賈汝唐
摘要:TCS345鐵素體不銹鋼,以它高性能、低成本的特點(diǎn),作為一種綠色環(huán)保的經(jīng)濟(jì)型材料,已在70噸級敞車、平車等車輛上得到廣泛應(yīng)用。如果TCS345用于罐車上,與現(xiàn)罐車用板Q345A相比,在相同條件下,焊接接頭的抗疲勞性能優(yōu)劣如何?通過疲勞試驗(yàn),獲得它們的S-N疲勞曲線,得出了疲勞結(jié)論。
關(guān)鍵詞:對接接頭 疲勞 S-N疲勞曲線
0 前言
隨著鐵路貨車產(chǎn)品升級換代步伐的加快,太原鋼鐵集團(tuán)有限公司開發(fā)了一種新型鐵路車輛用的不銹鋼——TCS不銹鋼,其具有良好的耐蝕性、較高的強(qiáng)度、良好的可焊性、耐濕磨性以及物料滑動性,可以較好的解決貨車車體腐蝕磨損的問題,降低了維護(hù)成本,提高了車輛使用壽命,由于其高性能、低成本的特點(diǎn),作為一種綠色環(huán)保的經(jīng)濟(jì)型材料,已在70噸級敞車、平車等車輛上得到廣泛應(yīng)用,但是該鋼是否適用于各類鐵路罐車,與現(xiàn)罐車用板Q345A相比,在相同條件下,焊接接頭的抗疲勞性能優(yōu)劣如何?為了研究焊接接頭疲勞性能,對TCS不銹鋼的焊接接頭和Q345A的焊接接頭在同等條件下進(jìn)行疲勞性能對比試驗(yàn)。
1.疲勞試樣
試驗(yàn)采用的TCS345和Q345A為國產(chǎn)熱軋鋼板,厚度10mm,試塊的焊接方法、坡口形式、焊縫尺寸等情況,按照產(chǎn)品工藝要求及TCS不銹鋼焊接要求進(jìn)行焊接。
1.1 TCS345+TCS345
試塊規(guī)格500×500×10mm,兩面開60°坡口,1-2mm鈍邊,2mm間隙。對接接頭,雙面焊,焊接工藝:采用半自動氣體保護(hù)焊,焊絲為E308L—G,Φ1.2mm,保護(hù)氣體為97%Ar+3%CO2,平位焊接,焊接電流180-240A,電弧電壓24-28V,氣體流量16-20升/分鐘。
1.2 TCS345+Q345A
試塊規(guī)格500×500×10mm,兩面開60°坡口,1-2mm鈍邊,2mm間隙。對接接頭,雙面焊,焊接工藝:采用半自動氣體保護(hù)焊,焊絲為E309L—G,Φ1.2mm,保護(hù)氣體為97%Ar+3%CO2,平位焊接,焊接電流180-240A,電弧電壓24-28V,氣體流量16-20升/分鐘。
1.3 Q345A +Q345A
試塊規(guī)格500×500×10mm,2mm間隙,對接接頭,雙面焊,焊接工藝:采用埋弧自動焊,焊絲為HO8MnA,Φ5mm,焊劑為HJ431,平位焊接,焊接電流600-700A,電弧電壓36-37V。
試件焊完后,校平,射線探傷Ⅰ級合格后再進(jìn)行試樣的加工,試樣選矩形試樣。
2試驗(yàn)條件及試驗(yàn)方案
2.1 設(shè)備:QBG-100高頻疲勞試驗(yàn)機(jī)
2.2加載方式:? 拉-拉
2.3試驗(yàn)方法:? 成組法和升降法
2.4試驗(yàn)參數(shù):? 循環(huán)特性r=0,循環(huán)次數(shù)107 ,最大應(yīng)力σmax=222.9MPa。應(yīng)力集中系數(shù)Kt=1,循環(huán)頻率f=90~100Hz。
3試驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)
將試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)繪制成疲勞曲線,如下圖:
在同一坐標(biāo)系下三條疲勞曲線如下圖:
4、結(jié)果分析
從TCS345與TCS345、TCS345與Q345A、Q345A與Q345A的疲勞試樣、疲勞數(shù)據(jù)與三條曲線來看:
(1)三種接頭的疲勞破壞具有相同的特點(diǎn),即斷裂部位均出現(xiàn)在焊縫或焊接熱影響區(qū)(焊趾附近)范圍內(nèi),說明在同等條件下焊接接頭的疲勞強(qiáng)度低于母材的疲勞強(qiáng)度。
(2)不論在大應(yīng)力下或小應(yīng)力下Q345A與Q345A焊接接頭的疲勞性能最好,TCS345與Q345A焊接接頭的疲勞性能次之,TCS345與TCS345焊接接頭的疲勞性能較之前兩個焊接接頭要差。
(3)從曲線分析來看符合疲勞性能的一般規(guī)律,即大應(yīng)力時壽? 命較集中,小應(yīng)力時較分散呈現(xiàn)為喇叭口形狀。
(4)三條曲線的壽命分布規(guī)律性較強(qiáng),無交叉重疊。
(5)用升降法得出了在此工藝下三種接頭在107循環(huán)疲勞強(qiáng)度分別為:Q345A+Q345A試樣107循環(huán)疲勞強(qiáng)度為? ? ?σD=395MPa,Q345A+TCS345試樣107循環(huán)疲勞強(qiáng)度為σD=299.5MPa, TCS345+ TCS345試樣107循環(huán)疲勞強(qiáng)度為σD=197.5MPa。
5 結(jié)語
用成組疲勞試驗(yàn)和升降法對三種焊接接頭進(jìn)行了疲勞破壞試驗(yàn),通過統(tǒng)計分析得到疲勞曲線,對比表明現(xiàn)用罐體材料Q345A的焊接接頭遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于TCS345焊接接頭的疲勞性能。
參考文獻(xiàn):
1.GB3075-82《金屬軸向疲勞試驗(yàn)方法》
2.GB/T13816-92《焊接接頭脈動拉伸疲勞試驗(yàn)方法》
3.《70t級新型硫酸罐車車體靜強(qiáng)度試驗(yàn)報告》