.DesignfatiguestrengthofTIGdressedweldedjointsinhighstrengthsteelssubjectedtospectrumloadingJ.Int.J.Fatigue,1998,20(9):677?681.