04-张枝森—超声冲击和机械打磨提高SMA490BW钢焊接接头超高周疲劳性能
层间超声冲击对TIG电弧增材制造2219铝合金组织和力学性能的影响
层间超声冲击对TIG电弧增材制造2219铝合金组织和力学性能的影响作者：武永邓威刘恺张志来吴迪鹏陈明和柏久阳来源：《航空科学技术》2021年第11期摘要：针对铝合金电弧增材构件存在的气孔等内部缺陷，开展不同层间超声冲击工艺参数下电弧增材制造2219铝合金的晶粒形貌、力学性能和气孔缺陷试验研究，分析了层间超声冲击对试件性能的强化效果。
结果表明，降低冲击扫描速度和提高冲击次数，晶粒尺寸减小，顶部圆弧区的树枝晶被破碎向等轴晶转化；相比无冲击的增材制造材料，以2mm/s速度扫描冲击三次试样的抗拉强度提升了10.2%，屈服强度提升了32.4%；TIG电弧增材制造构件的气孔数量、平均直径和圆度随超声冲击增加而降低，部分直径小的气孔直接闭合。
本研究对电弧增材制造应用于大型铝合金薄壁构件成形及组织性能控制有参考价值。
关键词：电弧增材制造；层间超声冲击；2219铝合金；非熔化极惰性气体保护电弧焊中图分类号：V232.4文献标识码：ADOI：10.19452/j.issn1007-5453.2021.11.013针对飞行器轻量化需求，需要大量空间结构复杂和整体化零部件，对零件制造工艺提出更高要求[1]。
增材制造（additive manufacturing， AM）是一种高效、灵活、低成本的柔性制造技术，可以实现形性兼具的结构功能一体化的部件、组件制造[2-5]。
王华明团队研制了最大成形尺寸达7m×4m×3.5m的激光增材制造设备[6]，制造了投影面积16m2的钛合金加强框[5]。
虽然激光增材在材料利用率及生产成本上具有一定优势，但制造效率较低，一般为几十到几百克/小时。
电弧增材制造（wire arc additive manufacturing， WAAM）以电弧为热源、丝材为原料，加工效率高，可达几千克/小时，设备和运行成本低，在大型复杂构件的制造中具有明显优势[7]。
2219铝合金广泛应用于航空航天领域，如5m级2219铝合金环件[8]、？9.5m级2219铝合金整体过渡环[9]等大尺寸件。
转向架用SMA490BW钢焊接接头超高周疲劳性能
转向架用SMA490BW钢焊接接头超高周疲劳性能0 序言转向架焊接结构在长期服役过程中，实际承受高达1 × 108 ～ 1 × 1010周次的循环交变载荷，各国学者和工程技术人员也日益重视金属材料在1 ×107周次以上的超高周疲劳性能[1]. 然而，目前的研究结果表明，金属材料(钢铁、铝合金、钛合金、镁合金等)及其焊接接头在1 × 107循环周次以上超高周范畴内仍会发生疲劳失效，即不存在传统的疲劳极限，并且加载的应力幅值较高周疲劳时更低，传统的疲劳设计准则对材料已不再安全[2-4].Murakami等人[5]在分析轴承钢(JIS SUJ2)超高周疲劳断裂机理时认为，S-N曲线的形状与外加载荷特征、环境介质、加载频率、夹杂物尺寸、残余应力等因素有关，可表现出阶梯下降型、持续下降型、双线阶梯型以及多阶段疲劳等特征. 高周疲劳的裂纹通常萌生于材料表面机械加工痕迹处. 而在失效循环数大于1 × 107周次的超长寿命区间，对于组织均匀的金属母材而言，裂纹多起源于内部非金属夹杂物处，疲劳断口源区呈“鱼眼”特征形貌. 此外，相关研究表明裂纹也会在表面沟槽或亚表面非缺陷处萌生[6-8]. 对于焊接接头而言，疲劳裂纹主要萌生在接头焊趾的表面几何非连续处或内部焊接缺陷处(如非金属夹杂物、气孔等)[9-11].文中以高速动车组转向架焊接构架常用材料SMA490BW钢为研究对象，运用超声疲劳试验机对SMA490BW钢母材及MAG焊接接头进行超高周疲劳试验，获得疲劳S-N曲线. 采用扫描电镜观察分析焊接接头疲劳试样断口，揭示了其疲劳断裂机理；并用金相显微镜观察焊接接头的疲劳裂纹扩展路径，研究其裂纹扩展行为及机理. 定量分析了接头焊趾处的残余应力、应力集中因素对SMA490BW钢焊接接头超高周疲劳性能的影响.1 试验方法1.1 试验材料试验所用材料为SMA490BW钢，它是日本进口的低合金高强度热轧耐候钢，其化学成分和力学性能分别如表1和表2所示.1.2 焊接工艺试验及试样制备接头形式采用对接接头，焊接材料采用直径1.2 mm的TH550-NQ-II焊丝，焊接方式为tMAG/135，混合保护气体为80%Ar + 20%CO2. 焊接钢板厚度为12 mm，加工V形坡口，坡口角度为60°，组装间隙为2 ～ 3 mm. 母材试样为变截面圆柱状，其具体尺寸及实物如图1所示. 焊接接头试样选用含有较长等截面且焊缝位于正中部的薄板试样，试样具体尺寸及其实物如图2所示.表1 SMA490BW 钢的化学成分 (质量分数，%)Table 1 Chemical composition of SMA490BW steelSi Mn P S Cu Ni Cr≤0.18 0.15 ～0.65 ≤1.40 ≤0.035 ≤0.006 0.30 ～ 0.50 0.05 ～ 0.30 0.45 ～ 0.70 C表2 SMA490BW 钢的力学性能Table 2 Mechanical properties of SMA490BW steel弹性模量E/MPa 屈服强度ReL/MPa 抗拉强度Rm/MPa 断后伸长率A(%) 弯曲180° −40℃冲击吸收能量AKV/J 206 000 ≥365 490 ～610 ≥19 合格≥27图1 母材试样形状尺寸及实物图 (mm)Fig. 1 Dimensions and physical map of base metal test specimen图2 焊接接头试样形状尺寸及实物图 (mm)Fig. 2 Dimensions and physical map of welded joint test specimen1.3 超声疲劳及断口观察试验母材及焊接接头的超高周疲劳试验均在日本岛津出产的USF-2000超声疲劳试验机上进行，加载频率为20 kHz，应力比R为−1，试验在室温(25 ℃)下进行. 同时采用压缩空气冷却试样，试验间歇比为200:600，若试样加载循环数达到1 × 109周次仍未断裂，试验自动停止. 试验前采用金相砂纸对试样中间圆弧过渡部位沿纵向机械抛光处理，从而消除表面机械加工刀痕的影响. 借助JSM-6360LA和FEI Nova NanoSEM 450扫描电镜对焊接接头疲劳断口的微观形貌特征进行研究，分析高周及超高周阶段裂纹的形核和扩展机理，从而判断焊接接头的微观断裂机制.1.4 裂纹扩展路径观察及残余应力测定试验采用德国ZEISS公司生产的Axio Vert.A1型倒置万能金相显微镜对焊接接头的疲劳裂纹扩展路径进行观察分析，研究其裂纹扩展行为和机理.同时，采用芬兰Stresstech Oy公司生产的XSTRESS 3000便携式应力仪对焊接试板、接头疲劳试样焊趾区域的残余应力(包括横、纵向应力)进行测试，分析残余应力对焊接接头疲劳性能的影响.③新员工彼此之间，比较隔离，没有充分发挥集中培训的优势。
微织构刀具三维超声振动车削304不锈
[６]
制备了后刀面具有
微织构的螺旋微铣刀ꎬ其切削力相比于常规刀具
降低 ３０％ ~ ４０％ ꎬ微铣刀加工工件的表面粗糙度
降低至 ０ ７４５ μｍ. 目前ꎬ国内外学者对微织构刀
具进行的研究大多集中于普通车削ꎬ而超声振动
车削在切削力、切削热、表面质量等方面的效果优
于普通车削 [７] ꎬ但将微织构刀具与超声振动车削
向相差 ４５°ꎬＣ２ 与 Ｘ 方向相差 ４５°. Ａ１ ꎬＡ２ ꎬＡ３ 分别
为 Ｃ１ ꎬＣ２ ꎬＣ３ 三个方向的振幅ꎬｆ１ ꎬｆ２ ꎬｆ３ 为频率ꎬ
Ψ１ ꎬΨ２ ꎬΨ３ 为初相位ꎬｖ 为切削速度ꎬｔ 为时间ꎬｖ ｆ
为进给速度. 一个切削周期中ꎬ刀具与工件在净切
削时间内的相对位移为
ｘ( ｔ) ＝ Ａ１ ｓｉｎ(２πｆ１ ｔ ＋ Ψ１ ) ｃｏｓ ４５° － ü
度ꎬ剪切面的剖面积为 Ａｓ ꎬ切削层剖面积为 ＡＤ ꎬ则
度方向.
在实际振动车削过程中ꎬ需要将超声振动
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Ａ ｓ ＝ Ａ Ｄ / ｓｉｎφ ꎬ
(２)
(３)
第 １２ 期
方 锐等: 微织构刀具三维超声振动车削 ３０４ 不锈钢研究
ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｗａｓ ｓｔｕｄｉｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ. Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ
ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｏｒｄｉｎａｒｙ ｔｏｏｌｓꎬ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｃｕｔｔｉｎｇ ｆｏｒｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍｉｃｒｏ￣ｔｅｘｔｕｒｅ ｔｏｏｌ ｗａｓ ｒｅｄｕｃｅｄ ｂｙ
结合加工的研究很少 [８] . 因此本文将微织构刀具
高速磨削对SMA490BW钢焊缝接头残余应力的影响
高速磨削对SMA490BW钢焊缝接头残余应力的影响高文慧;吴向阳;覃超;马传平【摘要】利用粗糙度议和X射线衍射仪对转向架构架人工打磨、粗磨和精磨三种状态的焊缝接头进行了粗糙度及残余应力测试和分析.结果表明:三种打磨状态下,人工打磨粗糙度最大,精磨粗糙度最小.表面粗糙度越小,构件抗疲劳性能越好.人工打磨焊缝接头表面残余应力均为压应力,柔性砂带打磨和无齿盘精磨焊缝接头表面垂直于磨削方向的应力基本上为压应力,而平行于磨削方向的应力基本上为拉应力.【期刊名称】《电焊机》【年(卷),期】2015(045)008【总页数】4页(P77-80)【关键词】高速磨削;SMA490BW钢;焊缝接头;残余应力【作者】高文慧;吴向阳;覃超;马传平【作者单位】南车青岛四方机车车辆股份有限公司,山东青岛266111;南车青岛四方机车车辆股份有限公司,山东青岛266111;西南交通大学材料科学与工程学院,四川成都611031;西南交通大学材料科学与工程学院,四川成都611031【正文语种】中文【中图分类】TG4040 前言SMA490BW耐候钢具有较高的强度、韧性和塑性，同时还有良好的耐大气腐蚀性能，因而被用于制造高速列车的转向架焊接构架[1]。
转向架构架结构复杂，焊缝数量多且分布密集，为提高构架焊缝疲劳性能，消除焊缝表面缺陷，焊后要对焊缝进行打磨处理。
目前转向架的打磨工作主要由人工完成，打磨量大，生产效率低，难以适应自动化生产要求。
自动化打磨技术可以提高打磨效率，降低劳动强度，适应自动化生产要求，保证打磨质量。
由于打磨过程中，与磨粒接触的焊缝接头会产生一定的塑性变形，因而打磨会改变焊缝接头表面的残余应力状态。
人工打磨后，构架焊缝表面基本上为残余压应力，而高速自动打磨对构架焊缝接头残余应力的影响如何，是否和人工打磨的应力状态相同，目前未见相关研究。
本研究拟利用X 射线衍射法对人工打磨和自动打磨的转向架构架焊缝接头进行残余应力测试，比较两种打磨方法对构架焊缝接头残余应力的影响。
超声冲击对MB8镁合金焊接接头表层组织及力学性能的影响
超声冲击对MB8镁合金焊接接头表层组织及力学性能的影响魏康;何柏林;于影霞【摘要】采用HJ-III型超声冲击机对MB8镁合金焊接接头焊趾进行表面处理，就不同冲击工艺参数对焊接接头表层组织及力学性能进行测试。
结果表明：经过超声冲击处理后，接头焊趾及其附近区域表层组织内的原始粗晶转变为晶界清晰、随机取向的纳米晶粒；焊趾处的应力集中系数得到有效降低，表层硬度及其抗拉强度得到提高；超声冲击前后接头拉伸试样均断于焊趾，接头的拉伸断裂机制为准解理断裂。
冲击电流为1.2 A、冲击时间为6 min时，与未超声冲击试样相比，MB8镁合金接头的应力集中系数降低12.04%，焊趾表层最大硬度值提高63.2%，抗拉强度提高33.2%，接头表层金属晶粒细化以及焊趾处应力集中程度的降低是提高MB8镁合金焊接接头力学性能的主要原因。
%Surface treatment was carried out on the weld toe of MB8 magnesium alloy welded joint with HJ-III type ultrasonic impact treatment equipment. The surface microstructures and mechanical properties of MB8 magnesium alloy welded joints treated by different impact parameters were investigated. The results indicate that, after ultrasonic impact treatment, the primary coarse grains in the surface layer of weld toe and adjacent area turn into randomly oriented nano-crystalline grains with explicit grain boundary. The stress concentration coefficients at weld toe reduce effectively. The surface hardness and tensile strength of joints improve. The joints before and after ultrasonic impact fracture at the weld toe with tensile failure mechanism of quasi-cleavage fracture. In the impact current of 1.2 A and impact time of 6 min, compared with untreated specimens, the stress concentration coefficientsreduce by 12.04%, and the surface maximum hardness and tensile strength of treated welded joints increase by 63.2% and 33.2%, respectively. The grain refining of surface layers and the reduced stress concentration at weld toe are main factors which improve the mechanical properties of MB8 magnesium alloy welded joints.【期刊名称】《中国有色金属学报》【年(卷),期】2016(026)012【总页数】9页(P2479-2487)【关键词】超声冲击;焊接接头;表层组织;抗拉强度;晶粒细化【作者】魏康;何柏林;于影霞【作者单位】华东交通大学机电工程学院，南昌 330013;华东交通大学机电工程学院，南昌 330013;华东交通大学机电工程学院，南昌 330013【正文语种】中文【中图分类】TG146镁合金具有密度小、比强度和比刚度高、阻尼减震性能好、易于切削加工等优点，广泛应用在汽车、航空航天、电子通讯等工业领域，逐步成为继钢铁、铝合金之后的21世纪新型金属结构材料[1−3]。
超声冲击对SMA490BW耐候钢焊接接头腐蚀疲劳的影响
超声冲击对SMA490BW耐候钢焊接接头腐蚀疲劳的影响童第华;王乃境;丛家慧;高倩倩;陈勃
【期刊名称】《有色金属工程》
【年(卷),期】2024(14)3
【摘要】采用USP-300超声表面加工装置对SMA490BW耐候钢表面进行超声冲击处理。
研究超声冲击前后试件的显微组织、显微硬度和残余应力,比较超声冲击前后SMA490BW耐候钢焊接接头的腐蚀速率和腐蚀疲劳寿命。
通过光学显微镜观察超声冲击后SMA490BW耐候钢的显微组织,采用测试仪器测试焊接接头的表面硬度和残余应力,分析超声冲击提高SMA490BW耐候钢抗腐蚀性及其疲劳寿命的机理。
结果表明,超声冲击处理能使材料表层晶粒细化形成致密的塑性变形层,提高显微硬度,并在材料表面引入有效的残余压应力,降低腐蚀速率,减小失重量。
同时,超声冲击处理后裂纹扩展路径变得更加复杂,裂纹扩展速率降低,焊接接头腐蚀疲劳寿命得到提高。
【总页数】9页(P1-9)
【作者】童第华;王乃境;丛家慧;高倩倩;陈勃
【作者单位】中国航发北京航空材料研究院;航空材料检测与评价北京市重点实验室;中国航空发动机集团材料检测与评价重点实验室;沈阳航空航天大学机电工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TG178
【相关文献】
1.超声冲击对SMA490BW耐候钢焊接残余应力的影响
2.焊接工艺对SMA490BW 耐候钢接头腐蚀行为的影响
3.超声波冲击处理对S355J2W+N耐候钢对接接头疲劳性能的影响
4.超声冲击对SMA490BW钢焊接接头超高周疲劳性能的影响
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铝合金焊接接头的力学性能测试
铝合金焊接接头的力学性能测试乔及森 , 周清林 , 朱 亮 , 陈剑虹(兰州理工大学 甘肃省有色金属新材料省部共建国家重点实验室 , 兰州 730050)摘 要 : 采用穿孔剪切法对材料局部力学性能进行了研究 ,提出了利用穿孔剪切试验 获得材料拉伸力学性能的基本方法 ,并采用穿孔剪切法对车用铝合金材料 Al6063 及其 焊接接头的力学性能进行了测试 ,得出了离焊缝中心线不同距离的抗拉强度 ,屈服强度 和加工硬化指数的关系 。
试验表明 ,穿孔剪切试验可以准确的表征力学性能不均匀焊 接接头的各微区性能参数和本构关系 ,可为铝合金汽车焊接构件的碰撞模拟提供接头 变形及失效数据 。
关键词 : 穿孔剪切法 ; 局部力学性能 ; 焊接接头 乔及森中图分类号 : TG 146文献标识码 : A文章编号 : 0253 - 360X (2006) 11 - 041 - 05所示 ,其中的平头探针是由 Φ115 mm 的钻头改装而0 序 言在汽车制造中 ,为了提高汽车车架的刚度 ,在减 轻汽车重量的同时提高汽车的碰撞性能 ,大量使用 铝合金材料 。
随着全铝车身汽车的使用 ,焊接结构 的性能测试成为一个重要的研究内容 。
铝合金的焊 接接头的力学性能是 由 焊 缝 、热 影 响 区 、母 材 决 定 的 ,而且焊缝和热影响区存在严重的不均匀性 ,所以 国内外都进行了一系列的研究 ,文献 1 对焊接接头 的力学性能提出了微剪韧性的概念 ,为微接头的局 部力学性能的测定提供了很好的依据 ;文献 2 也对 焊接接头的力学性能进行了研究 ,提出了焊缝区与 母材的拟合关系式 ;文献 3 采用试验和有限元回归 的方法 对 材 料 的 力 学 性 能 测 试 方 法 做 了 研 究 , 文 献 4 在前人的基础上对管线钢材料拉伸特征值进 行了研究 ,得出管线钢焊缝的屈服点和最大载荷处 的真应力与真应变的特征值 。
作者采用穿孔剪切的 方法对材料的焊接接头的力学性能进行了测试 ,为 汽车部件的碰撞模拟中焊缝的行为提供有效的材料 表征方法 。
316L不锈钢焊接接头高温低周期疲劳显微结构变化和断裂特征
316L不锈钢焊接接头高温低周期疲劳显微结构变化和断裂特征张莹莹;张新宁;师瑀【摘要】本研究对316L奥氏体不锈钢母材和焊缝分别进行高温低周疲劳试验,对试样的微观结构和裂纹扩展形貌进行观察,分析母材和焊缝在高温低周疲劳循环应力响应下的位错结构和损伤机制.结果表明,316L奥氏体不锈钢母材在试验过程中由于位错增殖和位错湮灭导致发生循环硬化和循环稳定,在焊缝中由于位错湮灭导致发生循环软化.母材和焊缝在连续低周疲劳试验中裂纹主要以穿晶方式扩展,焊接接头处孔洞的连接是最终导致焊接接头疲劳断裂的主要机制.【期刊名称】《材料科学与工程学报》【年(卷),期】2019(037)003【总页数】4页(P501-504)【关键词】奥氏体不锈钢;高温低周疲劳;疲劳断裂【作者】张莹莹;张新宁;师瑀【作者单位】辽宁石油化工大学机械工程学院,辽宁抚顺113001;辽宁石油化工大学机械工程学院,辽宁抚顺113001;辽宁石油化工大学机械工程学院,辽宁抚顺113001【正文语种】中文【中图分类】TG457.111 引言316L奥氏体不锈钢具有很好的耐腐蚀性、焊接性及综合力学性能，因而被广泛应用于石油化工、航空航天等重要领域，此类设备需要长期在高温交变载荷条件下服役，因此奥氏体不锈钢高温疲劳性能一直备受关注[1-2]。
在实际工程应用中，低周疲劳导致焊接接头的失效是比较常见的问题，研究316L不锈钢焊接接头高温低周疲劳规律，可以预防相关构件出现疲劳损伤破坏，提高使用安全性。
近年来国内外学者对奥氏体不锈钢疲劳性能的影响因素有所研究，但对316L奥氏体不锈钢高温低周疲劳显微结构演变规律及损伤机理没有系统研究。
本研究对316L奥氏体不锈钢焊接接头进行不同温度的低周疲劳试验，采用扫描电子显微镜(SEM)及透射电子显微镜(TEM)对试样微观结构和裂纹萌生、扩展形貌进行分析，并探讨其位错结构的变化和损伤机理。
2 材料与方法实验所用母材为316L奥氏体不锈钢，母材和焊缝填充金属材料(308L)的化学成分见表1。
Weldox700E高强度钢焊接性探讨
Weldox700E高强度钢焊接性探讨张飒;王攀;庄园【摘要】The welding performance of the Sweden Vivitar Weldox700E high strength steel was analyzed.The microstructure and physical properties of the materials were systematically tested,and the microstructure of the heat affected zone and the problem of decline in toughness were analyzed. The results show that Weldox700E steel has good weldability,and there is a linear correlation be-tween the organizational structure and the impact toughness,which provides a theoretical guidance for enterprises to determine the relation among organizational structure and physical properties in the welding process evaluation.%对瑞典威达 Weldox700E高强度钢的焊接性能进行研究,测试了焊接区域显微组织结构和物理性能,分析了热影响区显微组织与韧性下降的关联问题。
结果表明,Weldox700E 高强度钢焊接性能良好,其组织结构与冲击韧性之间存在一定的线性关系。
研究结果为企业在焊接工艺评定中确定中高强度钢组织结构和物理性能之间的关系提供了一定的理论参考。
【期刊名称】《中国机械工程》【年(卷),期】2016(027)013【总页数】5页(P1815-1819)【关键词】高强度钢;焊接性;组织结构;冲击韧性【作者】张飒;王攀;庄园【作者单位】厦门大学福建省特种先进材料重点实验室，厦门，361005;厦工机械股份有限公司，厦门，361023;厦工机械股份有限公司，厦门，361023【正文语种】中文【中图分类】TG457高强度钢由于具备优良的可成形性以及较低的制造成本，将作为主要的工程材料发挥越来越重要的作用[1]，然而高强钢焊接时有淬硬倾向，容易产生冷裂纹，同时伴有热影响区韧性下降的现象[2-7]，其焊接区域的组织结构对其物理性能尤其是冲击韧性至关重要[8-11]。
SMA490BW钢焊接CCT曲线的研究
崮 蓟
插 １ 、 诺尔 南 口供风设 备 （ 京 ） 限公 司 ５克 北 有 插 １ 、 苏 华 昌铝 厂 有 限 公 司 ６江 插 ｌ 、 航 锂 电 （ 阳 ） 限 公 司 ７中 洛 有
插 ２ 长 春轨道 客车装 备有 限责 任公 司 、
插 ３ 广 东恒 大新材 料科技 有 限公 司 、 插 ４ 山西 大 钢 物 资 有 限公 司 、 插 ５ 广 东 兴 发 铝 业 有 限公 司 、 ‘
插 ７ 上 海 中电罗莱 数码技 术有 限公 司 、 插 ８ 永 济新 时速 电机 电器有 限责任公 司 、 插 ９ 株 洲时 代新材 料科 技股份 有 限公司 、 插 １ 、 同机 车设 备制修 有 限责任公 司 ０大
插 １ 、 东 圣 阳 电 源 股 份 有 限 公 司 １山
插 ２、 ３ 江苏 丰立 精密制 管有 限公 司
２ ４
测定其 值 ， 在试 验 过 程 中实 时 采 集试 样加 热 和 冷 并
却过程 中的时 间 、 度 和膨 胀量 。 温
冷 热 工 艺
机车车辆工 艺 第４ ２１ 年 ８月 期 ０２
表 ２ 各冷 却 速 度 下 的 硬 度 值
样 室温 组织 为 少 量 白色 小块 （ 素 体 ）＋大 量 小 岛 铁
目前 多 采 用 热 模 拟 技 术 对 金 属 材 料 的 Ｃ Ｔ 曲 Ｃ
线 进行测 试 。本试 验是在 Ｇｅｂｅ ｌｅｌ 热／ 力模 拟试 验机 上 进行 ， 采用 专用 软件 编制程 序 ， 编程 时输入 热模 在 拟试验 的 主要 数据 ： 加热 速 度 （ 间 ） 峰值 温度 、 时 、 高
关 键 词 ： ＭＡ４ ０ Ｗ 钢 ； Ｔ 曲 线 ； 接 工 艺 Ｓ ９Ｂ ＣＣ 焊
超声冲击和机械打磨提高SMA490BW钢焊接接头超高周疲劳性能
超声冲击和机械打磨提高SMA490BW钢焊接接头超高周疲劳性能何柏林;张枝森;谢学涛;金辉;李力【摘要】In order to improve the very high cycle fatigue performance of welded joint of welded bogie frame,the ultrasonic impact treatment (UIT) and mechanical polishing treatment on the welded joints of SMA490BW steel for EMU bogie were carried out under different impact parameters and modes,respectively.Fatigue tests were performed on the very high cycle fatigue performance of welded joint both in welded and treated conditions by ultrasonic fatigue test system.Through residual stress tests,metallographic structure and fracture surface observation,the mechanism of UIT and mechanical polishing treatment to improve the very high cycle fatigue performance of SMA490BW steel welded joint was analyzed.Results show that under 330 MPa stress condition,the average fatigue life of welded joint specimen before and after mechanical polishing treatment is about 0.252 × 107 cycles and 1.232 X 107cycles,respectively.The fatigue life is improved about 5 times.When the impact current is 2.0 A and the impact time is 20 min,the fatigue life of welded joint can be up to 4.978 × 107 cycles after the local UIT on weld toe and root,which is about 20 times higher than that without treatment.The introduction of residual compressive stress,the refinement of surface grain and the modification of weld toe shape are the main reasons for the improvement of fatigue performance of welded joint.Theinitiation position of fatigue crack may be transferred from the weld toe or root to other defects on material surface after welded joint being treated by UIT.%为提高转向架焊接构架焊接接头的超高周疲劳性能,分别采用不同冲击参数和冲击方式下的超声冲击和机械打磨,处理动车组转向架用SMA490BW钢的焊接接头,并利用超声疲劳试验系统测试处理前后焊接接头的超高周疲劳性能.通过残余应力测试、金相组织和断口形貌观察,分析用超声冲击和机械打磨提高SMA490BW钢焊接接头超高周疲劳性能的机理.结果表明:在330 MPa应力条件下原始焊态接头的平均疲劳寿命约为0.252×107周次,经机械打磨后疲劳寿命可提高至1.232×107周次,提高约5倍;在2.0A冲击电流下对焊趾及焊根处进行20 min的局部超声冲击后,其疲劳寿命可达4.978×107周次,提高约20倍;残余压应力的引入、表层晶粒的细化和焊趾外形的修整是焊接接头疲劳性能得到提高的主要原因;焊接接头经过超声冲击强化后,疲劳裂纹的萌生位置可能从焊趾或焊根处转移到材料表面其他缺陷处.【期刊名称】《中国铁道科学》【年(卷),期】2017(038)005【总页数】7页(P107-113)【关键词】转向架;焊接接头;超高周疲劳;超声冲击;机械打磨【作者】何柏林;张枝森;谢学涛;金辉;李力【作者单位】华东交通大学材料科学与工程学院,江西南昌 330013;华东交通大学材料科学与工程学院,江西南昌 330013;华东交通大学材料科学与工程学院,江西南昌 330013;华东交通大学材料科学与工程学院,江西南昌 330013;华东交通大学材料科学与工程学院,江西南昌 330013【正文语种】中文【中图分类】TG405目前，我国高速列车车体和转向架的结构大多采用钢板焊接结构或铝合金焊接结构[1-2]。
基于表面喷涂和织构技术的油井光杆摩擦性能改进
基于表面喷涂和织构技术的油井光杆摩擦性能改进刘涛;刘天宇;张岩;张磊;李大建【摘要】为了提升油井光杆耐磨损性能,延长其使用寿命,应用表面喷涂和表面织构技术对光杆摩擦段表面进行处理,在UMT磨损实验机上对不同表面处理技术的光杆进行摩擦性能测试评价.结果表明:超音速等离子喷涂、超音速火焰喷涂涂层可使光杆摩擦因数从0.96分别下降至0.85、0.91,表面织构可使光杆摩擦因数降低至0.77.表面喷涂技术和表面织构技术均能有效降低光杆表面摩擦因数,而表面织构技术在光杆提升摩擦性能方面优于表面喷涂技术,且加工更方便,具有较好的应用前景.【期刊名称】《润滑与密封》【年(卷),期】2018(043)011【总页数】5页(P125-128,132)【关键词】镍基金属;超音速等离子喷涂;超音速火焰喷涂;表面织构;摩擦因数【作者】刘涛;刘天宇;张岩;张磊;李大建【作者单位】中国石油长庆油田分公司油气工艺研究院陕西西安710018;低渗透油气田勘探开发国家工程实验室陕西西安710018;中国石油长庆油田分公司油气工艺研究院陕西西安710018;低渗透油气田勘探开发国家工程实验室陕西西安710018;中国石油长庆油田分公司油气工艺研究院陕西西安710018;低渗透油气田勘探开发国家工程实验室陕西西安710018;中国石油长庆油田分公司油气工艺研究院陕西西安710018;低渗透油气田勘探开发国家工程实验室陕西西安710018;中国石油长庆油田分公司油气工艺研究院陕西西安710018;低渗透油气田勘探开发国家工程实验室陕西西安710018【正文语种】中文【中图分类】TH117.1目前国内有杆采油系统在人工举升中仍占主导地位，占井数90%以上。
光杆是抽油机连接深井泵的关键构件，在生产中，光杆一方面要与井液、空气等介质接触，另一方面每天完成几千次往复运行，一直承受交变载荷的作用，光杆表面容易出现多种机械磨损和腐蚀，造成井口漏油，污染环境，严重的甚至发生断裂事故。
轧机主传动轴修复焊接技术研究与应用
(3) 将主轴吊装至焊接工位,在堆焊区域靠 端头两侧及工件中部三处位置采用转胎支撑。
(4) 在地平台选取基准，旋转工件，检查工件 直线度并记录工件初始位置尺寸。
(5) 使用金属螺旋锂清除残余缺陷,清除后 MT复检,合格后进行下道工序。
固溶热处理后的小变形产生的残余应力和焊 接残余应力、固溶热处理快冷产生的残余应力相 同，如果小变形产生的残余应力小于焊接残余应 力和固溶热处理快冷产生的残余应力，对产品的 使用性能不会产生影响。考虑到实际工件形状复 杂，实际变形量难以准确测量，采用数值模拟进行 应力状态评估也是有效的办法，采用数值模拟进 行变形计算，采用物理模拟等变形试验，能够为实 物性能评估提供可靠的依据。
［2］ 陈红宇，宋树康，杜军毅.AP1000锻造主管道制 造技术进展［J］.大型铸锻件，2013 (2) : 1 -3.
［3］ 郑建能，张玉，陈红宇.CAP1400主管道热段关 键制造技术研究［J］.大型铸锻件，2018 (6): 19 -21.
［4］ 谷雨，余燕，左波，等.AP1000核电站主管道焊 接变形与残余应力研究［J.热加工工艺，2014, 43 (15) : 154 -156 +160.
18
主轴材质为42CrMo,原件热处理后力学性
能：Ra X 390 MPa, 4X16%, KV2 X38 J,重量
24.6 t,主要化学成分见表1°
图1主轴结构示意图 Figure 1 Schematic diaaram of main shaft structure
E缪O
吨E
-I A 各区/ \缺网 5000
211243478_超声滚压微锻造增材件表面力学性能
的热传递自然边界条件可以描述为 [１４]
元” 功能模拟材料的添加. 为保证计算精度ꎬ对网
格进行局部细化ꎬ同时将滚压头定义为刚体ꎬ模型
－ ｋ(Ñθｅ) ＝ Ｐｗ － ｈｃ (θ － θ０ ) － εｔ σＢ (θ４ － θ４０ ).
(５)
式中:Ｐｗ 为基板吸收总激光能量ꎻｈｃ 为对流换热系
几何尺寸与网格划分如图 １ 所示.
ｌ ＝ １. ｂ ｌ 和 ω 则根据不同超声振动参数得到的波
Ｊｏｈｎｓｏｎ － Ｃｏｏｋ 本构模型 [１５] 能够很好地描述超声
形图算出. 静压力可由常数项 Ａ０ 进行施加ꎬ也可
滚压微锻造加工过程中材料的塑性力学性能. 因
此选择 Ｊｏｈｎｓｏｎ － Ｃｏｏｋ 本构模型ꎬ其材料屈服极
单独作为集中力添加.
ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｒｅｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｒｉｓｋ ｏｆ ｄｅｆｅｃｔｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｃｒａｃｋｓ ｉｎ ａｄｄｉｔｉｖｅ ｐａｒｔｓ. Ｍｅａｎｗｈｉｌｅꎬ ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ
ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｐｌａｓｔｉｃ ｓｔｒａｉｎ ａｎｄ ｓｕｒｆａｃｅ ｍｉｃｒｏ￣ｈａｒｄｎｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓｅｄ ａｄｄｉｔｉｖｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ. Ｉｎ ａｄｄｉｔｉｏｎꎬ
滚压头与被加工材料之间设置为面与面接触
限公式为
δ ＝ ( Ａ ＋ Ｂε ｎ ) (１ ＋ Ｃ ｌｎε∗ ) (１ － Ｔ ∗ｍ ) . (７)
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第５ 期
任朝晖等: 超声滚压微锻造增材件表面力学性能
６３５
和应变速率硬化效应建立了准静态模型与动态模
型ꎬ对 ６０６１ － Ｔ６ 铝合金进行了超声滚压模拟ꎬ并
SMA490BW耐候钢焊接与焊后热处理残余应力的数值模拟
Electric Welding MachineVol.54 No.2Feb. 2024第 54 卷 第 2 期2024 年2 月SMA490BW 耐候钢焊接与焊后热处理残余应力的数值模拟户迎灿1， 王秋影1， 邱培现1， 许骏1， 廖子文21.中车青岛四方机车车辆股份有限公司，山东 青岛 2663112.西南交通大学 材料科学与工程学院， 四川 成都 610031摘 要：SMA490BW 耐候钢焊接过程中会产生较大的残余应力，常使用去应力退火的热处理方式消除残余应力。
建立了SMA490BW 耐候钢的焊接过程和焊后热处理过程中的有限元模型，对焊接以及焊后热处理的残余应力场进行了有限元模拟和验证。
通过引入材料的CREEP 本构模型，利用Norton-Bailey 指数方程模拟计算了焊后热处理时材料的蠕变行为，得到热处理对的焊接残余应力的影响。
研究结果表明：使用CREEP 本构模型，引入材料的蠕变行为可以较好地模拟焊接工件的焊后热处理过程中的应力应变变化，计算得到的残余应力值与实测值有较好的一致性。
这为工业上优化SMA490BW 耐候钢的焊接工艺、降低残余应力提供了理论支持。
关键词：SMA490BW 耐候钢； 热处理； 残余应力； 数值模拟中图分类号：TG441.8 文献标识码：A 文章编号：1001-2303（2024）02-0077-06Numerical Simulation Analysis of Residual Stress in SMA490BW Weldingand Post-Weld Heat TreatmentHU Yingcan 1, WANG Qiuying 1, QIU Peixian 1, XU Jun 1, LIAO Ziwen 21.CRRC Qingdao Sifang Locomotive and Rolling Stock Co., Ltd., Qingdao 266311, China2.Institute of welding, School of materials science and engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, ChinaAbstract: SMA490BW weathering steel is usually joined by welding. Residual stress will be generated during the welding process, which has a great impact on engineering application. In industry, annealing heat treatment is often used to reduce re ‐sidual stress. This paper establishes a finite element model of the welding process and post-weld heat treatment process of SMA490BW, the finite element simulation of the residual stress field of welding and post-weld heat treatment were carried out, and it was proven correct through test. By introducing the CREEP constitutive model of the material, the Norton-Bailey exponential equation is used to simulate the creep behavior of the material during post-weld heat treatment, and the effect of heat treatment on the welding residual stress is obtained. The research results show that: using the CREEP constitutive model, introducing the creep behavior of material can better simulate the stress and strain changes during the post-weld heat treatment of the welded workpiece, and the simulated residual stress values are in good agreement with the measured values.Keywords: SMA490BW weathering steel; heat treatment; residual stress; numerical simulation引用格式：户迎灿，王秋影，邱培现，等.SMA490BW 耐候钢焊接与焊后热处理残余应力的数值模拟［J ］.电焊机，2024，54（2）：77-82.Citation:HU Yingcan, WANG Qiuying, QIU Peixian, et al.Numerical Simulation Analysis of Residual Stress in SMA490BW Welding and Post -Weld Heat Treatment[J].Electric Welding Machine, 2024, 54(2): 77-82.0 引言SMA490BW 耐候钢具有良好的韧塑性和较高的强度，并且在大气条件下有良好的耐腐蚀性能，被大量应用于我国高速轨道列车的转向架结构中［1］。
CBN_超硬磨粒工具的超声振动辅助钎焊结合界面微观组织和力学性能
CBN 超硬磨粒工具的超声振动辅助钎焊结合界面微观组织和力学性能*蔡开达1， 赵 彪1， 吴帮福1， 丁文锋1， 徐九华1， 赵正彩1， 温学兵2， 李邵鹏2， 陈清良3（1. 南京航空航天大学 机电学院，南京 210016）（2. 中国航发动力股份有限公司，西安 710000）（3. 成都飞机工业（集团）有限责任公司，成都 610092）摘要 采用高频感应钎焊方法制备钎焊CBN 工具存在钎料层厚薄不均匀、连接界面内部易出现气孔等问题，导致钎料对磨粒的把持强度大幅下降、工具使用寿命显著降低。
提出用超声振动辅助钎焊的工艺方法制备钎焊CBN 工具，借助超声波在钎焊过程中的空化效应和振荡作用减少钎料合金内部的气孔，同时细化晶粒，以大幅提升磨粒的把持强度。
结果表明：相比于普通钎焊工艺，采用超声振动辅助钎焊工艺的钎料合金铺展更均匀，区域内部气孔尺寸变小，相同面积上气孔数量减少了75%，单颗CBN 磨粒的剪切力提高了27.7%。
通过Ti-6Al-4V 钛合金磨削对比试验可知：相比普通钎焊工具，超声振动辅助钎焊工具的法向磨削力降低了4.1%～19.6%，切向磨削力降低了8.3%～26.4%，磨削温度降低了5.3%～17.9%。
此外，在相同材料去除体积下，超声振动辅助钎焊CBN 工具的磨粒大块破碎现象明显减少，大幅提升了工具的耐磨性和使用寿命。
关键词 超声振动辅助钎焊；磨粒工具；微观形貌；连接强度；磨削性能中图分类号 TQ164; TG74; TG58 文献标志码 A 文章编号 1006-852X(2023)05-0568-11DOI 码 10.13394/ki.jgszz.2022.0190收稿日期 2022-11-07 修回日期 2023-01-04钎焊超硬磨粒工具由于具有磨粒结合强度高、容屑空间大、自锐性好等优异性能，在航空航天等难加工材料加工领域受到了越来越多的关注[1-3]，如钎焊磨粒工具在韧性材料[4-5]和硬脆材料的磨削加工[6-7]中都有着广泛的应用。
超声冲击改善焊接接头疲劳性能的研究进展_何柏林_宋燕
超声冲击改善焊接接头疲劳性能的研究进展
何柏林，宋燕
（华东交通大学机电工程学院，江西南昌330013）
摘要概述了超声冲击对焊接接头疲劳性能影响的国内外研究进展。
超声冲击处理可以减小焊趾处的应力集中，改善焊接残余应力，细化晶粒，提高焊接接头的疲劳性能等。
采用超声冲击方法提高焊接接头的疲劳性能具有重要的研究意义。
此外，分析了目前超声冲击对焊接接头疲劳性能和疲劳寿命影响研究的不足之处以及今后的研究趋势。
关键词超声冲击处理；焊接接头；疲劳性能；研究进展中图分类号TG156.96
文献标志码Ａ
文章编号1004-244X （2013）05
收稿日期：2013-02-25；修回日期：2013-04-27
基金项目：国家自然科学基金（51065010）；江西省自然科学基金（2009GC0016，20114BAB206020）；
江西省教育厅科研基金（GJJ12302）；华东交通大学重点课程资助项目
作者简介：何柏林，博士，硕士生导师，教授；主要研究方向为表面强化、复合材料。
E-mail ：hebolin@ 。
兵器材料科学与工程
ORDNANCE MATERIAL SCIENCE AND ENGINEERING
Vol.36No.5Sept ，2013
第36卷第5期2013年9月网络出版时间：2013-09-17 14:41
网络出版地址：/kcms/detail/33.1331.TJ.20130917.1441.004.html。
SG90T-9C高强韧性渣气联保药芯焊材的研发
2020年12月第44卷第12期Vol.44No.12Dec.2020 MATERIALS FOR MECHANICAL ENGINEERINGDOI：10.11973/jxgccl202012010SG90T-9C高强韧性渣气联保药芯焊材的研发张楠田志凌-张书彦S张飞虎」(1.钢铁研究总院焊接研究所，北京100081；2.东莞材料基因高等理工研究院，东莞523808；3.首钢技术研究院，北京100041)摘要：研制了一种金红石型SG90T-9C渣气联保药芯焊丝，研究了硅、链添加量对焊丝熔敷金属和焊接Q960E钢焊缝金属组织和性能的影响.以及热输入对焊缝组织中M/A岛形貌的影响.并与同级别CHT91K2和ESAB91K2焊丝以及HC8Mn2SiA焊丝/HJ431焊剂进行了综合性能对比分析。
结果表明：随着猛、硅添加量增加，熔敷金属抗拉强度增大，冲击韧性先增大后减小；随焊接热输入增加,M/A岛由点状转变为块状并富集于晶界，热输入应控制在10kJ•cm-1以内；与其他焊材相比.SG90T-9C焊丝熔敷金属的力学性能优异.焊接Q96OE钢所得焊缝质量较好.焊接Q960E钢梁架的气孔率和返修率显著降低。
关键词：SG90T-9C药芯焊丝；Q960E高强钢；M/A岛；抗拉强度；冲去韧性中图分类号：TG422.3文献标志码：A文章编号：1000-3738(2020)12-0053-09 Research and Development of SG90T-9C Slag-Gas Bonded Protection Flux Cored Welding Material with High Strength and ToughnessZHANG Nan'23,TIAN Zhiling',ZHANG Shuyan2,ZHANG Feihu3(1.Institute of Welding,Central Iron and Steel Research Institute,Beijing100081,China；2.Dongguan Material Gene Advanced Institute of Technology,Dongguan523808,China；3.Shougang Research Institute of Technology,Beijing100041,China)Abstract:A rutile type SG9OT-9C slag-gas bonded protection flux cored welding wire was developed.The effect of the amount of silicon and manganese on microstructure and properties of the welding wire deposited metal and weld metal by welding Q960E steel was studied.The effect of heat input on morphology of M/A island in the weld microstructure was studied.The comprehensive properties of SG90T-9C welding wire were compared with CHT91K2,ESAB91K2welding wires and H08Mn2SiA welding wire coupling HJ431flux.The results show that with increasing manganese and silicon addition,the tensile strength of the deposited metal increased,and the impact toughness increased and then decreased.With increasing heat input,the M/A island shape changed from point to block and the island gathered on boundaries.The heat input should be controlled within10kJ•pared with other welding materials*the SG90T-9C welding wire deposited metal had excellent mechanical properties*the weld quality by welding Q960E steel was better,and the porosity and repair rate by welding Q960E steel frame reduced significantly.Key words:SG90T-9C flux cored wire；Q960E high strength steel；M/A island；tensile strength；impact toughness收稿日期：2019-12-10；修订日期：2020-09-22基金项目：广东省“珠江人才计划”引进创新创业团队资助项目(2016ZT06G025)；广东省自然科学基金资助项目(2017B030306014)作者简介:张楠(1983-),男•北京人，高级工程师/副研究员，硕士通信作者:张书彦教授0引言2016年发布的GB/T1589-2016标准将六轴商用车总质量上限从55t降至49t,由此带动了轻量化商用车的发展。
不同倾角灌浆补强砂浆动态拉伸力学性能研究
0引言混凝土材料具有来源广泛、抗压强度高、整体性好、经济价值高等诸多优点，至今在全世界建筑领域仍是用量最大、使用范围最广泛的建筑材料[1-2]。
众所周知，水泥基类材料的抗拉强度远小于抗压强度，建筑物在使用过程中往往会发生开裂，裂缝的出现不但会影响建筑自身美观，而且会使其结构性能下降，最终降低建筑的安全性、适应性、耐久性和使用寿命。
当前建筑物补强技术也是当前建筑行业的热门焦点，而灌浆补强技术操作性简单、效果显著而被专家学者广泛研究。
郭志敏等[3]以快硬硫铝酸盐水泥、氨基苯磺酸盐高效减水剂及RF 掺合料配制出了早期强度高、流动性好的路面补强料，并于实际应用过程中取得良好效果。
谢俊伟[4]等使用CNTs 等材料制备裂缝快速修复灌浆材料，该材料具有流动性好、黏接强度高、聚合固化快特点，在工程应用上有一定潜力。
林生凤等[5]利用部分工业废渣制备了高性能灌浆材料，并分析不同掺料试件强度及流动性变化规律。
顾旭东等[6]探究了添加外加剂灌浆料的流动性及凝结硬化时间，并通过试验研究了养护环境对灌浆料性能变化的影响规律，结果表明外加剂及养护环境均对灌浆材料性能存在影响。
李青等[7]通过试验研究了水泥基灌浆料加固含孔洞混凝土梁力学性能，结果表明灌浆后试件承载能力得到显著提升。
曲广龙等[8]研究了灌浆孔短柱试件承载效果，结果表明灌浆后试件承载能力得到显著提升。
苏炜焕等[9]通过实践发现灌浆技术能够取得修复裂缝、提高裂缝区域的强度、防水防渗的优良效果。
灌浆补强技术能够有效的修复裂缝、增强建筑物的力学性能，但现有研究成果仅停留在静载作用阶段，对于动载作用下补强试件研究鲜有涉及，建筑物在使用阶段同样会承受部分动载作用，因此开展灌浆补强水泥基材料动态力学性能试验研究至关重要。
本文采用声波测量装置对不同补强宽度（0mm 、3mm 、5mm ）纵波波速进行测量，并结合SHPB 试验装置对不同冲击倾角（0°、30°、45°、60°、90°）下灌浆补强水泥砂浆试件开展动态劈裂拉伸试验，分析补强宽度、冲击倾角对试件纵波波速、动态应力应变曲线、峰值应力、弹性模量的影响规律，研究成果可填补动载作用下灌浆补强技术研究方面的空白。
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基金项目：国家自然科学基金项目（51365014）；江西省工业支撑重点项目（20161BBE50072）作者简介：张枝森（1991-），男，在读硕士研究生，研究方向：材料强度与断裂。
E-mail:254388550@;通讯作者：何柏林（1962-），男，博士，教授/博士生导师。
研究方向：材料强度与断裂。
E-mail:hebolin@1超声冲击和机械打磨提高SMA490BW 钢焊接接头超高周疲劳性能张枝森，何柏林，谢学涛，金辉（华东交通大学材料科学与工程学院，江西南昌330013）摘要：本研究分别采用超声冲击和机械打磨处理SMA490BW 钢焊接接头，通过超声疲劳对比试验分析了处理前后焊接接头的疲劳性能。
由微观组织、断口形貌观察分析了超声冲击处理提高SMA490BW 钢焊接接头疲劳断裂性能的微观机理。
结果表明：在330MPa 应力条件下，原始焊态试件平均经历0.252×107周次断裂，经机械打磨的试件平均经历1.232×107周次断裂，疲劳寿命提高约4.89倍；而经超声冲击处理试件的疲劳寿命最高可达4.978×107周次，相比焊态试件提高了约19.75倍。
焊接接头经过超声冲击强化后，疲劳裂纹可能会从焊趾（焊根）处转移到母材表面的机械加工微痕处萌生。
关键词：超声冲击；SMA490BW 钢；焊接接头；超高周疲劳中图分类号:TG405文献标识码:AVery High Cycle Fatigue Performance Improvement of SMA490BW Steel Welded Joint by Ultrasonic Impact andMechanical Polishing TreatmentZhang Zhisen,He Bolin,Xie Xuetao,Jin HuiSchool of Materials Science and Engineering,East China Jiaotong University,Nanchang,Jiangxi,330013,ChinaAbstract ：In this study,ultrasonic impact treatment (UIT)and mechanical polishing treatment of SMA490BW steel welded joint were used respectively,and the influences of different treatments on fatigue properties of SMA490BW welded joints were analyzed by ultrasonic fatigue comparative test.The microstructure and morphology of fracture surface were observed and analyzed,and the micro mechanism of improving the fatigue performance of welded joints of SMA490BW treated by UIT was analyzed.The results showed that under a pressure of 330MPa,the original welding specimens got fractured after 0.252×107cycles,while the welding specimens treated by mechanical polishing got fractured after 1.232×107cycles,which indicated that fatigue lifetime increased by 4.89times.The fatigue lifeof the weldedjoints treated by UIT was more than4.978×107cycles,which hadincreased by more than 19.75times,compared to the untreated specimens.For the welded joint,the UIT may changes the positions of crack nucleuses from welded toe (welded root)to defects of base metal caused by machining.Keywords ：ultrasonic impact;SMA490BW steel;welded joints;very high cycle fatigue0前言目前，我国高速列车车体和转向架结构大多采用钢板焊接结构或铝合金焊接结构[1-2]。
在实际应用中，焊接转向架构架的破坏大多始于焊接接头。
这是因为焊接接头处气孔、夹渣等缺陷较多，应力集中系数大，容易产生裂纹并扩展，从而降低焊接转向架的疲劳强度和使用寿命[3-4]。
随着我国客货铁路运输朝着高速化和重载化方向发展，出现裂纹的现象越来越频繁，这种现象已经引起了国内外学者的重视[5]。
材料的失效一般源于材料表面，以适当的方法强化材料表面性能可以提高材料的整体性能。
近年来，学者们对焊接钢结构超高周疲劳性能做了大量研究，并取得了诸多成果[6-9]，但是关于超声冲击改善焊接接头超高周疲劳性能的报道不多。
超声冲击是一种利用大功率冲击头高频冲击材料表面，使材料表面产生弹塑性变形，细化表层组织，改变表面的残余应力状态的表面强化方法。
在机械碾压、喷完强化、激光冲击等改善焊接接头性能的表面处理工艺中，超声冲击处理具有结构轻巧、操作简易、成本低、效率高等优点，是提高焊接结构疲劳性能最有效的方法之一[10-12]。
本文以动车转向架用SMA490BW 钢为研究对象，对其焊接接头采用超声冲击与机械打磨两种不同的处理方式，并进行超声疲劳试验。
通过观察接头微观组织形貌、断口表面形貌等，分析了机械打磨与超声冲击对焊接接头超高周疲劳性能的影响。
1试验材料与方法1.1试验材料试验材料为动车组转向架用SMA490BW 钢，属于热轧耐候钢，其化学成分如表1所示。
焊接采用牌号为TH550-NQ-II 的焊丝，其化学成分如表2所示。
表1SMA490BW钢的化学成分（ωt%）Table1Chemical compositions of SMA490BW steel C Si Mn P S Cu Ni Cr≦0 .180.15~0.65≦1.40≦0.035≦0.0060.30~0.500.05~0.300.45~0.75表2TH550-NQ-II焊丝的化学成分（ωt%）Table2chemical composition of TH550-NQ-II welding wire C Si Mn P S Cu Ni Cr≦0. 10≦0.601.20~1.6≦0.025≦0.0200.20~0.50.20~0.60.30~0.91.2焊接工艺焊接所用的原始钢板尺寸均为300mm×150mm×12mm。
机械加工出角度约为60°的V型坡口，采用平板对接接头形式，组装间隙2~3mm左右。
采用MAG熔化焊，保护气体为φ(Ar)80％＋φ(CO2)20％，焊缝采用多层多道焊。
工艺参数如下：第1焊道：电流强度110~140A，电弧电压16~19V，直流/正极性，气体流量18~22L/min；第2焊道：电流强度240~280A，电弧电压25~30V，直流/正极性，气体流量18~22L/min；第3焊道：电流强度240~280A，电弧电压25~30V，直流/正极性，气体流量18~22L/min。
1.3超声冲击处理将试件分为5组，每组4个试件。
第1组为原始焊态试件，不做任何处理；第2组采用天津大学自主研制的HJ-III型超声冲击设备对焊接钢板进行冲击：略施压力将超声冲击枪对准焊趾或焊根区域，并与水平呈约45°，冲击针沿着焊缝方向排列，在自重的条件下完成超声冲击的过程。
在冲击过程中，冲击枪沿焊趾或焊根两侧小幅度摆动，以获得理想的过渡圆弧外形。
冲击电流1.5A，冲击时间10min。
第3组的冲击过程与第2组一致，只将冲击参数改为冲击电流2.0A，冲击时间10min。
第4组将超声冲击枪垂直放置于焊接钢板上方，对整条焊缝及附近区域进行全覆盖冲击。
冲击电流2.0A，冲击时间10min。
第5组不作超声冲击处理，仅先用电磨砂轮对焊趾和焊根区域进行粗磨，再用800#金刚砂纸细磨，以降低焊缝余高，改善试件表面形貌。
利用线切割机垂直于焊缝方向截取薄板状疲劳试件（即焊缝位于试件中心），试件谐振长度计算公式见参考文献[13]，具体尺寸见图1。
各组与原始焊态试件的形貌对比如图2所示。
图1试件几何尺寸(mm)Fig.1Size ofspecimens图2各组与原始焊态试件的形貌对比（a-d分别对应2-5组）Fig.2Comparison of the morphology of the specimens withthe original welding state(a-d corresponding to the2-5group)2超声疲劳试验采用天津大学自主研发的超声疲劳试验机对1~5组试件进行相同应力水平下（σmax=330MPa）的疲劳对比试验。
载荷类型为轴向拉压载荷，加载频率为19.65kHz，应力比为-1。
由于试件的温度会因为吸收超声振动能量和内部摩擦生热而急剧升高，在试验中采用循环水冷的方式，以控制试件的温度，避免了温度对疲劳性能的影响。
试验通过设定电流的大小来控制应力，记录试件断裂的时间，并用扫描电镜观察断口形貌。
3结果和分析试验数据及结果见表3。
表3超声疲劳试验结果（频率19.65kHz ）Table 3Experimental data of ultrasonic fatigue testing从表3可以看出，在330MPa 应力水平下，1组的原始焊态试件平均疲劳寿命仅为0.252×107周次。
相比于1组，2、3、4组试件的平均疲劳寿命分别提高了7.35、19.75、12.67倍。
超声冲击加工能够显著地提高焊接接头的抗疲劳性能。
只经过打磨的第5组试件的平均疲劳寿命也得到了显著的提高，达到了1.232×107周次。
2~5组试件在1×107周次后仍然会发生疲劳断裂，不存在传统意义上的疲劳极限。