【doc】逆焊接处理对金属材料抗疲劳性能的测试

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。【doc】逆焊接处理对金属材料抗疲劳性能的测试【doc】逆焊接处理对金属材料抗疲劳性能的测试逆焊接处理对金属材料抗疲劳性能的测试第27卷第3期辽宁石油化工大学Vo1.27No.32007年9月JOURNALOFLIAONINGUNIVERSITYOFPETROLEUM&CHEMICALTECHNOLOGYSep.2007文章编号:16726952(2007)03003803逆焊接处理对金属材料抗疲劳性能的测试徐东,宋天民,张国福,王岩,孟媛媛(辽宁石油化工大学机械工程学院,辽宁抚顺113

2、001)摘要:用16MnR,Q235,20g三种石油化工容器,塔类制作常用的材料制成式样后,进行逆焊接加热处理.再对处理后的试样进行应力和疲劳测试.通过对所的数据分析后,得出逆焊接加热处理工艺是一种很有效的调整焊接残余应力的技术.它能够有效的降低金属材料的焊接残余拉应力,如果温差足够大可以在被处理表面形成双向压缩残余应力层,提高金属材料抗疲劳性能.关键词:逆焊接加热处理;残余应力;疲劳性能中图分类号:TG405文献标识码: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,石化和冶金行业广泛使用各类容器,大多数都是在有较高残余拉应力的状况下运行,因此很容易产生疲劳破坏,造成很严重的后果,给企业带来巨大损失1.残余拉伸应力是产生疲劳破坏的主要原因,它能降低材料的疲劳性能.如能在材料表面形成残余压应力,则可提高各类焊接结构抗疲劳性能.一般的热处理难以获得好的消除应力效果."逆焊接加热处理"是消除或调整残余应力的一项新技术,它通过喷淋冷却使处理表面(主要是焊缝区)比周围和背面的温度低,在处理表面形成双向的压缩残余应力层.采用该技术可以在工作表面实现深度为25mm,应力水平为一5O一150MPa收稿日期:20061116作者

7、简介:徐东(1973一),男,辽宁抚顺市,在读硕士.的双向可控压缩应力.这种处理方法适用于任何结构尺寸的焊接容器,尤其适用于采用复合板或高强钢制造的大型容器,并且方法简单,容易掌握,利于现场装置的使用.1实验部分1.1试样制备实验选取具有典型代表意义的石油化工容器,塔类制作常用16MnR,20g及最普通的Q235作为实验材料.实验中把每种实验材料(厚18mm)16MnR,20g,Q235各制作成3块中间带V型坡口(宽lOmm)的200mm×150mm试件,如图1所示.然后,在每种材质中各选出一块,并分别按正常手工电弧焊方法焊接,其它两块试件按正常手工电弧焊焊接后分别进行250,350

8、逆焊接加热处理.第3期徐东等.逆焊接处理对金属材料抗疲劳性能的测试同.!坠(a)正视图(b)侧试图图1试件图样1.2实验过程1.2.1应力测量把加工好钓每组试件用正常手工电弧焊方法焊接(焊接参数:电流120A;速度200ram/rain;电压25V),焊后自然状态下冷却至室温¨5.每组选出一块不做任何处理(标记为1),其他两块在加热炉内分别加热至250(标记为2),350(标记为3)保温15rain.取出后分别只对焊缝用水进行快速冷却,然后自然状态下恢复至室温.取每块试件,用小盲孔法测各试件应力,贴片位置如图2所示(贴片间距5ram).测得应力如表1所示.表1应力测试数据A2O5.5

9、7102.10B153.O277.02C99.3249.32ABC98.3776.195O.O316MnRAB257.65208.8O198.38130.12C134.9375.58ABC93.4760.0338.40囵,回卜-应变片冈/焊缝图2应变片粘贴示惹图由表1可以看出:(1)对于材料20g,经250逆焊接处理的试件与未经逆焊接处理的试件相比,焊缝附近贴片A处残余拉应力值降低率分别为:纵向仉=39.37,横向仉一37.54;经350逆焊接处理的试件与未经逆焊接处理的试件相比,焊缝附近贴片A处残余拉应力值降低率分别为:纵向仉一72.97,横向=73.67%.(2)对于材料Q235,经250

10、逆焊接处理的试件与未经逆焊接处理的试件相比,焊缝附近贴片A处残余拉应力值降低率分别为:纵向仉:=73.69,横向77一73.31;经350逆焊接处理的试件与未经逆焊接处理的试件相比,焊缝附近贴片A处残余拉应力值降低率分别为:纵向仉一147.85,横向77一153.659/6.并且在此条件下,已在焊缝处形成双向压缩应力.(3)对于材料16MnR,经250逆焊接处理的试件与未经逆焊接处理的试件相比,焊缝附近贴片A处残余拉应力值降低率分别为:纵向仉一7O.O2,横向77一78.8;经350逆焊接处理的试件与未经逆焊接处理的试件相比,焊缝附近贴片A处残余拉应力值降低率分别为:纵向仇一136.28,横向

11、77一121.74.并且在此条件下,已在焊缝处形成双向压缩应力.1.2.2疲劳测试把试板制成疲劳试件,在MTS88O疲劳测试机进行实验(实验环境温度为15.C).疲劳试件截取位置如图3所示E.测得数据如表2.由表2可以看出:(1)对于材料20g,经250.C逆焊接处理后的疲劳循环次数平均值与未经逆焊接处理时疲劳循环次数平均值相比,提高率7726.6.经350逆焊接处理后的疲劳循环次数平均值与未经逆焊接处理时疲劳循环次数平均值相比,提高率7749.56.(2)对于材料Q235,经250逆焊接处理后的疲劳循环次数平均值与未经逆焊接处理时疲劳循环次数平均值相比,提高率7728.51.经350逆焊接处

12、理后的疲劳循环次数平均值与未经逆焊接处理时疲劳循环次数平均值相比,提高率7772.2.(3)对于材料16MnR,经250逆焊接处理后.8687O24O2542一一一3831l12ur04421一一一40辽宁石油化工大学第27卷的疲劳循环次数平均值与未经逆焊接处理时疲劳循环次数平均值相比.提高率叩一28.53.经350.C逆焊接处理后的疲劳循环次数平均值与未经逆焊接处理时疲劳循环次数平均值相比,提高率叩=45.77.图3疲劳试件截取位置示意图2机理分析逆焊接加热处理主要利用冷源在钢铁表面造成的沿厚度方向分布不均匀的温度场,使表层在冷却收缩过程中受到内层较高温度金属的拉伸作用,从而产生伸长的塑性变

13、形.当冷源度足够高时,不仅可以降低或消除处理面上的拉伸残余应力,还可在表层附近形成一定的双向压缩应力,数值大小可灵活控制.而构件中拉伸残余应力降低或消除,表层附近双向压缩应力的形成.当它受循环载荷作用时,循环载荷与构件中拉伸残余应力相叠加,会使实际应力循环值比未经逆焊接加热处理时的低,其极限应力幅值增加,有利于金属材料的疲劳强度的提高.通过本实验可以得到以下结论:(1)逆焊接处可以有效的降低金属材料的焊接余拉应力,如果温差足够大,就会在处理表面形成双向压缩残余应力.(2)经逆焊接加热处理的金属材料焊缝,疲劳寿命提高.经250C逆焊接处理20g,Q235,16MnR的疲劳寿命分别提高为26.69

14、/6,28.519/6,28.539/6.经350逆焊接处理20g,Q235,16MnR疲劳寿命提高分别为49.56,72.2,45.77.表2试件疲劳测试数据DE16O16O23O12245DE18718741O64O27参考文献王宽福.压力容器焊接结构工程分析FM3.北京:化学工业出版社,1998.潘旭海,蒋军成.基于模拟计算的液氨储罐泄漏潜在危险性分析I-J.石油化工高等学校,2006,19(1):6467.宋天民.焊接残余应力的产生与消除M3.北京:中国石化出版社,2005.陈怀宁.焊接结构的延寿处理l-M.贵阳:贵州科学出版社,2002.王文翰.焊接技术手册M3.郑州:河南科学技术出版社,1999.陈怀宁,陈