提高焊接接頭疲勞性能的研究進展和最新技術(參考版)
2025-06-23 06:12本頁面
【正文】 相對而言，國內外最新發(fā)展起來的超聲沖擊技術以及使用低相變點焊接材料來提高焊接接頭疲勞強度的方法是焊接結構疲勞性能改善技術與工藝的重要研究方向。但可以通過LTTEdressing等方法加以彌補。（4）LTTE焊條還可以用于焊接結構疲勞裂紋的修復。采用非承載十字接頭和縱向環(huán)繞角焊縫接頭兩種接頭類型，分別對比了低相變點焊條焊趾熔修(LTTEdressing)和普通焊條焊接接頭的疲勞強度，%%，證明了這一思路的可行性和實用性，為低相變點焊條LTTE更合理的在工程實際中應用進行了前期試驗研究，同時低相變點焊條焊趾熔修(LTTEdressing)接頭也可以反映低相變點焊條在蓋面焊縫和近焊趾蓋面焊道的應用情況。眾所周知，焊接接頭疲勞斷裂主要從焊趾部位開裂，如果使焊接接頭的焊趾部位產(chǎn)生殘余壓縮應力，則可以提高焊接接頭的疲勞強度，而并不需要全部采用低相變點焊條，這樣可以降低使用成本。（2）低相變點焊條焊趾熔修（LTTEdressing）方法 然而，為使焊縫金屬在正常的冷卻速度下和在較低的溫度下發(fā)生馬氏體相變，焊接材料中加入了較多的合金元素，從而使得低相變點焊接材料的成本提高許多。表3 不同類型焊接接頭疲勞強度的改善效果焊條類型橫向對接接頭非承載十字接頭縱向環(huán)繞角焊縫接頭縱向平行角焊縫接頭縱向對接接頭E5015焊條LTTE焊條改善程度11%23%41%47%58%應力集中程度輕度K1中等K2強烈K3特別強烈K4特別強烈K4拘束度（1）LTTE方法采用低相變點焊條LTTE和普通焊條E5015分別對橫向對接接頭、非承載十字接頭、縱向環(huán)繞角焊縫接頭、縱向平行角焊縫接頭和縱向對接接頭施焊，并進行疲勞對比試驗。 近幾年，依靠Cr和Ni降低焊接材料熔敷金屬的馬氏體相變點，并由于超低碳鋼材的發(fā)展，低相變點焊條得到了快速的發(fā)展，日本和中國在這方面進行了大量的研究，但目前仍然在實驗室階段。早在60年代，前蘇聯(lián)焊接專家就提出了低相變點焊條方法能夠提高焊接結構的疲勞強度，但是當時并沒有提出“低相變點焊條”的概念，只稱其為一種特殊焊條其堆焊金屬成分主要依靠34%的Mn含量來降低相變點，實現(xiàn)冶金相變。對于焊縫金屬來說，這將有利于殘余拉伸應力的降低甚至出現(xiàn)殘余壓縮應力，從而改善焊接接頭的力學性能。15223051SS800(R=) 對接30610116Mn (R=) 對接28588Q235B (R=)縱向角接 低相變點焊條方法 提高焊接接頭疲勞強度原理和發(fā)展壓縮應力可以提高焊接接頭的疲勞強度，已有大量的文獻論述，然而問題是如何在焊接接頭中較方便的引入壓縮應力。對幾種典型焊接結構用鋼的對接和非承載縱向角接頭實施超聲沖擊處理，然后進行了焊態(tài)與沖擊處理的對比疲勞試驗，研究了超聲沖擊法改善焊接頭疲勞強度的實際效果，對比結果見表2。同時TIG熔修配以噴丸錘擊，則其效果更為顯著。同時，噴丸尺寸亦不應過小，以保證一定的冷作硬化性能，噴丸一般可在表面上的千分之幾毫米的深度上發(fā)生作用。2) 噴丸噴丸是錘擊的另一種形式，也屬沖擊加工的方法。錘頭頂部應為8~12mm直徑的實體材料。因此，本方法的有效性與在焊趾表面產(chǎn)生的塑性變形有關；同時錘擊還可以減少存在的缺口尖銳度，因而減少了應力集中，這也是大幅度提高接頭疲勞強度的原因。處理后對接焊縫管道的疲勞裂紋擴展速率大為降低，達到與母材相同的裂紋擴展速率。具體方法是管道外部采用感應法加熱，里面用循環(huán)水冷卻。需要注意的是：為了使底層亦達到加熱目的，加熱過程要緩慢些，Gunnert建議加熱時間為3min，而Harrison建議加熱時間為5min。由于表層下金屬和其周圍未受噴淋的金屬冷卻的較晚，待其冷卻時收縮將在已冷卻表面上產(chǎn)生壓縮應力。4) Gurnnert39。但是其作用點是不同的，擠壓位置應位于需要產(chǎn)生殘余壓縮應力的位置。局部加熱位置對接頭的疲勞強度有重要的影響，當點狀加熱是在焊縫端部處兩則進行時，則在焊縫端部的缺口處引起了壓縮殘余應力，結果疲勞強度提高53%；但是當點狀加熱是在焊縫端部試樣中心進行時，距焊縫端部距離是相同的，這雖然產(chǎn)生了同樣的金相組織影響，但由于殘余應力為拉伸殘余應力，則所測量到的接頭疲勞強度與非處理試樣相同。這樣可以保證在焊縫內產(chǎn)生壓縮應力，從而可以提高接頭的疲勞強度。這種方法目前限用于縱向非連續(xù)焊縫，或具有縱向加筋板的接頭。研究結果表明，大型焊接結構(如橋梁、壓力容器等)投入運行前需進行一定的預過載試驗，這對提高疲勞性能是有利的。1) 預過載法 假如在含有應力集中的試樣上施加拉伸載荷，直到在缺口處發(fā)生屈服，并伴有一定的拉伸塑性變形，卸載后，載缺口及其附近發(fā)生拉伸塑性變形處將產(chǎn)生壓縮應力，而在試樣其它截面部位將有與其相平衡的低于屈服點的拉伸應力產(chǎn)生。4) 特種焊條方法 本方法是研制了一種新型的焊條，它的液態(tài)金屬和液態(tài)熔渣具有較高的溶濕能力，可以改善焊縫的過渡半徑，減小焊趾角度，降低焊趾處的應力集中程度，從而提高焊接接頭的疲勞強度。國際焊接學會最近的研究表明，試樣經(jīng)打磨后，其2106循環(huán)下的標稱疲勞強度提高45%，如果將得到的199MPa疲勞強度標稱值換算成相應的特征值(135MPa)它也高于國際焊接學會的接頭細節(jié)疲勞強度中的最高的FAT值。3) 砂輪打磨采用砂輪磨削，雖然其效果不如機械加工，但也是一種提高焊接接頭疲勞強度的有效方法。但如果對焊趾處進行局部磨削加工，其疲勞強度為177。150MPa，如果對焊縫進行機械加工處理，除去余高，則疲勞強度提高到177。研究表明，在這種情況下，起裂點不是在焊趾處，而是轉移到焊縫缺陷部位。在有未焊透缺陷存在的情況下，機加工反而往往會降低接頭疲勞強度。而帶有嚴重缺陷和不用底焊的焊縫，其缺陷處或焊縫根部應力集中要比焊縫表面的應力集中嚴重的多，所以在這種情況下焊縫表面的機械加工是毫無意義的。2) 機械加工 若對焊縫表面進行機械加工，應力集中程度將大大減少，
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