焊趾TIG重熔跟隨激冷處理工藝

1、.焊趾TIG重熔跟隨激冷處理工藝第29卷第6期2008年l2月大連交通JOURNALOFDALIAN大學(xué)JIAOTONGUNIVERSITYV0I.29No.6Dec.20o8文章編號(hào):1673.9590(2008)06.008605焊趾TIG重熔跟隨激冷處理工藝朱平,郭常紅,史春元,丁成剛,焦建強(qiáng)(大連交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,遼寧大連116028)摘要:用鉆孔法測(cè)試了焊態(tài),TIG重熔及隨后激冷處理狀態(tài)下對(duì)接接頭焊趾區(qū)的殘余應(yīng)力,并研究了接頭的顯微組織與力學(xué)性能.結(jié)果表明:當(dāng)焊趾TIG重熔區(qū)表面在550(2時(shí)激冷處理后,殘余拉應(yīng)力轉(zhuǎn)變成壓應(yīng)力,且重熔區(qū)沒有發(fā)生脆化,接頭的力學(xué)性能滿足技術(shù)要

2、求.關(guān)鍵詞:TIG重熔;激冷處理工藝;殘余應(yīng)力;組織與性能中圖分類號(hào):TG441.8文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:AInvestigationofIntenseCoolingTechnologyFollowingTIGDressingZHUPing,GUOChanghong,SHIChunyuan,DINGChenggang,JIAOJianqiang(SchoolofMaterialsScienceandEngineering,DalianJiaotongUniversity,Dalian116028,China)Abstract:Residuestressesofweldtoeofbuttjointsasw

3、eld,TIGdressingandfollowingintensecoolingtreatmentweremeasuredrespectivelybyholedrillingmethod.Themicrostructuresandmechanicalpropertiesoftheweldedjointswerealsoinvestigated.Theresultsindicatethattheresiduetensilestressintheweldtoewastransformedintocompressivestressafterintensecoolingtreatmentonthes

4、urfaceofTIGdressedregionat550.andthatnobrittlenessOCCURSintheTIG-dressedzones,andmechanicalpropertiesoftheweldedjointsfulfilltechnologicalre-quirements.Keywords:TIGdressing;intensecoolingtechnology;residuestress;microstrueturesandproperties鐵道車輛高速行駛過程中,轉(zhuǎn)向架焊接構(gòu)架承受著強(qiáng)烈的振動(dòng)和沖擊載荷作用,構(gòu)架的抗疲勞性能及其可靠性直接影響列車的安全行駛,

5、而焊接接頭是構(gòu)架的薄弱環(huán)節(jié),接頭疲勞性能的優(yōu)劣也制約著轉(zhuǎn)向架的安全使用壽命,因此深入研究改善焊接接頭疲勞強(qiáng)度的工藝方法是十分必要的.通常,焊接接頭在完全焊透的情況下,焊根已不再是接頭易萌生疲勞裂紋的薄弱部位,而焊趾成為最易形成疲勞裂紋的起裂源.焊趾部位除了因幾何形狀突變而產(chǎn)生較高的應(yīng)力集中外,還存在焊接缺陷(如顯微夾渣等),這些缺陷也易于導(dǎo)致疲勞裂紋萌生.焊趾TIG重熔處理是改善接頭疲勞性能的簡(jiǎn)便而有效的焊后處理工藝.通過TIG電弧熔修后,焊趾表面形成平滑過渡,降低了應(yīng)力集中,清除了微小的非金屬夾雜物,從而改善接頭的疲勞強(qiáng)度.j.但有些文獻(xiàn)證實(shí),焊趾經(jīng)TIG電弧熔修后,焊趾表面仍呈殘余拉伸應(yīng)力

6、狀態(tài)j,從而限制了該工藝方法改善接頭疲勞強(qiáng)度的處理效果和應(yīng)用前景.為此,本文作者提出了焊趾TIG重熔后緊急跟隨激冷處理的一種焊后處理新工藝,通過對(duì)焊趾TIG重熔區(qū)溫度場(chǎng)施加一定強(qiáng)度的負(fù)溫度場(chǎng),降低和抵消殘余拉應(yīng)力場(chǎng),甚至當(dāng)冷源強(qiáng)度足夠時(shí)可獲得雙向的殘余壓應(yīng)力場(chǎng).顯然,焊趾部位呈壓應(yīng)力狀態(tài)有利于改善接頭抗疲勞性能.收稿日期:20080325作者簡(jiǎn)介:朱平(1973一),女,講師,碩士,研究方向:焊接結(jié)構(gòu)E-mail:.en.第6期朱平,等:焊趾TIG重熔跟隨激冷處理工藝871試驗(yàn)材料與方法1.1試驗(yàn)材料試驗(yàn)用鋼選用板厚14ram的Q345一c低合金結(jié)構(gòu)鋼,其化學(xué)成分

7、為: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%;力學(xué)性能為:I>345MPa,6:470630MPa,81>22%,在20C,0和一20cI=下的b均為34J.焊接采用MAG多層焊工藝,焊絲選配CHW一50C6(1.2mm)實(shí)芯焊絲,保護(hù)氣體采用80%Ar+20%CO,焊接工藝參數(shù)列于表1.1.2試驗(yàn)方法1.2.1焊趾TIG重熔區(qū)激冷處理TIG電弧重熔前,先將焊趾表面的鐵銹,溶渣和大顆粒飛濺清理干凈,因?yàn)檫^多的溶渣易表1焊接工藝參數(shù)使TIG重熔后的焊

8、道形成夾渣和氣孔,而大顆粒飛濺物對(duì)電弧重熔過程及其穩(wěn)定性不利,影響重熔區(qū)質(zhì)量.重熔電源采用直流正接,電流180A,電壓l7V速度15era/rain,線能量12.5kJ/era.TIG鎢極直徑3.2mm,噴嘴直徑qbl2mm,氬氣流量10L/rain.跟隨TIG重熔過程,當(dāng)焊趾重熔區(qū)達(dá)到某一溫度時(shí)對(duì)其進(jìn)行噴淋激冷處理,使之快速冷卻至室溫.激冷處理過程見圖焊趾殘余應(yīng)力測(cè)試殘余應(yīng)力測(cè)試采用盲孔法.在焊趾部位貼上型號(hào)BE1202CAK三向電阻應(yīng)變計(jì)(靈敏系數(shù)216),采用CCZ一1型測(cè)鉆設(shè)備在焊趾待測(cè)點(diǎn)鉆一直徑2mm,深度2mm的盲孔,利用YJ一25型應(yīng)變儀測(cè)量釋放應(yīng)變量,然后應(yīng)用彈性

9、理論計(jì)算出該部位的殘余應(yīng)力值.1.2.3接頭力學(xué)性能試驗(yàn)及微觀組織分析圖1焊趾TIG重熔區(qū)激冷過程示意圖接頭的拉伸,彎曲,沖擊試樣按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求制備,其中沖擊試樣V型缺口尖部位于焊趾區(qū).拉伸,彎曲試驗(yàn)在WE一30液壓萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行,沖擊試驗(yàn)在JB.30B型沖擊試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行.用HVA一10維氏硬度計(jì)測(cè)試接頭硬度,用OLYMPUSBX一51M顯微鏡分析焊趾區(qū)組織特征.2試驗(yàn)結(jié)果與討論2.1焊趾表面殘余應(yīng)力狀態(tài)焊態(tài),焊趾TIG重熔以及焊趾TIG重熔區(qū)在不同溫度下激冷處理后焊趾部位殘余應(yīng)力測(cè)試結(jié)果如表2所示.表2焊趾表面殘余應(yīng)力測(cè)試結(jié)果88大連交通大學(xué)第29卷表2焊趾表面殘余應(yīng)力測(cè)試結(jié)果(續(xù))由表

10、2可知,無(wú)論是在焊態(tài)下還是經(jīng)TIG電弧重熔后,焊趾處的縱向殘余應(yīng)力均為拉應(yīng)力,而橫向殘余應(yīng)力由于試板在焊接過程中無(wú)拘束作用可橫向自由收縮,所以既有拉應(yīng)力也有壓應(yīng)力.可見,TIG重熔后并沒有改變焊趾區(qū)殘余拉應(yīng)力狀態(tài),這與文獻(xiàn)4的結(jié)論一致.焊趾經(jīng)過TIG重熔后在不同溫度下進(jìn)行激冷處理,隨著激冷處理時(shí)重熔區(qū)溫度的提高,焊趾處的殘余拉應(yīng)力值減小,并逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)闅堄鄩簯?yīng)力.當(dāng)激冷處理時(shí)重熔區(qū)的溫度達(dá)到550時(shí),焊趾表面呈雙向殘余壓應(yīng)力狀態(tài).2.2焊接接頭力學(xué)性能焊趾TIG重熔區(qū)在550C時(shí)激冷處理后獲得的雙向殘余壓應(yīng)力有利于改善接頭的疲勞強(qiáng)度,但重熔區(qū)經(jīng)緊急冷卻后是否產(chǎn)生局部脆化以及接頭力學(xué)性能能否滿足技

11、術(shù)要求尚不清楚,為此分別對(duì),焊趾TIG重熔態(tài)和重熔后在550C下激冷處理態(tài)的焊接接頭進(jìn)行了拉伸,彎曲和沖擊試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果列于表3和表4.表3拉伸和彎曲試驗(yàn)結(jié)果從表3中可以看出,無(wú)論在焊態(tài)下,還是焊趾TIG重熔處理后,接頭的屈服強(qiáng)度均高于GB/T159l一94中規(guī)定的不低于345MPa,而抗拉強(qiáng)度也都在470630MPa范圍內(nèi),滿足標(biāo)準(zhǔn)要求.焊趾TIG重熔區(qū)在550C下進(jìn)行激冷處理后,接頭的屈服強(qiáng)度,抗拉強(qiáng)度也沒有降低.與焊態(tài)下相同,焊趾TIG重熔處理和隨后再進(jìn)行焊趾激冷處理的焊接接頭,均斷裂在遠(yuǎn)離焊縫及重熔區(qū)的母材處,斷裂部位呈明顯的頸縮現(xiàn)象,屬延性斷裂.接頭延伸率均與母材相當(dāng).接頭試件彎曲后

12、,在焊縫和焊趾重熔區(qū)表面均無(wú)裂紋產(chǎn)第6期朱平,等:焊趾TIG重熔跟隨激冷處理工藝生.由此可見,焊后進(jìn)行焊趾TIG重熔及跟隨激冷處理,接頭的靜載拉伸及彎曲性能滿足技術(shù)要求.表4沖擊試驗(yàn)結(jié)果由表4可見,與焊態(tài)下相比,焊趾經(jīng)過TIG電弧重熔后,缺口開在焊趾區(qū)的沖擊試樣,沖擊功有所降低,但都高于母材的最低沖擊功34J.TIG重熔后在550oC下再進(jìn)行激冷處理,焊趾重熔區(qū)仍具有足夠的韌性儲(chǔ)備.可見,焊趾TIG重熔區(qū)經(jīng)過緊急激冷處理后,焊趾區(qū)并沒有發(fā)生脆化,其原因是TiG重熔使焊趾部位組織細(xì)化,產(chǎn)生細(xì)晶韌化效果.此外激冷處理時(shí)焊趾重熔區(qū)的最高溫度在A點(diǎn)以下,所以盡管激冷速度很快也不會(huì)發(fā)生馬氏體相變.2.3

13、顯微組織與硬度圖2為焊態(tài)下焊趾處原始焊縫組織和焊趾經(jīng)過TIG重熔再進(jìn)行激冷處理后焊趾重熔焊縫區(qū)微觀組織.在焊態(tài)下的原始焊縫中,顯微組織主要為尺寸較大的晶界鐵素體和側(cè)板條鐵素體,以及針狀鐵素體和部分貝氏體,其中白色先共析鐵素體沿柱狀晶分布,針狀鐵素體分布在柱狀晶內(nèi).焊趾經(jīng)TIG重熔并激冷后,原始焊縫中的大塊狀鐵素體被重熔區(qū)細(xì)小的針狀鐵素體和多邊形鐵素體所取代.與焊態(tài)下的焊縫相比,重熔區(qū)組織顯著細(xì)化.(a)焊態(tài)下原始焊縫(b)激冷處理后焊趾TIG重熔區(qū)圖2焊縫及重熔區(qū)的微觀組織接頭原始熱影響區(qū)(HAZ)和激冷處理后焊趾TIG重熔區(qū)的粗晶區(qū)組織見圖3.容易看出,焊態(tài)下HAZ粗晶區(qū)的晶粒尺寸明顯粗大,

14、但經(jīng)過焊趾TIG重熔及隨后激冷處理后,焊趾重熔區(qū)的粗晶區(qū)組織也明顯細(xì)化,有利于改善焊趾區(qū)的塑性和韌性.(a)焊態(tài)(b)焊趾TIG重熔后激冷處理態(tài)圖3熱影響區(qū)(HAZ)的粗晶區(qū)微觀組織大連交通大學(xué)第29卷接頭的維氏硬度測(cè)試結(jié)果表明:焊態(tài)下,最高硬度位于緊鄰熔合線的HAZ粗晶區(qū),數(shù)值為234HV.焊趾經(jīng)TIG重熔隨后在550C下再進(jìn)行激冷處理,最高硬度出現(xiàn)在重熔區(qū)與母材之間的熔合線上,硬度值為HV267,略高于焊態(tài)下的最高硬度值,但沒有發(fā)生明顯的硬化效應(yīng),這與焊趾區(qū)微觀組織分析結(jié)果相一致.3結(jié)語(yǔ)(1)焊態(tài)下焊趾部位的縱向殘余應(yīng)力為拉應(yīng)力,橫向殘余應(yīng)力既有拉應(yīng)力也有壓應(yīng)力,而經(jīng)過TIG電弧重熔處理后

15、,焊趾表面的殘余應(yīng)力并沒有明顯降低,并且仍呈拉伸應(yīng)力狀態(tài).,(2)焊趾經(jīng)TIG重熔后跟隨激冷處理,其縱向殘余拉應(yīng)力隨著激冷處理時(shí)重熔區(qū)溫度的提高而逐漸降低,當(dāng)重熔區(qū)溫度為550時(shí),焊趾殘余應(yīng)力呈雙向壓應(yīng)力狀態(tài).(3)焊趾TIG重熔區(qū)在550%下激冷處理后,重熔區(qū)及其熱影響區(qū)的組織明顯細(xì)化,重熔區(qū)主要為細(xì)針狀鐵素體,最高硬度僅為HV267,表明焊趾重熔區(qū)經(jīng)激冷處理后沒有發(fā)生脆化.接頭的強(qiáng)度,塑性和沖擊韌性均滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求.參考文獻(xiàn):1程冰.我國(guó)鐵路客車轉(zhuǎn)向架技術(shù)發(fā)展的概述J.鐵道車輛,2005,(11):12-16.2霍立興.提高焊接接頭疲勞性能的研究進(jìn)展和最新技術(shù)c.與時(shí)俱進(jìn)追求卓越中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)焊接學(xué)會(huì)四十周年,中國(guó)焊接協(xié)會(huì)十五周年紀(jì)念文集,2002.3李旭.提速車焊接轉(zhuǎn)向架焊縫TIG重熔工藝的研究J.機(jī)械工人熱加工,2002,(5):3132.4HORNAM,HUTHERI,LIEURADEHP.FatiguebehaviourofT-jointsimpr