超声冲击16MnR焊接接头疲劳性能研究

论文摘要

焊接已成为最主要的连接方法,疲劳断裂约占断裂失效模式的80～90%。近年来,随着我国大幅度提高列车运行速度,焊接转向架构架的疲劳断裂隐患进一步加大。因此,研究焊接转向架常用钢16MnR焊接接头的疲劳性能具有重要意义。通过超声冲击处理16MnR对接接头和十字接头的焊趾区,研究超声冲击前后焊接接头的疲劳性能。焊态对接接头的S-N曲线方程为lgN = 44.97?16.01lgΔσ;超声冲击态对接接头的S-N曲线方程为lgN = 58.21?20.66lgΔσ;焊态十字接头的S-N曲线方程为lg N = 26.76?9.29lgΔσ;超声冲击态十字接头的S-N曲线方程为lg N = 32.54?11.05lgΔσ。在循环次数下,16MnR焊态对接接头的条件疲劳极限为265MPa,超声冲击态对接接头的条件疲劳极限为325MPa,焊态十字接头的条件疲劳极限为157MPa,超声冲击态十字接头的条件疲劳极限为235MPa,条件疲劳极限分别提高了22.6%和49.7%。N=2×106超声冲击前后对接接头焊趾区的硬度值依次为HV185和HV243,硬度值提高了31%,超声冲击处理在焊趾区产生了有益的残余压应力（σx=-241MPa,σy=-263MPa）,焊接接头表面缺陷减少,焊趾区过渡半径ρ增大。这些因素均有助于提高焊接接头的疲劳性能。SEM观察试样断口,发现超声冲击处理前后试样的断口特征相似。裂纹源均产生于试样表面,裂纹扩展过程中呈现出海滩花样特征,断口中存在大量的韧窝,说明试样主要发生准解理断裂,并表现出一定的塑性。TEM观察发现,超声冲击后晶粒细化至纳米量级,纳米晶粒取向呈随机分布。细化的晶粒不仅减少裂纹源,而且阻碍裂纹的扩展,从而提高焊接接头的疲劳性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景及研究意义
• 1.2 转向架焊接接头疲劳性能的研究进展
• 1.3 16MnR钢简介及其疲劳研究
• 1.3.1 16MnR钢简介
• 1.3.2 16MnR钢的疲劳研究概述
• 1.4 影响焊接接头疲劳性能的主要因素
• 1.4.1 应力集中的影响
• 1.4.2 焊接缺陷的影响
• 1.4.3 焊接残余应力的影响
• 1.5 提高焊接接头疲劳性能的传统方法
• 1.5.1 砂轮打磨
• 1.5.2 锤击法
• 1.5.3 喷丸
• 1.5.4 TIG熔修
• 1.6 超声冲击法提高焊接接头疲劳性能
• 1.6.1 超声冲击法简介
• 1.6.2 超声冲击法的基本原理
• 1.6.3 超声冲击法的特点
• 1.6.4 超声冲击法改善焊接接头疲劳性能的进展
• 1.7 课题研究的主要内容
• 第二章 试验材料和方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 焊接工艺试验
• 2.3 超声冲击试验
• 2.4 疲劳试验
• 2.5 显微硬度试验
• 2.6 热处理试验
• 2.7 残余应力测试试验
• 2.8 扫描电镜试验
• 2.9 透射电镜试验
• 第三章 焊接接头疲劳试验结果及S-N曲线研究
• 3.1 疲劳试验的统计处理
• 3.2 疲劳试验结果
• 3.3 S-N曲线研究
• 3.4 本章小结
• 第四章 焊接接头疲劳断裂机理研究
• 4.1 超声冲击对硬度的影响
• 4.2 超声冲击对焊趾形貌及残余应力的影响
• 4.2.1 超声冲击对焊趾形貌的影响
• 4.2.2 超声冲击对残余应力的影响
• 4.2.3 热处理消除残余应力
• 4.3 断口分析
• 4.3.1 宏观断口分析
• 4.3.2 微观断口分析
• 4.4 透射电镜分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 个人简历 在读期间发表的学术论文
• 致谢