环境条件对轨道车辆用不锈钢激光焊接接头疲劳强度的影响
发布时间：2021-11-21 06:15
采用成组法和升降法,对板厚0.8 mm的SUS301L-DLT与板厚2 mm的EN1.4318+2G轨道车辆用不锈钢激光搭接焊接头分别在室温空气环境、-40℃低温空气环境和3.5%NaCl水溶液环境中进行剪切拉伸疲劳试验,绘制S-N曲线并进行断口形貌分析。试验结果表明:在循环寿命为1×107条件下,与空气环境相比,-40℃低温环境下不锈钢激光搭接焊接头的剪切拉伸疲劳强度提高57.8%,而在3.5%NaCl水溶液中接头疲劳强度降低25.5%。激光焊接头的疲劳裂纹均起始于搭接下板内侧靠近焊缝应力集中处,沿下板厚度方向扩展直至断裂,其中在瞬时断裂区存在大量韧窝,呈韧性断裂特征。
【文章来源】：热加工工艺. 2020,49(21)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
焊接接头升降法试验结果
并结合升降法疲劳试验计算得到的中值疲劳极限结果，绘制S-N曲线如图3所示。由图3可以看出，在S-N曲线中可将疲劳强度σ和寿命N表示的区域分为两部分，位于S-N曲线上部为疲劳断裂区域，下部则为不发生疲劳失效区域。疲劳S-N曲线可为焊接接头疲劳评定和设计提供可靠的试验依据。2.4 疲劳断口
不锈钢激光搭接焊接头在-40℃低温环境和3.5%Na Cl水溶液中的剪切拉伸疲劳断裂位置及断口形貌特征分别如图4所示。有关文献研究表明，不锈钢激光搭接焊接头下板内侧靠近焊缝处有较严重的应力集中[11]，而疲劳裂纹一般起始于应力较高的位置。由图3可以看出，在轴向剪切拉伸疲劳载荷作用下，不锈钢激光搭接焊接接头在-40℃低温环境下和3.5%Na Cl腐蚀环境下的疲劳裂纹都起始于搭接下板内侧靠近焊缝应力集中处，并沿下板厚度方向扩展直至断裂。在瞬时断裂区，均存在大量的韧窝形态，呈韧性断裂特征。对于不锈钢在低温下的疲劳性能研究表明，低温环境降低了金属组织的层错能，同时使得位错运动的热激活效应下降，阻碍了位错的运动，导致材料疲劳强度提高[12]。另外，低温环境降低了材料的堆垛层错能，使得奥氏体组织的稳定性下降，促进了马氏体相变的产生。裂纹萌生后大量马氏体围绕裂纹尖端形成且吸收了裂纹尖端的应变能，并通过产生残余压应力抑制了裂纹的扩展，局部的硬化材料和减少裂纹张开位移，尤其在较高循环应变幅时，低温下位错趋于形成胞状结构，加大了位错间的摩擦阻力，从而使疲劳寿命和强度都有所提高[13]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]金属材料低温疲劳研究进展与展望[J]. 付裕. 中国科技信息. 2018(07)
[2]激光参数对高强度不锈钢搭接焊接结构和断裂行为的影响[J]. 刘伟,王松,宋慧娟,林基安,夏海涛,刘亚娇. 北京交通大学学报. 2014(01)
[3]核级不锈钢高温水腐蚀疲劳机制及环境疲劳设计模型[J]. 吴欣强,徐松,韩恩厚,柯伟. 金属学报. 2011(07)
[4]18%Cr-12%Mn-0.55%N高氮奥氏体不锈钢低温性能与组织稳定性[J]. 徐明舟,王立军,王建军,刘春明. 东北大学学报(自然科学版). 2010(01)
[5]奥氏体不锈钢丝激光焊接头的组织与力学性能[J]. 李洪梅,孙大千,王文权,宣兆志. 焊接学报. 2009(06)
[6]不锈钢车体的焊接工艺及发展[J]. 李刚卿,韩晓辉. 机车车辆工艺. 2004(01)
[7]氯化物溶液中不锈钢腐蚀疲劳裂纹初始萌生的过程机理[J]. 吴荫顺,谢建辉,汪轩义,方智,曹备,张琳. 腐蚀科学与防护技术. 1999(01)
[8]常温及低温下奥氏体不锈钢低循环变形行为的研究[J]. 党霆,陈成澍,陶佑卿. 西南交通大学学报. 1991(03)
硕士论文
[1]搭接非熔透激光焊接不锈钢车体板材疲劳性能研究[D]. 夏海涛.北京交通大学 2014
本文编号：3508944
【文章来源】：热加工工艺. 2020,49(21)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
焊接接头升降法试验结果
并结合升降法疲劳试验计算得到的中值疲劳极限结果，绘制S-N曲线如图3所示。由图3可以看出，在S-N曲线中可将疲劳强度σ和寿命N表示的区域分为两部分，位于S-N曲线上部为疲劳断裂区域，下部则为不发生疲劳失效区域。疲劳S-N曲线可为焊接接头疲劳评定和设计提供可靠的试验依据。2.4 疲劳断口
不锈钢激光搭接焊接头在-40℃低温环境和3.5%Na Cl水溶液中的剪切拉伸疲劳断裂位置及断口形貌特征分别如图4所示。有关文献研究表明，不锈钢激光搭接焊接头下板内侧靠近焊缝处有较严重的应力集中[11]，而疲劳裂纹一般起始于应力较高的位置。由图3可以看出，在轴向剪切拉伸疲劳载荷作用下，不锈钢激光搭接焊接接头在-40℃低温环境下和3.5%Na Cl腐蚀环境下的疲劳裂纹都起始于搭接下板内侧靠近焊缝应力集中处，并沿下板厚度方向扩展直至断裂。在瞬时断裂区，均存在大量的韧窝形态，呈韧性断裂特征。对于不锈钢在低温下的疲劳性能研究表明，低温环境降低了金属组织的层错能，同时使得位错运动的热激活效应下降，阻碍了位错的运动，导致材料疲劳强度提高[12]。另外，低温环境降低了材料的堆垛层错能，使得奥氏体组织的稳定性下降，促进了马氏体相变的产生。裂纹萌生后大量马氏体围绕裂纹尖端形成且吸收了裂纹尖端的应变能，并通过产生残余压应力抑制了裂纹的扩展，局部的硬化材料和减少裂纹张开位移，尤其在较高循环应变幅时，低温下位错趋于形成胞状结构，加大了位错间的摩擦阻力，从而使疲劳寿命和强度都有所提高[13]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]金属材料低温疲劳研究进展与展望[J]. 付裕. 中国科技信息. 2018(07)
[2]激光参数对高强度不锈钢搭接焊接结构和断裂行为的影响[J]. 刘伟,王松,宋慧娟,林基安,夏海涛,刘亚娇. 北京交通大学学报. 2014(01)
[3]核级不锈钢高温水腐蚀疲劳机制及环境疲劳设计模型[J]. 吴欣强,徐松,韩恩厚,柯伟. 金属学报. 2011(07)
[4]18%Cr-12%Mn-0.55%N高氮奥氏体不锈钢低温性能与组织稳定性[J]. 徐明舟,王立军,王建军,刘春明. 东北大学学报(自然科学版). 2010(01)
[5]奥氏体不锈钢丝激光焊接头的组织与力学性能[J]. 李洪梅,孙大千,王文权,宣兆志. 焊接学报. 2009(06)
[6]不锈钢车体的焊接工艺及发展[J]. 李刚卿,韩晓辉. 机车车辆工艺. 2004(01)
[7]氯化物溶液中不锈钢腐蚀疲劳裂纹初始萌生的过程机理[J]. 吴荫顺,谢建辉,汪轩义,方智,曹备,张琳. 腐蚀科学与防护技术. 1999(01)
[8]常温及低温下奥氏体不锈钢低循环变形行为的研究[J]. 党霆,陈成澍,陶佑卿. 西南交通大学学报. 1991(03)
硕士论文
[1]搭接非熔透激光焊接不锈钢车体板材疲劳性能研究[D]. 夏海涛.北京交通大学 2014
本文编号：3508944
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