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超声冲击处理改善复合耐磨板焊接接头的疲劳性能及强度的研究

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超声冲击处理改善复合耐磨板焊接接头的疲劳性能及强度的研究

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焊接结构中,复合耐磨板焊接接头的疲劳强度远远低于母材的疲劳强度。大量的实验表明,疲劳裂纹主要起源于接头焊趾处,因此处理焊接接头焊趾将会提高接头的疲劳强度。利用自行研制的超声波冲击实验装置,对提高低碳复合耐磨板焊接接头疲劳强度进行了研究。进行了复合耐磨板对接和十字接头(熔透)两种接头形式的焊态与冲击处理态的对比疲劳试验,分别获得了两种接头形式冲击处理前后的S—N 曲线及疲劳极限(2×106)。结果表明,超声冲击处理后,对接接头疲劳极限提高了58% ,十字接头提高了64% 。

疲劳试验用X射线衍射应力测定仪测试复合耐磨板残余应力分布,扫描电镜(Scanning eletron microscopy,SEM)对疲劳耐磨复合板断口形貌进行分析,确定了裂纹形核机制。结果表明超声冲击处理可以提高复合耐磨板焊接头疲劳寿命。对于焊接接头,UIT改变了裂纹形核机制,从焊趾处的表面形核演变为次表面形核。UIT处理消除了焊趾处微缺陷,并引入残余压应力,限制焊趾表面起裂,导致焊接接头更长的疲劳寿命。

研究结果表明:无论是焊态焊接接头还是超声冲击态焊接接头,耐磨复合板疲劳寿命S-N曲线均为连续下降曲线;焊态和超声冲击态焊接接头在1×107循环周次附近甚至1×109循环周次时接头试件仍然出现了断裂;对于不同焊后处理状态的焊接接头,分别给出了普通寿命区间和超长寿命区间(以1×107为疲劳寿命分界点)参考疲劳设计曲线,对复合耐磨板焊接接头的疲劳寿命设计提出了建议。