【doc】逆焊接處理對(duì)金屬材料抗疲勞性能的測(cè)試

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善?！綿oc】逆焊接處理對(duì)金屬材料抗疲勞性能的測(cè)試【doc】逆焊接處理對(duì)金屬材料抗疲勞性能的測(cè)試逆焊接處理對(duì)金屬材料抗疲勞性能的測(cè)試第27卷第3期遼寧石油化工大學(xué)Vo1.27No.32007年9月JOURNALOFLIAONINGUNIVERSITYOFPETROLEUM&CHEMICALTECHNOLOGYSep.2007文章編號(hào):16726952(2007)03003803逆焊接處理對(duì)金屬材料抗疲勞性能的測(cè)試徐東,宋天民,張國(guó)福,王巖,孟媛媛(遼寧石油化工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,遼寧撫順113

2、001)摘要:用16MnR,Q235,20g三種石油化工容器,塔類制作常用的材料制成式樣后,進(jìn)行逆焊接加熱處理.再對(duì)處理后的試樣進(jìn)行應(yīng)力和疲勞測(cè)試.通過(guò)對(duì)所的數(shù)據(jù)分析后,得出逆焊接加熱處理工藝是一種很有效的調(diào)整焊接殘余應(yīng)力的技術(shù).它能夠有效的降低金屬材料的焊接殘余拉應(yīng)力,如果溫差足夠大可以在被處理表面形成雙向壓縮殘余應(yīng)力層,提高金屬材料抗疲勞性能.關(guān)鍵詞:逆焊接加熱處理;殘余應(yīng)力;疲勞性能中圖分類號(hào):TG405文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:ATestonFatigueResistAbilityofMetallicMaterialsBasedonAntiWelding-HeatingTreatmentxuDong

3、,SONGTianmin,ZHANGGuofu,WANGYan,MENGYuanyuan(SchoolofMechanicalEngineering,LiaoningUniversityofPetrolum&ChemicalTechnology,FushunLaoning113001,P.R.China)Received16Nevember2006;revised23March2007;accepted26March2007Abstract:Thetestpiecewhichwasmadefrommetalmaterialsuchas16MnR,Q235and20gwaspro

4、cessedusingantiwelding-heatingtreatment.Thestressandfatiguewastestedfortheprocessedpiece.Throughthedataanalysis,itwasobtainedthatantiweldingheatingtreatmentisakindofeffectivetechnologyaboutadjustingtheweldingresidualstress,whichcandecreasetheweldingresidualtensilestressofthemetalmateria1.Ifthediffer

5、enceintemperatureisbigenough,abidirectionalcompressresidualstresslayerwillbeformedontheprocessedmetalssurface,whichcanimprovefatigueresistanceabilityofmetalmateria1.Keywords:Antiweldingheatingtreatment;Residualstress;FatigueperformanceCorrespondingauthor.Te1.:+8613104137139;fax:+864136865150;e-mail:

6、xukai77777目前,石化和冶金行業(yè)廣泛使用各類容器,大多數(shù)都是在有較高殘余拉應(yīng)力的狀況下運(yùn)行,因此很容易產(chǎn)生疲勞破壞,造成很嚴(yán)重的后果,給企業(yè)帶來(lái)巨大損失1.殘余拉伸應(yīng)力是產(chǎn)生疲勞破壞的主要原因,它能降低材料的疲勞性能.如能在材料表面形成殘余壓應(yīng)力,則可提高各類焊接結(jié)構(gòu)抗疲勞性能.一般的熱處理難以獲得好的消除應(yīng)力效果."逆焊接加熱處理"是消除或調(diào)整殘余應(yīng)力的一項(xiàng)新技術(shù),它通過(guò)噴淋冷卻使處理表面(主要是焊縫區(qū))比周圍和背面的溫度低,在處理表面形成雙向的壓縮殘余應(yīng)力層.采用該技術(shù)可以在工作表面實(shí)現(xiàn)深度為25mm,應(yīng)力水平為一5O一150MPa收稿日期:20061116作者

7、簡(jiǎn)介:徐東(1973一),男,遼寧撫順市,在讀碩士.的雙向可控壓縮應(yīng)力.這種處理方法適用于任何結(jié)構(gòu)尺寸的焊接容器,尤其適用于采用復(fù)合板或高強(qiáng)鋼制造的大型容器,并且方法簡(jiǎn)單,容易掌握,利于現(xiàn)場(chǎng)裝置的使用.1實(shí)驗(yàn)部分1.1試樣制備實(shí)驗(yàn)選取具有典型代表意義的石油化工容器,塔類制作常用16MnR,20g及最普通的Q235作為實(shí)驗(yàn)材料.實(shí)驗(yàn)中把每種實(shí)驗(yàn)材料(厚18mm)16MnR,20g,Q235各制作成3塊中間帶V型坡口(寬lOmm)的200mm×150mm試件,如圖1所示.然后,在每種材質(zhì)中各選出一塊,并分別按正常手工電弧焊方法焊接,其它兩塊試件按正常手工電弧焊焊接后分別進(jìn)行250,350

8、逆焊接加熱處理.第3期徐東等.逆焊接處理對(duì)金屬材料抗疲勞性能的測(cè)試同.!墜(a)正視圖(b)側(cè)試圖圖1試件圖樣1.2實(shí)驗(yàn)過(guò)程1.2.1應(yīng)力測(cè)量把加工好釣每組試件用正常手工電弧焊方法焊接(焊接參數(shù):電流120A;速度200ram/rain;電壓25V),焊后自然狀態(tài)下冷卻至室溫¨5.每組選出一塊不做任何處理(標(biāo)記為1),其他兩塊在加熱爐內(nèi)分別加熱至250(標(biāo)記為2),350(標(biāo)記為3)保溫15rain.取出后分別只對(duì)焊縫用水進(jìn)行快速冷卻,然后自然狀態(tài)下恢復(fù)至室溫.取每塊試件,用小盲孔法測(cè)各試件應(yīng)力,貼片位置如圖2所示(貼片間距5ram).測(cè)得應(yīng)力如表1所示.表1應(yīng)力測(cè)試數(shù)據(jù)A2O5.5

9、7102.10B153.O277.02C99.3249.32ABC98.3776.195O.O316MnRAB257.65208.8O198.38130.12C134.9375.58ABC93.4760.0338.40圇,回卜-應(yīng)變片岡/焊縫圖2應(yīng)變片粘貼示惹圖由表1可以看出:(1)對(duì)于材料20g,經(jīng)250逆焊接處理的試件與未經(jīng)逆焊接處理的試件相比,焊縫附近貼片A處殘余拉應(yīng)力值降低率分別為:縱向仉=39.37,橫向仉一37.54;經(jīng)350逆焊接處理的試件與未經(jīng)逆焊接處理的試件相比,焊縫附近貼片A處殘余拉應(yīng)力值降低率分別為:縱向仉一72.97,橫向=73.67%.(2)對(duì)于材料Q235,經(jīng)250

10、逆焊接處理的試件與未經(jīng)逆焊接處理的試件相比,焊縫附近貼片A處殘余拉應(yīng)力值降低率分別為:縱向仉:=73.69,橫向77一73.31;經(jīng)350逆焊接處理的試件與未經(jīng)逆焊接處理的試件相比,焊縫附近貼片A處殘余拉應(yīng)力值降低率分別為:縱向仉一147.85,橫向77一153.659/6.并且在此條件下,已在焊縫處形成雙向壓縮應(yīng)力.(3)對(duì)于材料16MnR,經(jīng)250逆焊接處理的試件與未經(jīng)逆焊接處理的試件相比,焊縫附近貼片A處殘余拉應(yīng)力值降低率分別為:縱向仉一7O.O2,橫向77一78.8;經(jīng)350逆焊接處理的試件與未經(jīng)逆焊接處理的試件相比,焊縫附近貼片A處殘余拉應(yīng)力值降低率分別為:縱向仇一136.28,橫向

11、77一121.74.并且在此條件下,已在焊縫處形成雙向壓縮應(yīng)力.1.2.2疲勞測(cè)試把試板制成疲勞試件,在MTS88O疲勞測(cè)試機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)(實(shí)驗(yàn)環(huán)境溫度為15.C).疲勞試件截取位置如圖3所示E.測(cè)得數(shù)據(jù)如表2.由表2可以看出:(1)對(duì)于材料20g,經(jīng)250.C逆焊接處理后的疲勞循環(huán)次數(shù)平均值與未經(jīng)逆焊接處理時(shí)疲勞循環(huán)次數(shù)平均值相比,提高率7726.6.經(jīng)350逆焊接處理后的疲勞循環(huán)次數(shù)平均值與未經(jīng)逆焊接處理時(shí)疲勞循環(huán)次數(shù)平均值相比,提高率7749.56.(2)對(duì)于材料Q235,經(jīng)250逆焊接處理后的疲勞循環(huán)次數(shù)平均值與未經(jīng)逆焊接處理時(shí)疲勞循環(huán)次數(shù)平均值相比,提高率7728.51.經(jīng)350逆焊接處

12、理后的疲勞循環(huán)次數(shù)平均值與未經(jīng)逆焊接處理時(shí)疲勞循環(huán)次數(shù)平均值相比,提高率7772.2.(3)對(duì)于材料16MnR,經(jīng)250逆焊接處理后.8687O24O2542一一一3831l12ur04421一一一40遼寧石油化工大學(xué)第27卷的疲勞循環(huán)次數(shù)平均值與未經(jīng)逆焊接處理時(shí)疲勞循環(huán)次數(shù)平均值相比.提高率叩一28.53.經(jīng)350.C逆焊接處理后的疲勞循環(huán)次數(shù)平均值與未經(jīng)逆焊接處理時(shí)疲勞循環(huán)次數(shù)平均值相比,提高率叩=45.77.圖3疲勞試件截取位置示意圖2機(jī)理分析逆焊接加熱處理主要利用冷源在鋼鐵表面造成的沿厚度方向分布不均勻的溫度場(chǎng),使表層在冷卻收縮過(guò)程中受到內(nèi)層較高溫度金屬的拉伸作用,從而產(chǎn)生伸長(zhǎng)的塑性變

13、形.當(dāng)冷源度足夠高時(shí),不僅可以降低或消除處理面上的拉伸殘余應(yīng)力,還可在表層附近形成一定的雙向壓縮應(yīng)力,數(shù)值大小可靈活控制.而構(gòu)件中拉伸殘余應(yīng)力降低或消除,表層附近雙向壓縮應(yīng)力的形成.當(dāng)它受循環(huán)載荷作用時(shí),循環(huán)載荷與構(gòu)件中拉伸殘余應(yīng)力相疊加,會(huì)使實(shí)際應(yīng)力循環(huán)值比未經(jīng)逆焊接加熱處理時(shí)的低,其極限應(yīng)力幅值增加,有利于金屬材料的疲勞強(qiáng)度的提高.通過(guò)本實(shí)驗(yàn)可以得到以下結(jié)論:(1)逆焊接處可以有效的降低金屬材料的焊接余拉應(yīng)力,如果溫差足夠大,就會(huì)在處理表面形成雙向壓縮殘余應(yīng)力.(2)經(jīng)逆焊接加熱處理的金屬材料焊縫,疲勞壽命提高.經(jīng)250C逆焊接處理20g,Q235,16MnR的疲勞壽命分別提高為26.69

14、/6,28.519/6,28.539/6.經(jīng)350逆焊接處理20g,Q235,16MnR疲勞壽命提高分別為49.56,72.2,45.77.表2試件疲勞測(cè)試數(shù)據(jù)DE16O16O23O12245DE18718741O64O27參考文獻(xiàn)王寬福.壓力容器焊接結(jié)構(gòu)工程分析FM3.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1998.潘旭海,蔣軍成.基于模擬計(jì)算的液氨儲(chǔ)罐泄漏潛在危險(xiǎn)性分析I-J.石油化工高等學(xué)校,2006,19(1):6467.宋天民.焊接殘余應(yīng)力的產(chǎn)生與消除M3.北京:中國(guó)石化出版社,2005.陳懷寧.焊接結(jié)構(gòu)的延壽處理l-M.貴陽(yáng):貴州科學(xué)出版社,2002.王文翰.焊接技術(shù)手冊(cè)M3.鄭州:河南科學(xué)技術(shù)出版社,1999.陳懷寧,陳