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承载超声冲击下焊接接头疲劳性能的改善

承载超声冲击下焊接接头疲劳性能的改善
承载超声冲击下焊接接头疲劳性能的改善

第38卷第7期焊接学报Vol. 38 No. 7 2 0 17 年7 月TRANSACTIONS OF THE CHINA WELDING INSTITUTION July 2 0 17

承载超声冲击下焊接接头疲劳性能的改善

邓彩艳,牛亚如,龚宝明,王东坡*

(天津大学材料科学与工程学院,天津300072)

摘要:采用承载超声冲击处理的方法对20号钢T形管接头进行处理,并与原始焊态、非承载冲击处理态试件进 行了对比.结果表明,在高应力比/?= 〇. 75的加载条件下,与原始焊态接头相比,非承载超声冲击和承载超声冲击 的疲劳强度分别提高了 23%和70%,疲劳寿命分别延长了 1.4倍和5. 6?8.5倍.从超声冲击处理区域表层组织、接头焊趾区表层硬度、焊接接头残余应力等方面比较了承载和非承载超声冲击提高焊接接头疲劳性能的异同,并 采用有限元软件A B A Q U S模拟了两种超声冲击处理下焊接接头的应力分布,与非承载冲击处理试件相比,承载冲 击处理试件表面压缩应力值大,压缩应力层深.

关键词:焊接接头;疲劳性能;承载超声冲击

中图分类号:TG405 文献标识码:A doi:10.12073/j.hjxb.20150713001

〇序言1超声冲击试验

焊接接头承受静载的能力一*般不低于母材,但 由于接头应力集中和焊接残余应力等因素其承受交 变动载荷的能力与母材相差甚远,是结构的薄弱环 节.疲劳断裂是接头失效的主要形式[1],因此采取 有效工艺提高焊接接头的疲劳强度是十分重要的.

锤击、喷丸处理是目前改善焊接接头疲劳性能 最为普遍的方法.但普通锤击法效率低、噪声大、可 控性差且劳动强度大、效果不稳定;喷丸处理设备庞 大、不适合野外和高空作业,安全防护和丸粒回收存 在很大问题[2].超声冲击执行机构轻巧、使用灵活 方便、效率高、噪音小、成本低、适用性强[3_4].超声冲击提高疲劳强度在低应力比下已被广泛应用,目前在高应力比下,超声冲击改善疲劳强度的机理研 究尚未深入[5].

通常情况构件服役之前使用超声冲击技术对焊 接接头实施处理,对处于承载状态采用超声冲击方 法改善其焊接接头疲劳性能机理的研究在国内外还 很少[6_7].因此,研究超声冲击在承载状态、高应力 比加载条件下改善焊接接头疲劳性能对于指导实际 应用有重大的意义.文中对比超声冲击在非承载、承载状态下提高疲劳强度的能力,并对承载冲击提 高焊接接头疲劳强度进行了分析.1.1试验材料

试验材料为20号钢,母材力学性能如表1.采用 T形管接头形式,接头形式如图1所示.采用手工电 弧焊,焊接材料为J422焊条,焊接工艺参数见表2.

表120号钢的力学性能

Table 1Chemical compositions of steel 20屈服强度圪r/M P a抗拉强度/?m/M P a断后伸长率^(%) 27044337

收稿日期:2015 -07-13

*参加此项研究工作还有赵俊美

图1管接头试件的几何形状与尺寸(mm)

Fig. 1Geometrical characteristics of T-joint

specimen

卷制处理后345C钢焊接接头力学性能试验及评定

卷制处理后345C钢焊接接头力学性能试验及评定 摘要: 本文结合云南金汉拉扎电站压力钢管的制作,在力学性能试验的基础上,通过对比分析评估卷制处理后Q345C钢焊接接头的质量。 关键词卷制处理力学性能试验Q345C钢焊接接头质量 Abstract: This paper combines Yunnan Jinhan Hydropower Station Penstock manufacture, in on the basis of mechanical property test, through the contrast analysis of assessment of rolling processing of Q345C steel welded joint quality. Keywords: rolling processing mechanical properties test Q345C steel welding joint quality 云南金汉拉扎水电站引水压力钢管主管直径φ2200mm,支管直径φ1500mm/φ900mm,钢管(衬)采用Q345C钢材,岔管采用Y型加月牙肋板形式,主材为WDB620高强钢,压力钢管总工程量为1493.03T。由于供货为非定制板材,钢板长度不定,给现场制作带来一定的麻烦,结合钢管制作现场实际情况,项目部决定在试验论证的基础上,采用钢板对接后卷制成形工艺进行压力钢管的制作,提高生产效率,降低生产成本。本文结合云南金汉拉扎水电站压力钢管的制作,浅谈卷制处理对Q345C低合金钢焊接接头力学性能的影响。 1、Q345C低合金钢板材的主要技术性能 表1:Q345C化学成分,% 随着现代工业的发展、科技的进步,低合金钢Q345C因其含C,Si、Mn量低,在通常情况下综合力学性能好,低温性能好,冷冲压性能、焊接性能和可切削性能好,广泛应用于桥梁、车辆、船舶、建筑、压力容器等。 2、力学性能试验 中华人民共和国电力行业标准《水电水利工程压力钢管制造安装及验收规范》DL/T 5017-2007第四章压力钢管的制造4.1.8所述,“拼焊后,不宜再在卷板机上卷制或矫形。”结合钢管制作现场实际情况,项目部特对经过卷制处理和未经卷制处理的拼焊焊接接头分组进行力学性能试验,通过分析对比,评估卷制处理对板材拼焊焊接接头质量影响的大小。 金汉拉扎水电站引水压力钢管主材为Q345C钢,钢管壁厚依次为10㎜、12㎜、14㎜、16㎜、20㎜、22㎜、25㎜、28㎜、30㎜和32㎜等10种规格,本

用局部法评定焊接接头的疲劳性能

第!"卷!第#期 !$$%年&!月焊接学报’()*+),’-.*+./’01,0-*)2134-*5-*+’-’6’-.* 789:!"!!!* 8:# 4;<;=>;?! !!$$%用局部法评定焊接接头的疲劳性能3 吴!冰!!杨新岐!!贾法勇!!霍立兴 !天津大学材料科学与工程学院"天津!%$$$J ! #摘!要!采用&#U O 钢非承载十字焊接接头疲劳试验结果对使用4E O G 7E O 准则的疲劳评定局部方法进行了研究$结果表明"有限元分析中应力集中区单元尺寸对局部参量计算有明显影响"为获得比较合理的预测结果需对焊趾应力集中区所划分的单元尺寸限定"当接头焊趾半径在$:&@$$:K==变化时应选择最小单元尺寸$:%!$$:#!==计算局部参量%在此基础上4E O G 7E O 准则可以对焊态接头做出合理的评定"但4E O G 7E O 建议的,值偏安全$此外"通过计算发现焊趾半径只影响局部很小区域!约$:@==内#的应力集中分布"在某一深度!约$:@==#后存在稳定的应力集中"因而建议采用距应力集中区最大应力处某一深度的应力参数计算4E O G 7E O 局部参量可能更为合理"这将减小局部参数对焊趾半径及单元尺寸的依赖性$ 关键词!焊接接头%4E O G 7 E O 准则%局部法%疲劳评定%单元尺寸中图分类号!’5"$"!!文献标识码!)!!文章编号!$!@%B %#$C !!$$%#$#B @&B $" 吴!冰 $!序!!言 焊接接头附近始终是焊接结构的薄弱区域"这是因为其应力集中和较差的材料性能的影响$因此 焊接接头的疲劳评定是工程界普遍关注的问题& &’ $传统的焊接接头疲劳评定方法!也称名义应力法#存在着局限性(主要是基于名义应力的+B*曲线直接依赖于焊接接头形式和载荷类型等因素"这使得焊接结构疲劳评定规范十分繁琐%对复杂结构形式)名义应力*很难准确定义"这造成疲劳试验数据分散误差很大$近年来提出了一种新的焊接接头疲劳强度评定方法)局部法*"该方法采用焊接接头应力集中区域应力场的)局部参量*作为疲劳断裂的控制参量"依据)局部参量*与疲劳性能的关系进行疲劳评定"从而消除名义应力法所具有的局限性$文中 将采用4E O G 7 E O 准则&!$@’ 的局部法应用于非承载十字接头的疲劳评定中"并对该方法的适应性以及有限元计算的影响因素进行了分析讨论$ &!理论基础 4E O G 7 E O 准则认为在疲劳裂纹形成阶段"微裂纹总是沿着最大剪切应力方向的滑移面扩展"这个剪切面是由微观剪切应力和静水压力所形成得最不 收稿日期!!$$%B $A B !% 基金项目!国家博士基金资助项目!&A A A A $$@#$@ #利平面"由此该准则提出疲劳极限于局部最大剪切应力+=E f 和静水压力,=E f 的关系为( ,;f [V +=E f Y -B =E f ’," !& #,=E f V !!&=Y !&E #+%"!!#+=E f V !&E +!"!% #式中(!&=为疲劳循环的局部平均主应力%!&E 为疲劳循环的局部主应力振幅%-和,为常数"根据大量焊态接头试验4E O G 7E O 提出-V$:#!,,V& !":@U N E "并得到法国焊接研究所的证实&@’ %-,,适用于承受拉伸,压缩和弯曲载荷的角焊缝接头"与材料性能无关$为了方便"定义+=E f Y -B =E V ,;f [",;f [是局部参量"同时也是焊趾处最大剪切应力和静水应力的组合参数"即要求的局部应力$ !!试验方法 试验材料为厚度K==的&#U O 钢材"其力学性能如表&所示$试样接头形式为不开坡口的角焊缝十字接头$试样分为两组(第一组!试样&$试样J #采用,.!气体保护焊进行焊接"焊接电流&&K $&!$)"电弧电压!$:#$!$:K7"平均焊接速度!==+I %第二组!试样K $试样&"#采用手工电弧焊进行焊接"焊条型号为1J $&K !,01@K B &#"焊接电流&!K $&%$)"电弧电压!%:#$!":%7"焊接平均速度!==+I $万方数据

3第三章 焊接接头的组织和性能

第3章焊接接头的组织和性能 ?焊接熔池的结晶特点:非平衡结晶、联生结晶和竞争成长以及成长速度动态变化。 联生结晶:一般情况下,以柱状晶的形式由半熔化的母材晶粒向焊缝中心成长,而且成长的取向与母材晶粒相同,从而形成所谓的联生结晶。(焊缝的柱状晶是从半熔化的母材晶粒开始成长的,其初始尺寸等于焊缝边界母材晶粒的尺寸,因而可以预料,在焊接热循环的作用下,晶粒易过热粗化的母材,其焊缝柱状晶也会发生粗化。) 竞争成长:只有最优结晶取向与温度梯度最大的方向(即散热最快的方向,亦即熔池边界的垂直方向)相一致的晶粒才有可能持续成长,并一直长到熔池中心。 ?焊接熔池的结晶形态:主要存在两种晶粒,柱状晶粒(有明显方向性)和少量的等轴晶粒。 其中,柱状晶粒是通过平面结晶、胞状结晶、胞状树枝结晶或树枝状结晶所形成。等轴晶粒一般是通过树枝状结晶形成的。具体呈何种形态,完全取决于结晶期间固-液界面前沿成分过冷的程度。 熔池结晶的典型形态:(1)平面结晶:固-液界面前方液相中的温度梯度G很大,液相温度曲线T不与结晶温度曲线T 相交,因而液相中不存在成分过冷(实际温度低于结晶温度) L 区。 在短距离内相交,形成较小的成分过冷(2)胞状结晶:液相温度曲线T与结晶温度曲线T L 区。断面呈六角形胞状形态。 (3)胞状树枝结晶:随固-液界面前方液相中的温度梯度G的减小,液相温度曲线T与结晶温 相交的距离增大,所形成的成分过冷区增大。 度曲线T L (4)树枝状结晶:当固-液界面前方液相中的温度梯度G进一步减小时,液相温度曲线T 与结晶温度曲线T 相交的距离进一步增大,从而形成较大的成分过冷区。 L (5)等轴结晶:自由成长,几何形状几乎对称。 随着成分过冷程度的增加,依次出现平面晶(形成较缓慢)、胞状晶、胞状树枝晶、树枝晶、等轴晶形态。 影响成分过冷的主要因素:熔池金属中溶质含量W、熔池结晶速度R、液相温度梯度G。 溶质含量W增加,成分过冷程度增大;结晶速度R越快,成分过冷程度越大;温度梯度G越大,成分过冷程度越小。 随晶体逐渐远离焊缝边界而向焊缝中心生长,温度梯度G逐渐减小,结晶速度R逐渐增大,溶质含量逐渐增加,成分过冷区液逐渐加大,因而结晶形态将依次向胞状晶、胞状树枝晶及树枝晶发展。熔池中心附近可能导致等轴晶粒的形成。 ?焊缝的相变组织: 1、低碳钢焊缝的相变组织。 (1)铁素体和珠光体。冷却速度越快,焊缝金属中珠光体越多,而且组织细化, 显微硬度增高。采用多层焊或对焊缝进行焊后热处理,也可破坏焊缝的柱状晶,得 到细小的铁素体和少量珠光体,从而起到改善焊缝组织的性能。 (2)魏氏组织。由过热导致。焊缝含碳量和冷却速度处在一定范围内时产生,更易在粗晶奥氏体内形成。 2、低合金钢焊缝的相变组织。低合金钢焊缝中可能形成铁素体F、珠光体P、贝氏体 B、马氏体M。 (1)铁素体F:先共析铁素体GBF、侧板条铁素体FSP、针状铁素体AF、细晶铁素体FGF。

焊接接头试验

第六讲焊接接头试验 一、焊接接头力学性能试验 力学性能试验是用来测定焊接材料、焊缝金属和焊接接头在各种条件下的强度、塑性和韧性。首先应当焊制产品试板,从中取出拉伸、弯曲、冲击等试样进行试验,以确定焊接工艺参数是否合适,焊接接头的性能是否符合设计的要求。 1、焊接接头的拉伸试验 焊接接头拉伸试验是以国家标准 (GB2651一1989)为依据进行的,该标准适用于熔焊和压焊的对接接头。 (1)试验目的 该标准规定了金属材料焊接接头横向拉伸试验方法,用以测定焊接接头的抗拉强度。 (2)试件制备 1)接头拉伸试样的形状分为板形、整管和圆形三种。可根据要求选用。 2)焊接接头拉伸试验用的样坯从焊接试件上垂直于焊缝轴线方向截取,并通过机械加工制成如图8一1所示形状及表8一1所示尺寸的板接头板状试样,或制成如图8一2所示形 状及表8一1所示尺寸的管接头板状试样。加工后焊缝轴线应位于试样平行长度的中心。 表8一1板状试样的尺寸 总长L 根据实验机定夹持部分宽度 B b+12 平行部分宽度板 b 25≥ 管 b D≤76 12 D>76 20 当D≤38时,取整管拉伸 平行部分长度l >L s+60或L s+12 过渡圆弧r 25 注:L s为加工后,焊缝的最大宽度;D为管子外径。

3)每个试样均应打有标记,以识别它在被截试件中的准确位置。 4) 试样应采用机械加工或磨削方法制备,要注意防止表面应变硬化或材料过热。在受试长度下范围内,表面不应有横向刀痕或划痕。 5)若相关标准和产品技术条件无规定时,则试样表面应用机械方法去除焊缝余高,使其与母材原始表面齐平。 6)通常试样厚度仅应为焊接接头试件厚度。如果试件厚度超过3Omm时,则可从接头不同厚度区取若干试样以取代接头全厚度的单个试样,但每个试样的厚度应不小于3Omm,且所取试样应覆盖接头的整个厚度 (见GB2649)。在这种情况下,应当标明试样在焊接试件厚度中的位置。 7)对外径小于等于38mm的管接头,可取整管作拉伸试样,为使试验顺利进行,可制作塞头,以利夹持,如图8-3所示。 8)棒材接头选用图8一4所示圆形试样。其中: do=(10土0.2)mm;l=Ls+2D;D和h由 试验机结构来定;r mm=4mm。

焊接接头疲劳裂纹扩展速率

w w w .b z x z w .c o m J 33 JB/T 6044-1992 焊接接头疲劳裂纹扩展速率 侧槽试验方法 1992-05-05 发布 1993-07-01 实施 中华人民共和国机械电子工业部 发 布

w w w .b z x z w .c o m 1 1 主题内容与适用范围 本标准规定了测定焊接接头疲劳裂纹扩展速率的侧槽试验方法。 本标准适用于室温(15~35℃)及大气环境下测定金属材料熔化焊焊接接头(母材、焊缝金属及热影响区)大于10–5 mm/周的恒幅循环载荷下的侧槽试样的疲劳裂纹扩展速率。在非室温、非大气环境下的焊接接头侧槽试样的疲劳裂纹扩展速率试验,亦可参照本方法。2 引用标准 GB 9447 焊接接头疲劳裂纹扩展速率试验方法3 术语及代号3. 1 侧槽沿试样裂纹扩展方向开的槽,侧槽分为通槽和半通槽。 3. 2 通槽贯通整个试样几何中心线的侧槽。因为它对裂纹扩展的约束是两个方向,也可称为二维槽。3. 3 半通槽未贯通的侧槽。因为它对裂纹扩展的约束是三个方向,也可称为三维槽。 3. 4 槽长W n 。始于施力点中心线,沿裂纹扩展方向的槽长。对于通槽试样槽长W n 。应与试样宽度W 相等。 3. 5 槽宽E n 。 垂直侧槽轴向的试样表面的槽口宽度。3. 6 槽深H n 。 试样表面到侧槽槽底的深度。3. 7 侧槽弧度R n 。 试样侧槽根部圆弧半径。4 试件与试样4. 1 试件的制备 4. 1. 1 在用于焊接材料的选择和评定焊接工艺时,试样制备的原始条件必须有可比性。 4. 1. 2 在用于估算焊接结构寿命时,试件必须从真实构件上截取,如果需要用焊接试件代替,应保持试件和构件的材料、焊接工艺条件、轧制方向条件一致。4. 2 试样 4. 2. 1 裂纹扩展速率d a /d N 标准CT (紧凑拉伸)侧槽试样如图1。它是为测定焊缝金属裂纹扩展速率的一种通槽试样;如果测热影响区或接头的其他部位的d a /d N 时,试样的侧槽应开在所测的相应部位。机械电子工业部 1992-05-05 批准 中华人民共和国机械行业标准 焊接接头疲劳裂纹扩展速率 侧槽试验方法 JB/T 6044-1992 1993-07-01 实施

焊接接头组织和性能的控制

第七章 焊接接头组织和性能的控制 1.焊接热循环对被焊金属近缝区的组织、性能有什么影响?怎样利用热循环和其他工艺措施改善HAZ 的组织性能? 答: (1)在热循环作用下,近缝区的组织分布是不均匀的,融合去和过热去出现了严 重的晶粒粗化,是整个接头的薄弱地带,而行能也是不均匀的,主要是淬硬、韧化和脆化,及综合力学性能,抗腐蚀性能,抗疲劳性能等。 (2)焊接热循环对组织的影响主要考虑四个因素:加热速度、加热的最高温度, 在相等温度以上的停留时间,冷却速度和冷却时间,研究它是研究焊接质量的主要途径,而在工艺措施上,常可采用长段的多层焊合短道多层焊,尤其是短道多层焊对热影响区的组织有以定的改善作用,适于焊接晶粒易长而易淬硬的钢种。 2. 冷却时间100t t 8 385、、t 的各自应用对象,为什么不常用某温度下(如540℃)的 冷却速度? 答:对于一般碳钢和低合金钢常采用相变温度范围800~500℃冷却时间(85t )对冷裂纹倾向较大的钢种,常采用800~300℃的冷却时间8 3t ,各冷却时间的选定要根据不同金属材料做存在的问题来决定 为了方便研究常用某一温度范围内的冷却时间来讨论热影响组织性能的变化,而某个温度下 比如540℃则为一个时刻即冷却至540℃时瞬时冷却速度 和组织性能。故不常用某以温度下的冷却速度,对于一般低合金钢来讲,主要研究热影响区溶合线附近冷却过程中540℃时瞬时冷却速度 3. 低合金钢焊接时,HAZ 粗晶区奥氏体的均质化程度对冷却时变相有何影响? 答:奥氏体的均质化过程为扩散过程,因此焊接时焊接速度快和相变以上停留时间短都不利于扩散过程的进行,从而均质化过程差而 影响到冷却时间的组织相变,低合金钢在焊接条件下的CCT 曲线比热处理条件下的曲线向做移动,也就是在同样冷却速度下焊接时比热处理的淬硬倾向小,例如冷却速度为36s C / 时可得到100%的马氏体,在焊接时由于家人速度快,高温停留时间短

《焊接质量检测技术》教学教案—任务七焊接接头的力学性能试验

任务一焊接接头的力学性能试验 教学目的要求: 1. 能够根据焊接接头正确选择力学性能的种类; 2. 能够正确从焊接接头上截取试样; 3. 能够进行力学性能试验的操作; 4. 能够按照标准分析力学性能试验结果; 重点难点:焊接接头的力学性能指标及拉伸、弯曲、冲击的试验原理; 教学难点:焊接接头的力学性能试验操作过程; 课时分配, 理论4-6学时;实践2学时 【相关知识】 一、力学性能试验概述 1. 力学性能指标 (1)强度 (2)屈服点或屈服应力 (3)塑性 (4)弹性 (5)韧性 (6)脆性 (7)硬度 (8)疲劳强度 (9)延展性 2.力学性能试验取样的一般原则 (1)由于试样从试板上截取,因此焊接试板的尺寸必须满足相应的要求。试板两端不能利用的长度要去除,去除的长度最小不应低于25mm。 (2)试板的性能存在各向异性,因此为各种不同目的所截取的试样,其取样部位必须符合规定,(3)保证试样加工符合规定的精度和公差。各种试样都有具体规定,例如V型缺口比U型缺口的冲击试样对表面粗糙度的要求就高一些。 (4)试验的实物及委托单上必须有标记,但标记的部位不应在试验面上,要易于辨认识别,委托单要随实物一起流转。 (5)试验所使用的仪器设备必须状态良好,计量刻度数据显示准确可靠,误差符合规定。 二、力学性能试验的分类 1.拉伸试验 2.弯曲试验 3.缺口冲击试验

4.硬度试验 5.疲劳试验 6.断裂韧性试验 三、力学性能试验的应用 1.拉伸试验 (1) 焊接接头的拉伸试验 焊接接头的拉伸试验应按GB/T2651-2008《焊接接头拉伸试验方法》标准进行,以测定接头的抗拉强度和抗剪负荷。 (2) 焊缝及熔敷金属的拉伸试验 焊缝及熔敷金属的拉伸试验应按GB/T2652-2008《焊缝及熔敷金属拉伸试验方法》标准进行,以测定其强度(R m 和R eH )以及塑性(A 和Z )。试样分有单肩、双肩和带螺纹试样三种,如图2-5所示。 通过拉伸试验,能够提供的特征值主要包括:抗拉强度R m (N/mm 2)、屈服极限R eH (N/mm 2)、屈服点R P0.2(N/mm 2)、伸长率 A 、断面收缩率 Z 、屈强比等。 R m = 0 S F m (2-1) 屈服极限定义为指材料在出现屈服现象时所能承受的最大应力。 R eH = 0 S F e (2-2) 伸长率 A 是衡量材料塑性变形能力的一种方式。 A= 0 0L L L u - = 0L L ?×100% (2-3) 断面收缩率 Z 是衡量材料塑性变形能力的另一种方式。 Z = 00S S S u - = 0 S S ?×100% (2-4) 2.弯曲试验 弯曲试验应按GB/T 2653-2008《焊接接头弯曲试验方法》标准的有关规定进行。 (1) 横弯试验; (2) 纵弯试验; (3) 横向侧弯试验; 3. 缺口冲击试验 缺口冲击试验实验目的是测定焊缝金属或焊件热影响区在受冲击载荷时抵抗断裂的能力(韧性),以及脆性转变的温度。

钢筋焊接接头取样各种钢筋试验的取样方法

(一)热轧钢筋 1、组批规则 以同一牌号、同一炉罐号、同一规格、同一交货状态,不超过60吨为一批。 2、取样方法 拉伸检验:任选两根钢筋切取。两个试样,试样长500mm。 冷弯检验:任选两根钢筋切取两个试样,试长度按下式计算: L=*(ad)140mm 式中:L—试样长度 a—钢筋公称直径 d—弯曲试验的弯心直径; 按下表取用 钢筋牌号(强度等级) HPB235(Ⅰ级)HRB335HRB400HRB500 公称直径(mm)8~206~2528~506~2528~506~2528~50 弯心直径d1a3a4a4a5a6a7a 在切取试样时,应将钢筋端头的500mm去掉后再切取。 (二)低碳钢热轧圆盘条 1、组批规则 以同一牌号、同一炉罐号、同一品种、同一尺寸、同一交货状态,不超过60吨为一批。 2、取样方法: 拉伸检验:任选一盘,从该盘的任一端切取一个试样,试样长500mm。 弯曲检验:任选两盘,从每盘的任一端各切取一个试样,试样长200mm。 在切取试样时,应将端头的500mm去掉后再切取。 (三)冷拔低碳钢丝 1、组批规则

甲级钢丝逐盘检验。乙级钢丝以同直径5吨为一批任选三盘检验。 2、取样方法 从每盘上任一端截去不少于500mm后,再取两个试样一个拉伸,一个反复弯曲,拉伸试样长500mm,反复弯曲试样长200mm。 (四)冷轧带肋钢筋 1、冷轧带肋钢筋的力学性能和工艺性能应逐盘检验,从每盘任一端截去500mm以后,取两个试样,拉伸试样长500mm,冷弯试样长200mm。 2、对成捆供应的550级冷轧带肋钢筋应逐捆检验。从每捆中同一根钢筋上截取二个试样,其中,拉伸试样长500mm,冷弯试样长250mm。如果,检验结果有一项达不到标准规定。应从该捆钢筋中取双倍试样进行复验。 (五)钢筋焊接接头的取样 A、取样规定[根据《钢筋焊接及验收规程》(JGJ18-2003)] 1、钢筋闪光对焊接头取样规定 a在同一台班内,由同一焊工完成的300个同牌号、同直径钢筋焊接接头应作为一批。当同一台班内焊接的接头数量较少,可在一周之内累计计算;累计仍不足300个接头,应按一批计算。 b力学性能检验时,应从每批接头中随机切取6个试件,其中3个做拉伸试验,3个做弯曲试验。 c焊接等长的预应力钢筋(包括螺丝端杆与钢筋)时,可按生产时同等条件制作模拟试件。 d螺丝端杆接头可只做拉伸试验。 e封闭环式箍筋闪光对焊接头,以600个同牌号、同规格的接头为一批,只做拉伸试验。 f当模拟试件试验结果不符合要求时,应进行复验。复验应从现场焊接接头中切取,其数量和要求与初始试验相同。 2、钢筋电弧焊接头取样规定

双相钢搭接点焊接头疲劳寿命分析

收稿日期:2007-07-09基金项目:国家“863”高技术研究发展计划资助项目(2006AA04Z 126) 双相钢搭接点焊接头疲劳寿命分析 许 君, 张延松, 朱 平, 陈关龙 (上海交通大学车身制造技术中心,上海 200240) 摘 要:研究了双相钢焊点特征,对不同匹配双相钢搭接焊点进行了疲劳试验,获得了焊点的载荷寿命曲线。研究了双相钢焊点的疲劳裂纹扩展及失效形式,分析和解释了疲劳过程中的现象,并根据裂纹的实际扩展路径,提出了局部等效张开应力强度因子 k eq ,从断裂力学的角度对双相钢焊点的疲劳失效进行了分析。结果表明,k eq 能够有效 地关联具有不同厚度,不同熔核直径的搭接焊点试样的疲劳寿命,是反映双相钢焊点疲劳强度的有效参量,能够用来预测焊点疲劳寿命。关键词:双相钢;点焊;疲劳强度;局部等效应力强度因子 中图分类号:TG 115.28 文献标识码:A 文章编号:0253-360X (2008)05-0045- 04 许 君 0 序 言 在汽车工业中,为适应提高油效和减少尾气排放的需要,汽车轻量化已经成为21世纪汽车技术 的前沿和热点[1] 。减少汽车重量的主要途径就是使用轻量化材料。传统的低碳钢以及高强度低碳合金钢(HS LA )现在正越来越多地被双相高强度钢(DP )所取代,双相钢的抗拉强度可以达到600MPa 甚至更高,它能够在不降低车身强度和刚度等各项性能指标的前提下,减少车身重量,而它现在也是整个汽车工业以及钢铁工业研究的热点。双相高强钢由低碳钢和低碳低合金钢经临界区处理或控制轧制而得到,主要由铁素体和马氏体组成。具有屈服强度低,初始加工硬化速率高,在加工硬化和屈服强度上表现高应变速率敏感性以及强度和延性配合好等特点[2,3]。不仅如此,双相高强钢还具有极强的吸能作用,从而在车辆发生碰撞或其它事故时更好地保护驾乘者的安全。 近年,虽然汽车白车身部件的连接出现了许多新的方法,比如激光焊接、粘接等等,但是电阻点焊仍然是车身构件连接的最主要方式。一般情况下,一辆轿车的白车身上有大约3000个焊点,焊点周围存在较严重的应力集中,疲劳裂纹易于形成和扩展,车身结构的大部分疲劳失效都发生在焊点或者焊点周围,焊点的局部失效会降低整个车辆的各种 功能指标,包括刚度、振动、噪声、以及车辆耐久性等 [4] 。随着双向高强钢越来越多地应用于汽车车身 制造中,双相钢焊点疲劳强度也逐渐成为各大汽车厂商的研究焦点。 在双相钢搭接点焊接头进行疲劳试验的基础上,对双相钢点焊接头疲劳裂纹扩展及失效形式进行了讨论,获得了焊点的载荷寿命曲线,分析和解释了疲劳过程中的现象,并根据裂纹的实际扩展路径,提出了局部等效张开应力强度因子k eq ,它是反映焊点疲劳寿命的有效参量。 1 试验方法 1.1 材料与试样 疲劳试验试样使用了双相高强钢DP600GI 以及DP780GI ,对应于DP600GI 有0.8mm 以及1.4mm 两 种厚度钢板,而DP780GI 则有1.0mm 以及1.6mm 两种厚度钢板,两种材料化学成分以及力学性能分别列于表1和表2。用于疲劳试验的拉剪试样具体几何尺寸见图1。为了保证获得焊点的一致性,所有试样的几何尺寸都保持一致,且焊接钢板都是同种厚度的组合,具体焊接参数如表3。 表1 DP600GI 和DP780GI 的化学成分(质量分数,%) Table 1 Chemical compo sitions of DP600GI and DP780GI 材料 C Mn P S Al Fe DP600GI 0.11 1.430.010.0010.02余量DP780GI 0.13 2.01 0.03 0.002 0.049 余量 第29卷第5期2008年5月 焊 接 学 报 TRANS ACTI ONS OF THE CHI NA WE LDI NG I NSTIT UTI ON V ol.29 N o.5May 2008

焊缝余高对焊接接头疲劳强度的影响.

焊缝余高对焊接接头疲劳强度的影响 摘要通过测定AQ400NH材料的光滑焊件、余高焊件的疲劳性能、观察断口形貌、绘制S-N曲线以及用AN-SYS有限元程序计算应力分布,研究余高对焊接接头疲劳强度的影响。结果发现,对于光滑焊件,焊接缺陷是影响疲劳强度的主要原因,对于有余高焊件,余高的高度是影响疲劳强度的主要原因,实际应变测量和有限元计算都表明,焊趾部位是应力集中区,应力集中的强度和余高间有线性关系。 焊接结构的疲劳强度,在很大程度上取决于构件应力集中情况。如果焊接构件有应力集中,在受到循环载荷条件下,焊接结构普遍会出现严重的断裂破坏。焊缝几何尺寸及焊接过程中产生的各种缺陷是产生应力集中的主要原因[1,2]。然而这些原因如何影响焊接构件的疲劳寿命,对于一种新材料,或者对于在一种特殊条件下使用的材料来说,应当受到特别的关注。AQ400NH钢是一种耐候材料,在使用结构中,该材料的焊接结构承受着高速动载的作用,使用条件特殊,所以研究产生应力集中的原因、应力集中对该焊件疲劳性能的影响,对提高焊件疲劳寿命具有重要意义。 笔者着眼于焊缝趾部余高与焊接构件应力集中的关系,探讨余高产生的应力集中对该焊件疲劳性能的影响。为此,对这种材料的母材、光滑焊件(余高为零的焊件、带余高焊件分别进行疲劳试验。绘制它们的S-N曲线;观察静态载荷下焊趾处应力的变化;用ANSYS有限元分析程序计算了各种状态下焊接构件的应力分布状态,以及余高变化产生应力集中的趋势。 1实验部分 1.1主要仪器与设备 电液伺服材料试验机:Instron1251型,英国In-stron公司。 1.2材料成分、力学性能实验所用材料为耐候材料AQ400NH,其主要化学成分见表1,母材与焊件的基本力学性能见表2。 1.3焊接接头几何尺寸

钢筋焊接接头取样各种钢筋试验的取样方法

钢筋焊接接头取样各种钢筋试验的取样方法 (一)热轧钢筋 1、组批规则 以同一牌号、同一炉罐号、同一规格、同一交货状态,不超过60吨为一批。 2、取样方法 拉伸检验:任选两根钢筋切取。两个试样,试样长500mm。 冷弯检验:任选两根钢筋切取两个试样,试长度按下式计算: L=1.55*(ad)140mm 式中:L—试样长度 a—钢筋公称直径 d—弯曲试验的弯心直径; 按下表取用 钢筋牌号(强度等级) HPB235(Ⅰ级)HRB335HRB400HRB500 公称直径(mm)8~206~2528~506~2528~506~2528~50 弯心直径d1a3a4a4a5a6a7a 在切取试样时,应将钢筋端头的500mm去掉后再切取。 (二)低碳钢热轧圆盘条 1、组批规则 以同一牌号、同一炉罐号、同一品种、同一尺寸、同一交货状态,不超过60吨为一批。 2、取样方法: 拉伸检验:任选一盘,从该盘的任一端切取一个试样,试样长500mm。 弯曲检验:任选两盘,从每盘的任一端各切取一个试样,试样长200mm。 在切取试样时,应将端头的500mm去掉后再切取。 (三)冷拔低碳钢丝 1、组批规则 甲级钢丝逐盘检验。乙级钢丝以同直径5吨为一批任选三盘检验。 2、取样方法 从每盘上任一端截去不少于500mm后,再取两个试样一个拉伸,一个反复弯曲,拉伸试样长500mm,反复弯曲试样长200mm。 (四)冷轧带肋钢筋 1、冷轧带肋钢筋的力学性能和工艺性能应逐盘检验,从每盘任一端截去500mm以后,取两个试样,拉伸试样长500mm,冷弯试样长200mm。 2、对成捆供应的550级冷轧带肋钢筋应逐捆检验。从每捆中同一根钢筋上截取二个试样,其中,拉伸试样长500mm,冷弯试样长250mm。如果,检验结果有一项达不到标准规定。应从该捆钢筋中取双倍试样进行复验。 (五)钢筋焊接接头的取样 A、取样规定[根据《钢筋焊接及验收规程》(JGJ18-2003)] 1、钢筋闪光对焊接头取样规定

钢筋焊接件试验

一、目的 检测钢筋焊接件的力学性能指标,指导检测人员按规程正确操作,保证检测结果科学、准确。 二、检测参数及执行标准 拉伸试验、冷弯试验。 执行标准: JGJ 18—2003《钢筋焊接及验收规程》; JGJ/T 27—2001《钢筋焊接接头试验方法标准》; GB 2653—89《焊接接头弯曲及压扁试验方法》; GB 8170—2008《数值修约规则与极限数值的表示和判定》; 三、适用范围 适用于闪光对焊、电弧焊、气压焊、电渣压力焊。 四、职责 检测人员必须认真执行国家标准,按照作业指导书操作,作好试验记录,填写检测报告,并对数据负责。 五、样本大小及抽样方法 钢筋闪光对焊应在同一台班内,由同一焊工完成的300个同牌号,同直径钢筋焊接接头应作为一批,当同一台班内焊接的接头数量较少,可在一周之内累计计算,累计不足300个接头应按同一批计算。钢筋电弧焊、钢筋电渣压力焊(接头)在现场安装条件下,应在不超过二楼层中以300个同型式接头,同牌号钢筋的接头作为一批。不足300个时,仍作为一批。闪光焊试件作力学性能试验时,闪光焊试件,应从每批接头中随机切取6

个试件,其中3个做拉伸试验,3个做弯曲试验;电弧焊试件只作3根,用来作拉伸试验。 闪光对焊拉伸试件长度 L=8d0+200mm; 冷弯试样:Ⅰ级钢筋 L=5d0+150mm; Ⅱ—Ⅳ热轧钢筋 L=10d0+150mm; 电弧焊(帮条搭接)拉伸试样长度为单面焊:8d0+300mm; 双面焊:5d0+300mm。 六. 仪器设备 1. 万能试验机,精确度±1%; 2. 游标卡尺,精确度为0.1mm; 3. 引伸计—标距为50mm(每一分格值为0.01-0.002mm); 4. 钢板尺,精确度为0.5mm; 七. 环境条件 试验应在室温10-35℃下进行。 八. 试验步骤及数据处理 1. 拉伸试验 (1) 试验前根据钢筋品种、规格选择试验机(吨位),应采用游标卡尺复核钢筋的直径、钢板厚度和焊缝长度。 (2)将试件夹紧于试验机上,加荷应连续而平稳,不得有冲击或跳动,加荷速度为10-30MPa/s直至试件拉断(或出现颈缩后)为止。 (3)试验过程中应记录下列各项数据。 a 钢筋级别和公称直径。

焊接接头强度与韧性的计算

焊接接头强度匹配和焊缝韧性指标综述 1 焊接接头的强度匹配 长期以来,焊接结构的传统设计原则基本上是强度设计。在实际的焊接结构中,焊缝与母材在强度上的配合关系有三种:焊缝强度等于母材(等强匹配),焊缝强度超出母材(超强匹配,也叫高强匹配)及焊缝强度低于母材(低强匹配)。从结构的安全可靠性考虑,一般都要求焊缝强度至少与母材强度相等,即所谓“等强”设计原则。但实际生产中,多数是按照熔敷金属强度来选择焊接材料,而熔敷金属强度并非是实际的焊缝强度。熔敷金属不等同于焊缝金属,特别是低合金高强度钢用焊接材料,其焊缝金属的强度往往比熔敷金属的强度高出许多。所以,就会出现名义“等强”而实际“超强”的结果。超强匹配是否一定安全可靠,认识上并不一致,并且有所质疑。九江长江大桥设计中就限制焊缝的“超强值”不大于98MPa;美国的学者Pellini则提出〔1〕,为了达到保守的结构完整性目标,可采用在强度方面与母材相当的焊缝或比母材低137MPa的焊缝(即低强匹配);根据日本学者佑藤邦彦等的研究结果〔2〕,低强匹配也是可行的,并已在工程上得到应用。但张玉凤等人的研究指出〔3〕,超强匹配应该是有利的。显然,涉及焊接结构安全可靠的有关焊缝强度匹配的设计原则,还缺乏充分的理论和实践的依据,未有统一的认识。为了确定焊接接头更合理的设计原则和为正确选用焊接材料提供依据,清华大学陈伯蠡教授等人承接了国家自然科学基金研究项目“高强钢焊缝强韧性匹配理论研究”。课题的研究内容有:490MPa级低屈强比高强钢接头的断裂强度,690~780MPa级高屈强比高强钢接头的断裂强度,无缺口焊接接头的抗拉强度,深缺口试样缺口顶端的变形行为,焊接接头的NDT试验等。大量试验结果表明: (1)对于抗拉强度490MPa级的低屈强比高强钢,选用具备一定韧性而适当超强的焊接材料是有利的。如果综合焊接工艺性和使用适应性等因素,选用具备一定韧性而实际“等强”的焊接材料应更为合理。该类钢焊接接头的断裂强度和断裂行为取决于焊接材料的强度和韧塑性的综合作用。因此,仅考虑强度而不考虑韧性进行的焊接结构设计,并不能可靠地保证其使用的安全性。 (2)对于抗拉强度690~780MPa级的高屈强比高强钢,其焊接接头的断裂性能不仅与焊缝的强度、韧性和塑性有关,而且受焊接接头的不均质性所制约,焊缝过分超强或过分低强均不理想,而接近等强匹配的接头具有最佳的断裂性能,按照实际等强原则设计焊接接头是合理的。因此,焊缝强度应有上限和下限的限定。

JIS Z 3136-1999电阻点焊及凸焊焊接接头剪切试验的试验片尺寸及试验方法译文

Z3136: 1999 前言 本标准是依据工业标准化法,经日本工业标准调查会的审议,由日本通商产业大臣修订的日本工业标准。因此,JIS Z3136:1989经修改由本标准替代。 本次的修订,为了与国际标准接轨,以ISO/DIS 14273:1989作为基础。

日本工业标准JIS Z 3136:1999 电阻点焊及凸焊焊接接头剪切试验的 试验片尺寸及试验方法 序文 本标准是在1989年发行的ISO/DIS 14273 的基础上编制的日本工业标准,其对应部分(试验片、试验装置、试验顺序及记录)等技术方面的内容没作变更,但追加了如下规定内容。 a)关于试验片尺寸,从前规定的“常规板宽试验片”和ISO/DIS中规定的“饱和 板宽试验片”并用。 b)关于试验片的个数,以ISO/DIS中规定的11个为基础,当不需要标准偏差时, 可经当事者之间协商后减少之。 c)对3张重叠以上的焊接接头试验片做了规定。 1适用范围 本标准对金属的点焊及凸焊焊接接头在如下方面做了规定:厚度0.3—5.0mm,具有任意焊接直径的常规板宽试验片的尺寸;厚度在0.5—10.0mm, 具有不超过5t(t:板厚)焊接直径的饱和板宽试验片的形状、尺寸;对各种试验 片的试验方法。 2引用标准 本标准引用的标准如下,这些被引用的标准可作为构成本标准的一部分,这些被引用的标准适用最新版本。 JIS Z 2241 金属材料抗拉试验方法 JIS Z 3001 焊接用语 JIS Z 8041 数值的归纳方法 3定义 本标准中所使用的主要用语的定义依据JIS Z 3001 及如下规定。 a)剪切力(剪切荷重)通过本试验得到的最大力(最大荷重)。 b)焊接直径确芯棒断裂时是指芯棒的平均直径,界面断裂的是指在除电焊附着 物的界面上测定的焊接区域的平均直径。但是,两种断裂形式并存的部分芯棒断裂时,是指图1所示的平均直径。 c)常规板宽试验片是指实用于簿板构造物的电阻点焊及凸焊的,具有接近于点 间隔的板宽的试验片。

焊缝金属和焊接接头的疲劳试验法

为尽快解决国家标准时效性差和总体水平偏低等问题,建立与国民经济和社会发展相适应的标准体系,更好地为社会提供服务,自2003年起,国家质量监督检验检疫总局和国家标准化管理委员会对截止目前的21575项国家标准进行了清理,近日,国家质检总局和国家标准委发布2005年第146号公告,宣布通过清理后,继续有效的国家标准有44.2%,急需修订的有44.2%,废止的有11.6%。通过此次清理,国家标准总体数量将减少23%。请各有关方面停止使用已经废止的国家标准。有关废止的国家标准目录详见国家质量监督检验检疫总局网站(https://www.wendangku.net/doc/6a6777788.html,)和国家标准化管理委员会网站(https://www.wendangku.net/doc/6a6777788.html,)。 经查阅,与钢结构检测有关的废止的国家标准有: GB/T 38-1976 螺栓技术条件 GB/T 61-1976 螺母技术条件 GB/T 89-1976 螺钉技术条件 GB/T 223.1-1981 钢铁及合金中碳量的测定 GB/T 223.2-1981 钢铁及合金中硫量的测定 GB/T 223.15-1982 钢铁及合金化学分析方法重量法测定钛 GB/T 223.35-1985 钢铁及合金化学分析方法脉冲加热惰气熔融库仑滴定法测定氧量 GB/T 223.45-1994 钢铁及合金化学分析方法铜试剂分离-二甲苯胺蓝Ⅱ光度法测定镁量 GB 2595-1981 冶金分析化学实验室安全技术标准 GB/T 2655-1989 焊接接头应变时效敏感性试验方法 GB/T 2656-1981 焊缝金属和焊接接头的疲劳试验法 GB/T 2971-1982 碳素钢和低合金钢断口检验方法 GB/T 4158-1984 金属艾氏冲击试验方法 GB/T 4675.1-1984 焊接性试验斜Y型坡口焊接裂纹试验方法 GB/T 4675.2-1984 焊接性试验搭接接头(CTS) 焊接裂纹试验方法 GB/T 4675.3-1984 焊接性试验 T型接头焊接裂纹试验方法 GB/T 4675.4-1984 焊接性试验压板对接(FISCO) 焊接裂纹试验方法 GB/T 4675.5-1984 焊接性试验焊接热影响区最高硬度试验方法 GB/T 9447-1988 焊接接头疲劳裂纹扩展速率试验方法 GB/T 12444.1-1990 金属磨损试验方法 MM型磨损试验 GB/T 12469-1990 焊接质量保证钢熔化焊接头的要求和缺陷分级 GB/T 13321-1991 钢铁硬度锉刀检验方法 GB/T 13816-1992 焊接接头脉动拉伸疲劳试验方法 GB/T 13817-1992 对接接头刚性拘束焊接裂纹试验方法 GB/T 15111-1994 点焊接头剪切拉伸疲劳试验方法 GB/T 15747-1995 正面角焊缝接头拉伸试验方法 钢结构检测专家委员会

钢筋焊接接头试验方法

钢筋焊接接头试验方法JGJ27—86 主编单位:陕西省建筑科学研究所批准部门:城乡建设环境保护部实行日期:1986年10月1日通知(86)城 科字第273号由陕西省建筑科学研究所负责组织编制的《钢筋焊接接头试验方法》,经我部审查,批准为部标准,编号GJ27—86, 从一九八六年十月一日起实行。各单位在执行本标准过程中,有何意见和问题,请函告陕西省建筑科学研究所,以便解释,并供修 订时参考。城乡建设环境保护部一九八六年五月二十九日编制说明《钢筋焊接及验收规程》JGJ18—84已经城乡建设环境 保护部批准,并颁发实施。该规程中明确规定,在焊工考试、工程开工前钢筋焊接性能试验,以及钢筋焊接接头和焊接制品的质量 验收中,均需进行拉伸、抗剪和弯曲等基本性能试验。在某些比较特殊的工程(或构件)中,以及进行工程质量事故分析和钢筋焊 接工艺研究时,还需要进行冲击、疲劳、硬度、金相等特殊性能试验。因此,对这些试验方法作出明确的统一的规定,对于提高钢 筋焊接质量,促进钢筋焊接技术的发展,具有十分重要的意义。 城乡建设环境保护部于一九八四年初下达《一九八四年制订、修订标准规范计划》中,第27项为“钢筋焊接接头试验方法” (标准)的制订。 主编单位为陕西省建筑科学研究所。 根据部下达计划,陕西省建筑科学研究所组织中国建筑科学研究院结构所、冶金部建筑研究总院、上海市建筑构件研究所、黑龙江省 低温建筑科研所、南京市混凝土构件公司、铁道部科学研究院等单位有关同志组成本标准编制组。 编制组确定了编制原则和主要内容,进行调查研究,收集并参考国内外有关试验标准和其他技术资料,开展多项试验方法的研究工作,结合钢筋焊接核头的特点,先后编写提出“钢筋焊接接头试验方法”讨论稿四稿,广泛征求全国有关单位的意见,认真修改,最后,经 全国性会议审查定稿。 本标准共包括三章七节四十条,以及附录六份。每一试验方法中,对其适用范围、试件、试验设备、试验方法和试验报告都作了比较 明确的规定。 本标准在实施过程中,希望各单位积累资料,总结经验,如有需要补充或修改之处,请将意见和资料寄陕西省建筑科学研究所“钢筋 焊接接头试验方法”管理组,以便今后修订时参考。 第一章总则 第1.0.1条本标准适用于工业与民用建筑、构筑物的钢筋混凝土和预应力混凝土结构中钢筋焊接接头的基本性能试验和特殊性能试验。第1.0.2条钢筋焊接接头的基本性能试验方法包括拉伸试验、抗剪试验和弯曲试验三种。钢筋焊接接头或焊接制品在质量验收中进行 上述基本性能试验时,其抽样方法、试件数量、试件外观检查质量要求和机械性能试验质量要求均应符合JGJ18-84 《钢筋焊接 及验收规程》中的有关规定。 第1.0.3条钢筋焊接接头的特殊性能试验方法包括冲击试验、疲劳试验、硬度试验和金相试验四种。进行上述特殊性能试验时,凡与本标准有关而本标准又未规定的内容,应遵照相应的其他有关规定。

Q235母材及焊接接头超声疲劳试验

Q235母材及焊接接头超声疲劳试验 王康,霍立兴,王东坡,吴良晨 天津大学材料科学与工程学院,天津(300072) E-mail : risewk@https://www.wendangku.net/doc/6a6777788.html, 摘要:超声疲劳是指疲劳周次达到109及以上时材料的疲劳行为,超声疲劳试验是一种可以可靠的进行109以上循环周次的疲劳试验方法。本文内容主要包括超声疲劳的发展;超声疲劳试验系统的组成部分;超高周次循环载荷下,Q235母材及焊接接头试件的S-N曲线特征、断口特征及疲劳裂纹萌生源等。超声疲劳S-N曲线呈持续下降形,并没有出现疲劳极限。 关键词:超声疲劳;S-N曲线;焊接接头;裂纹次表面萌生 1.引言 随着现代产业的发展,许多工业部门(如飞机,汽车以及近海结构等),其零部件经常承受高频低幅载荷,重复循环载荷次数可高达109周次以上。用超声疲劳实验技术得到的材料超高周疲劳性能研究表明,许多材料直到1010个应力循环以后依然发生疲劳断裂[1~6]。因此用107周次常规疲劳试验数据对零部件进行疲劳强度设计不安全。为了适应工程的需要,保证构件的安全性,有必要而且必须研究材料在107周次以上的超高周疲劳性能。 20世纪50年代,Manson[ 7]首先采用压电磁致伸缩原理发明了超声疲劳试验机(加载频率在15KHz~40KHz之间),其原理是现代超声疲劳试验技术的基础。1959年,Neppiras首次将超声疲劳试验技术用于材料疲劳的S-N曲线测定。1973年,Mitsche等率先将这一技术用于测量疲劳裂纹扩展。由于这一试验技术对航空航天领域部件的实际承载状态有较好的模拟,便于研究其机械损伤,近年来各航空大国(美、法等)争相投入较大的人力、物力和财力进行全面研究,研究领域逐渐拓宽,其研究包括各种加载形式及环境条件下工程材料的超高周次疲劳寿命、裂纹扩展试验,研究的材料包括各航空航天、汽车、海洋工程等工业部门关键结构中用到的钢、铝、钛等。美国ASM已经正式将超声疲劳试验纳入《Metal Handbook, Vol.8, Mechanical Testing》中,并且开始进行规范试验方法的工作。 超声疲劳试验机的典型频率为20KHz,如此的高的频率不仅可以节省疲劳试验时间,还可以测得N>107周次超高周疲劳性能。例如用一台20Hz的常规试验机对一个试件进行循环加载,要达到109个应力循环需要14个多月,同样的试验用超声疲劳试验机则只要14个小时。 本文采用天津大学自主研发的超声疲劳试验系统,分别进行了Q235母材和Q235焊接接头试件的超高周疲劳性能研究,测定了106~1010周次范围内的超声疲劳S-N曲线,并用扫描电镜对超声疲劳断口的微观形貌进行分析研究。 2. 超声疲劳试验 2.1 超声疲劳试验系统的组成 超声疲劳试验是一种加速共振式的疲劳试验方法,其实质是在被加载试件上建立机械谐振波。超声疲劳试验可用的频率范围为15~40KHz,但系统的共振频率一般按照20KHz进行设计,应用这一频率考虑以下两个因素[8]: (1)18KHz以上的频率值超出了人的听力范围 ,这样可以减少超声对人耳的损伤。 (2)试件的共振长度与超声频率成反比例关系,因此适合的测试频率是有一定范围的。

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