热矫正对Q345E低合金钢角接接头疲劳性能的影响

时间：2024-07-29

陈增有,于岩，尹丽香，许鸿吉

(1.齐齐哈尔轨道交通装备有限责任公司冷工艺部，黑龙江齐齐哈尔 161002；2.大连交通大学材料科学与工程学院，辽宁大连 116028； 3.大连万阳重工有限公司，辽宁大连 116317)

陈增有1,于岩2，尹丽香3，许鸿吉2

通过三点弯曲疲劳试验对Q345E低合金钢T型角接接头的疲劳性能进行研究，并将700℃矫正、800℃矫正和1000℃矫正与不矫正的T型角接接头中值疲劳强度进行了对比.结果表明：随着矫正温度的升高，Q345E低合金钢T型角接接头疲劳性能呈上升趋势，700℃矫正、800℃矫正、1 000℃矫正的T型角接接头的疲劳强度与不矫正试件相比分别升高45、45和47.5 MPa，1 000℃矫正试件疲劳强度最高.试件的疲劳裂纹均从试件边缘(夹渣)处启裂，启裂区和扩展区均具有典型的疲劳断裂特征，疲劳纹清晰并很粗，终断区为韧窝型韧性断口.

Q345E低合金钢；热矫正；角接接头；疲劳性能

0 引言

焊接变形和应力控制是焊接结构生产制造的重要课题，是影响焊接结构设计完整性、制造工艺合理性和结构使用可靠性的关键因素，这对于承受较大静、动负荷的铁道车辆转向架焊接构架尤为重要.焊接变形是焊接结构生产制造过程中的普遍现象，必须经过矫正才能满足使用要求.火焰矫正法又称热矫正，是焊接结构生产矫正焊接变形最常用的方法[1-3].以往人们对热矫正工艺参数对材料及其焊接接头性能影响的研究很少，所以进行本项目的研究对于转向架焊接构架的生产具有十分重要的现实意义.

本文对不同火焰矫正温度(不矫正、700、800、1 000℃)下Q345E低合金钢T型角接接头的疲劳性能进行了系统的研究，并对疲劳断口做了扫描分析，以确定不同矫正温度对Q345E低合金钢T型角接接头疲劳性能的影响.

1 试验材料及试验方法

试验材料为Q345E低合金结构钢，热轧状态供货.其试验材料和焊接材料化学成分及力学性能分别见表1和表2.

表1 试验材料和焊接材料的化学成分 %

表2 试验材料和焊接材料的力学性能

采用熔化极混合气体保护焊[4](GMAW)，焊丝为φ1.2 mm的SM-70，保护气体为80%Ar+20%CO2，Q345E低合金钢双面焊缝HV型坡口T型接头试件用于火焰矫正后焊接接头三点弯曲疲劳试验，以确定不同矫正温度对这种接头疲劳性能的影响.底板试件尺寸300 mm×220 mm×12 mm，立板试件尺寸300 mm×40 mm×12 mm.焊接工艺按工厂现有工艺进行，角接试件焊后进行了表面湿法磁粉探伤检测.焊接工艺参数见表3.

表3 焊接工艺参数

2 疲劳试验

2.1 试验方案

本试验分别对不矫正、600℃矫正、700℃矫正、800℃矫正和1 000℃矫正的Q345E低合金钢HV型坡口T型角接接头进行了三点弯曲疲劳试验，以确定矫正温度对Q345E低合金钢T型角接接头疲劳性能的影响[5].试验设备为PLG-100型微机控制高频疲劳试验机，其技术规格为：静态负荷精度±1%，动负荷平均波动度±1%，动负荷振幅波动度±2%.试验采用的循环应力比R=0.1，指定循环寿命取2×106次.在试验过程中，当疲劳裂纹尺寸足够大导致载荷加不上去时，自动卸载停振，并记录循环次数.使用升降法来计算焊接接头的中值疲劳强度.使用JSM-6360M型扫描电镜观察疲劳断口形貌.

2.2 T型角接接头试验结果分析

通过升降法来确定在指定寿命为2×106次循环下的不矫正、700℃矫正、800℃矫正和1 000℃矫正的Q345E低合金钢T型角接接头的中值疲劳值.不矫正的疲劳试验共有3级应力水平，有效试件数8个； 700℃矫正的疲劳试验共有2级应力水平，有效试件数8个；800℃矫正的疲劳试验共有2级应力水平，有效试件数8个；1 000℃矫正的疲劳试验共有3级应力水平，有效试件数8个，详见图1，图中×表示断裂，O表示未断裂.

(a)不矫正 (b)700℃矫正

图1 不同矫正温度下的疲劳极限

图2 T型角接接接头疲劳中值S-N曲线

图3～6分别为不矫正、700℃矫正、800℃矫正和1 000℃矫正的对接接头疲劳试件的断口形貌.可看出：试件的疲劳断口可以分成裂纹源，裂纹扩展区以及终断区三个部分[6]；试件的疲劳裂纹均从试件边缘处启裂，部分试件启裂区存在夹杂、夹渣等缺陷；疲劳裂纹扩展区具有典型的疲劳断裂特征，疲劳纹清晰并很粗；扩展区的大小随疲劳循环次数的增加而增大；终断区断口形貌均为韧窝形态.夹渣降低了角接接头的强度，使得疲劳试件在焊缝处断裂.

(a)启裂区 (b)扩展区 (c)终断区

图3 不矫正试件断口形貌

(a)启裂区 (b)扩展区 (c)终断区

图4 700℃矫正试件断口形貌

(a)启裂区 (b)扩展区 (c)终断区

图5 800℃矫正试件断口形貌

(a)启裂区 (b)扩展区 (c)终断区

图6 1 000℃矫正试件断口形貌

3 结论

(1)随着矫正温度的升高，Q345E低合金钢T型角接接头疲劳性能呈上升趋势，700℃矫正、800℃矫正、1 000℃矫正的T型角接接头的疲劳强度与不矫正试件相比分别升高45、45和47.5 MPa，1 000℃矫正试件疲劳强度最高;

(2)试件的疲劳裂纹均从试件边缘(夹渣)处启裂，启裂区和扩展区均具有典型的疲劳断裂特征，疲劳纹清晰并很粗，终断区为韧窝型韧性断口;

(3)综合考虑成本及环境等因素影响，Q345E低合金钢T型角接接头在700～1 000℃范围内矫正时，建议采用700～800℃矫正温度.

[1]杨涤心,孙远方.火焰矫正温度对低合金高强钢焊件组织及性能的影响[J].金属热处理，2011,36(8):30-33.

[2]常力,宫平.转向架制造中焊接变形的矫正[J].电机焊,2011(11):83-88.

[3]解燕.钢结构焊接变形分析与矫正方法[J].硅谷,2010(20):164.

[4]周振丰,张文钱.焊接冶金与金属焊接性[M].北京:机械工业出版社，1988:10-50.

[5]吴晓明,张艳辉,钮旭晶,等.补焊道次对Q345B低合金钢焊接接头疲劳性能的影响[J].机械工程材料,2012(11):77-79．

[6]陈大庆,陈增有,马清波,等.焊后处理工艺对Q345E低合金钢焊接接头疲劳性能的影响[J].大连交通大学学报，2012(2):75-78.

Influence of Thermal Correction Welding on Fatigue Properties of Fillet Joints of Q345E Low-Alloy Steel

CHEN Zengyou1，YU Yan2，YIN Lixiang3，XU Hongji2

(1.Department of Cold Technology Qiqihar Railway Transportation Equipment Co.,Ltd,Qiqihar 161002,China; 2.School of Materials Science and Engineering，Dalian Jiaotong University，Dalian 116028,China; 3.Dalian Wan Yang heavy industry Co., Ltd,Dalian 116317,China)

The fatigue performance of Q345E low-alloy steel T-type corner joints was researched through 3-points bending fatigue test of 700℃,800℃ and 1 000℃ corrections,and non-correction were compared.The results show that the fatigue strength of Q345E low-alloy steel T-type corner joints T-type corner joints higher are 45,45 and 47.5 MPa respectively,for the 700℃,800℃ and 1 000℃ corrections,which is higher than the on-correction specimens.Fatigue crack of the specimens are initiated from the specimen edge ，and the Rev crack area and extended area have the characteristics of typical fatigue fracture.Fatigue lines are clear and very thick,and the end region is dimple fracture.

Q345E low-alloy steel；thermal correction；welded joints；fatigue performance

1673-9590(2015)03-0073-04

2014-06-03

陈增有(1962-),男,高级工程师,学士,主要从事焊接工艺研究E-mail:qqczy@sina.com.