焊前喷砂和焊后热处理对焊接残余应力的影响冷热工艺:10074034(2011)04.0029.o4焊前喷砂和焊后热处理对焊接残余应力的影响吴胜权,马传平,闰少华,陈辉(1.北京交通大学机械与电子控制工程学院,北京100044;2.西南交通大学,四川成都610031)摘要:用钻盲孔法,研究了转向架用低合金结构钢对接焊试板焊接残余应力的分布,焊前喷砂处理和焊后热处理对焊接残余应力松弛的影响.结果表明,在焊缝区及热影响区存在高焊接残余拉应力,且纵向应力远大于横向应力;焊前喷砂处理能使母材表面形成较大的残余压应力;焊后热处理能够显着降低焊接残余应力,纵向残余应力fix松弛率基本在75%～97%之间;焊前对钢板表面进行喷砂处理,能使焊后热处理去应力效果更佳.关键词:焊后热处理;喷砂;焊接残余应力;盲孔法:TG441.1;TG441.8文献标识码:B1问题的提出焊接构.架是转向架的骨架,起着连接轮对与车体,传递牵引力及制动力的作用.构架的焊接质量与性能直接影响转向架的寿命和车辆的行车安全….由于焊接过程中不均匀的温度场,导致受约束的热变形和塑性变形,从而不可避免地产生残余应力.残余应力的存在对高速列车转向架构架的疲劳强度和疲劳寿命均有很大的影响,特别是应力集中和高残余拉应力叠加的焊接接头,会产生相当高的应变循环,若材料韧性储备不足,就有可能开裂.因此转向架构架经焊接后一般需经现场整体焊后热处理(Post—WeldHeatTreatment,简称PWHT),使其残余应力得到松弛,以改善其内部受力状况.焊后热处理可以达到以下目的:(1)消除和减少残余应力.(2)降低焊缝热影响区硬度,恢复其韧性,改善其塑性.(3)释放熔敷金属中的氢,防止因氢脆化引起脆性破坏.(4)提高构件尺寸的稳定性.(5)提高焊接接头的抗腐蚀性能.对转向架构架而言,焊后热处理目的主要是消除焊接残余应力.本文采用国内某车辆厂转向架用低合金结构钢进行对接施焊,焊前部分钢板进行喷砂处理,焊后用盲孔法测试对接试件的焊接残余应收稿日期:2011—04—10作者简介:吴胜权(1973一),男,高级工程师,本科.力分布;并将对接试件进行焊后整体热处理,对热处理应力松弛效果进行评价.2试验方法及内容2.1试件制备试件采用尺寸为300mm×200mm×8mm的2块低合金结构钢板对焊而成,部分钢板焊前已进行喷砂处理.焊接工艺参数为:电流260A,电压25.6V,焊速350mm/min,保护气流量13L/min,保护气80%Ar+20%CO:,开坡口,单面焊双面成型.2.2焊后热处理加热温度和保温时间是焊后热处理的2个关键因素0对热处理的温度,可以结合屈服强度与温度的关系原理图(见图1)来选择最佳范围值.由图1可知,屈服强度在加热初期缓慢下降,随着温度的升高,曲线下降转快,当温度达到600℃～650℃时屈服强度接近于零,变成了塑性材料.根据图1中25020015010050O02004006008001000温度/℃图1屈服强度与温度的关系29冷热工艺机车车辆工艺第4期2011年8月简化假定曲线,本次试验退火温度采用600℃,保温2h;加热速度根据焊后热处理方法确定:定为200oC/h,随炉冷却.2.3残余应力测试2.3.1试件编号及处理工艺(表1)表1试件编号及处理工艺试件处理方法篡嚣芒鬟誓鬟霪2.3.2测试过程测试标准根据《船舶行业标准CB3395—92:残余应力测试方法钻孔应变释放法》,首先在试件相应位置将钻孔机的3个支点对中,然后用502胶粘牢,将应变仪调零后,即可钻孑L.钻孔直径为1.5mm,深度为2mm.钻孔后待读数稳定后,记录应变仪上的3个应变值￡,8:和8,.3试验结果及分析由于对接板焊接残余应力基本对称于焊缝中心,所以选取其中一侧进行测试研究.残余应力计算公式如下,残余应力测试结果见表2.占l(A+BcosT)一3(A—BcosT)————__～3(A+BcosT)一s1(A—Bcosy)——————～一1占l一22+3tan——1一3式中:,or一钻孔前残余应力的主应力,N/mm;,:,E3一O.,45.,90.位置测得的释放应变;A,B一标定试验得到的应变释放系数,10.mm/N:30星蹬距焊缝中心距离/mm(a)l试件残余应力分布一最大主应力方向与轴的夹角.3.1试件残余应力分布表2残余应力测试结果0426643504l595457124638765833577151836530—153一l1430一ll图2为1和2试件的焊接残余应力分布.试验中所采用的钢板厚度为8mm,据文献[5]介绍,在板厚小于20mm的焊接结构中,厚度方向上的焊接残余应力很小,残余应力基本上是双轴的,...