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分享：補焊對３０CrMnSiA高強鋼焊接接頭力學(xué)性能的影響

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瀏覽：- 發(fā)布日期：2021-09-01 13:04:13【大中小】

張舉麟１,２,張華松３,李波濤１,童明波１

(１．南京航空航天大學(xué),飛行器先進設(shè)計技術(shù)國防重點學(xué)科實驗室,南京２１００１６;

２．中國航發(fā)商用航空發(fā)動機有限責任公司,上海２００２４１;

３．中國電子科技集團公司第五十五研究所,南京２１００１６)

摘要:以３０CrMnSiA 高強鋼原始焊接接頭和一次補焊接頭為研究對象,通過拉伸試驗、疲勞試驗及顯微組織分析等方法研究了補焊對其焊接接頭力學(xué)性能的影響.結(jié)果表明:經(jīng)過補焊后,３０CrMnSiA 高強鋼焊接接頭的力學(xué)性能略微降低;熱影響區(qū)是接頭拉伸性能的薄弱部位,而焊趾處是接頭疲勞性能的薄弱部位;補焊對焊縫附近的顯微組織無明顯影響.

關(guān)鍵詞:３０CrMnSiA 高強鋼;補焊;拉伸性能;疲勞性能

中圖分類號:TG４５７．１１文獻標志碼:A 文章編號:１０００Ｇ３７３８(２０１７)０９Ｇ００８５Ｇ０３

InfluenceofRepairWeldingonMechanicalPropertiesof３０CrMnSiA

HighStrengthSteelWeldedJoint

ZHANGJulin１,２,ZHANGHuasong

３,LIBotao１,TONG Mingbo１

(１．MinisterialKeyDisciplineLaboratoryofAdvancedDesignTechnologyofAircraft,NanjingUniversityof

AeronauticsandAstronautics,Nanjing２１００１６,China;２．AECCCommercialAircraftEngineCo．,Ltd．,

Shanghai２００２４１,China;３．ChinaElectronicsTechnologyGroupCorporationNo．５５Institute,Nanjing２１００１６,China)

Abstract:UsingoriginalweldedjointandonceＧrepairweldedjointof３０CrMnSiA highstrengthsteelas

researchobjects,theinfluenceofrepairweldingonmechanicalpropertiesoftheweldedjointwasstudiedbytensile

test,fatiguetestandmicrostructureanalysis．Theresultsshowthatthemechanicalpropertiesoftheweldedjoint

wereslightlydegradedafterrepairwelding．Theweakpartoftheweldedjointintensilepropertywasheataffected

zonewhilethatinfatigueperformancewasweldingtoe．Therepairweldinghadlittleinfluenceonthemicrostructure

aroundtheweldingseam．

Keywords:３０CrMnSiAhighstrengthsteel;repairwelding;tensileperformance;fatigueperformance

０引言

３０CrMnSiA 鋼是一種中碳調(diào)質(zhì)鋼,具有高的強度、良好的韌性以及抗疲勞性能等,廣泛應(yīng)用于飛機的起落架上[１].飛機起落架上大多數(shù)結(jié)構(gòu)件在使用過程中均承受著疲勞載荷的作用,而焊接是飛機結(jié)構(gòu)中常用的連接方式之一,焊接結(jié)構(gòu)中７０％以上的事故是由焊接接頭的疲勞斷裂引起的[２].因此,研究焊接結(jié)構(gòu)件的疲勞性能具有重要的意義.

焊接過程中難以避免會在焊縫的局部出現(xiàn)缺陷,為了改善存在缺陷焊接結(jié)構(gòu)件的力學(xué)性能并減小損失,通常采用補焊的方法進行修復(fù)[３].補焊的成本較低且能夠保證焊接結(jié)構(gòu)的完整性[４Ｇ５],而補焊后結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的變化及其能否滿足結(jié)構(gòu)的性能要求是必須要研究和解決的問題.目前針對３０CrMnSiA 高強鋼焊接接頭補焊方面的研究報道并不多,因此作者對

某型飛機起落架中的３０CrMnSiA 高強鋼焊接件進行了一次補焊,對原始接頭和一次補焊接頭分別進行了拉伸和疲勞試驗,并測定了其SＧN 曲線,分析了拉伸試樣與疲勞試樣中的薄弱部位,研究了補焊對３０CrMnSiA高強鋼焊接接頭力學(xué)性能的影響.

１試樣制備與試驗方法

１．１試樣制備

試驗材料為某公司提供的２．０ mm 厚３０CrMnSiA 高強鋼板材,其化學(xué)成分如表１所示,

供貨狀態(tài)為調(diào)質(zhì)態(tài).

表１３０CrMnSiA高強鋼化學(xué)成分(質(zhì)量分數(shù))

試樣包括不補焊的原始接頭與一次補焊接頭.按照 HB/Z５１３４－２０００,焊縫均為二級焊縫.原始接頭的焊接采用 CO２氣體保護焊,焊絲牌號為H０８Mn２SiA,直徑為１．６mm;焊接時不開坡口進行直接焊接,單面一次焊透;焊接電流為６８~７０A,焊接電壓為１７．２~１７．５ V,氣體流量為１０~１１L??min－１,焊接速度為３５~４５cm??min－１.補焊采用鎢極氬弧焊,焊絲牌號為 H１８CrMoA,直徑為１．６mm;采用機械加工的牌號方法先將原有焊縫剔除,焊接時不開坡口進行直接焊接;補焊的焊接電流為１１５A(chǔ),焊接電壓為１０~１１V,氬氣流量為６~１０L??min－１,焊接速度為０．８mm??s－１.對試樣進行焊后熱處理,采用８９０ ℃×２０min油淬和５２０℃×２h的回火熱處理.依據(jù)ISO４１３６－２００１與 HB５２８７－１９９６,拉伸試樣與疲勞試樣的形狀與尺寸相同,均如圖１所示.試樣焊縫保留余高,余

高的尺寸范圍為０．５~１．０mm.按照 HB５１３５－２０００對焊縫進行無損檢測.

圖１試樣的形狀及尺寸

１．２試驗方法

采用 MTS８１０．３型動靜萬能試驗機進行拉伸和疲勞試驗.拉伸試驗的拉伸速度為１ mm??min－１,各?。硞€試樣進行拉伸試驗.疲勞試驗的環(huán)境為室溫干態(tài),應(yīng)力比R＝０,加載頻率為２０Hz,加載波形為正弦波,疲勞極限對應(yīng)的壽命值為２×１０６周次;疲勞試驗方法包括成組法和升降法,各?。保硞€試樣進行升降法試驗,各取不少于４組且每組不少于５個試樣進行成組法試驗.采用 KHＧ７７００型數(shù)字顯微鏡對兩種試樣斷口處的顯微組織進行觀察.

２試驗結(jié)果與討論

２．１拉伸性能

由表２可以發(fā)現(xiàn):一次補焊３０CrMnSiA 鋼焊接接頭的抗拉強度和斷后伸長率與原始接頭的基本相同,這說明補焊對焊接接頭的拉伸性能并無明顯的影響;除了 RW３試樣外,其他試樣均在熱影響區(qū)(HAZ)處發(fā)生斷裂,這說明熱影響區(qū)是３０CrMnSiA鋼焊接接頭拉伸性能的薄弱部位.通過觀察 RW３試樣的斷口發(fā)現(xiàn),在焊縫處存在小氣孔缺陷,從而導(dǎo)致其在焊縫處發(fā)生斷裂.

表２不同試樣的拉伸性能

２．２疲勞性能

通過宏觀形貌觀察可以發(fā)現(xiàn),所有試樣疲勞斷裂的位置均為焊趾處,這說明焊趾處是３０CrMnSiA鋼焊接接頭疲勞性能的薄弱部位.根據(jù)疲勞試驗結(jié)果,結(jié)合疲勞試驗數(shù)據(jù),利用最小二乘法對試驗相關(guān)數(shù)據(jù)進行擬合,得到的SＧN 曲線方程如下

SN曲線方程

式中:m 與C 為材料常數(shù);σmax為循環(huán)應(yīng)力的最大應(yīng)式中:m 與C 為材料常數(shù);σmax為循環(huán)應(yīng)力的最大應(yīng)力值;N 為疲勞壽命值.由公式(１)可以計算出焊接接頭在２×１０６循環(huán)周次下的中值疲勞強度σm ,σm 、常數(shù)m 和C 的數(shù)值見表３.

表３不同試樣的疲勞參數(shù)

由表３可知,補焊對３０CrMnSiA 高強鋼焊接接頭的疲勞強度并無明顯的影響,一次補焊接頭的疲勞強度比原始接頭的略微下降,僅降低了２％.由圖２可知:在高應(yīng)力低周疲勞區(qū),一次補焊接頭的疲勞強度高于原始接頭的;隨著循環(huán)載荷的降低,原始接頭和一次補焊接頭的疲勞強度差別逐漸減小,即在高周疲勞區(qū),兩者的疲勞強度基本相同。

不同試樣SN曲線圖