逆焊接處理對金屬材料抗疲勞性能的測試

李帥

摘 要：逆焊接處理工藝可以有效緩解大型工程設備焊接裝配過程中，由于焊接材料受熱不均勻而產生焊接殘余應力（有害的主要是殘余拉應力），這會顯著地提高設備用金屬材料的使用壽命，從而產生良好的經濟效益。在對工程設備常用金屬材料Q235鋼進行逆焊接處理的實驗過程中發現，逆焊接處理后的Q235鋼，其焊接殘余應力明顯下降，抗疲勞性能相對有所提高。

關鍵詞：逆焊接處理 焊接殘余應力 疲勞性能

中圖分類號：TG404 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）04（b）-0052-01

1 試驗

1.1 試樣制備

本試驗選用工程設備常用金屬材料Q235鋼，首先制作成三個中間帶有60度V型豁口的試件（試驗用三個，分別編號為1、2、3，其中1為對照）。試件的尺寸為200 mm×150 mm×10 mm。

1.2 試驗過程

1試樣仍為對照進行焊接。將用手工電弧焊方法焊后的Q235鋼2試樣進行250 ℃的熱處理（本實驗中用的是加熱爐），緊接著再對焊縫進行快冷處理（本試驗中用的冷水），自然狀態下恢復至室溫。同樣的在350 ℃對3試樣進行相同的實驗過程。用小盲孔法測各試件應力，應變片的貼片位置如圖2所示（貼片間距5 mm）。最后，將1、2、3制成疲勞試件，再在疲勞測試機上進行試驗，得出相關數據并進行分析。

1.3 試驗結果討論

對焊后試樣進行熱處理，再對焊縫進行快冷，可以使得試樣的焊接區和母材區產生一個溫差，減緩殘余拉應力的影響。由表1可以看出，在小盲孔法測應力的實驗過程中，對于材料Q235，經250 ℃和350 ℃逆焊接處理的試件與未經逆焊接處理的試件相比，殘余拉應力值有所下降，并且在350 ℃逆焊接處理的條件下，已在焊縫處形成雙向壓縮應力。由表2看出，在疲勞測試的試驗中，經250 ℃和350 ℃逆焊接處理的試件與未經逆焊接處理的試件相比，其疲勞循環次數有明顯的提升，并且在350 ℃逆焊接處理的條件下，疲勞循環次數還要高些，也就是說，逆焊接處理可以有效提高試樣的抗疲勞性能。

2 機理

逆焊接加熱處理之所以能夠有地效消除殘余拉應力的影響，是因為有足夠大的溫差，焊接部位的表面將會產生雙向壓縮殘余應力，焊接壓應力和焊接拉應力相互存在一個制約，從而使得工程設備用金屬材料可以有更高的壽命。

3 結語

逆焊接處理可以有效減緩焊接過程中由于焊接材料的受熱不均勻而產生的焊接拉應力，從而提高工程設備常用金屬材料的壽命。從理論上來說，我們可以將這種逆焊接加熱處理工藝廣泛用于設備工裝，從而產生巨大的經濟效益。但是由于最佳焊后熱處理溫度還有待進一步階梯式試驗，基于經濟最大化原則，今后還要對常用的設備用金屬材料進行更進一步的研究。endprint

摘 要：逆焊接處理工藝可以有效緩解大型工程設備焊接裝配過程中，由于焊接材料受熱不均勻而產生焊接殘余應力（有害的主要是殘余拉應力），這會顯著地提高設備用金屬材料的使用壽命，從而產生良好的經濟效益。在對工程設備常用金屬材料Q235鋼進行逆焊接處理的實驗過程中發現，逆焊接處理后的Q235鋼，其焊接殘余應力明顯下降，抗疲勞性能相對有所提高。

關鍵詞：逆焊接處理 焊接殘余應力 疲勞性能

中圖分類號：TG404 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）04（b）-0052-01

1 試驗

1.1 試樣制備

本試驗選用工程設備常用金屬材料Q235鋼，首先制作成三個中間帶有60度V型豁口的試件（試驗用三個，分別編號為1、2、3，其中1為對照）。試件的尺寸為200 mm×150 mm×10 mm。

1.2 試驗過程

1試樣仍為對照進行焊接。將用手工電弧焊方法焊后的Q235鋼2試樣進行250 ℃的熱處理（本實驗中用的是加熱爐），緊接著再對焊縫進行快冷處理（本試驗中用的冷水），自然狀態下恢復至室溫。同樣的在350 ℃對3試樣進行相同的實驗過程。用小盲孔法測各試件應力，應變片的貼片位置如圖2所示（貼片間距5 mm）。最后，將1、2、3制成疲勞試件，再在疲勞測試機上進行試驗，得出相關數據并進行分析。

1.3 試驗結果討論

對焊后試樣進行熱處理，再對焊縫進行快冷，可以使得試樣的焊接區和母材區產生一個溫差，減緩殘余拉應力的影響。由表1可以看出，在小盲孔法測應力的實驗過程中，對于材料Q235，經250 ℃和350 ℃逆焊接處理的試件與未經逆焊接處理的試件相比，殘余拉應力值有所下降，并且在350 ℃逆焊接處理的條件下，已在焊縫處形成雙向壓縮應力。由表2看出，在疲勞測試的試驗中，經250 ℃和350 ℃逆焊接處理的試件與未經逆焊接處理的試件相比，其疲勞循環次數有明顯的提升，并且在350 ℃逆焊接處理的條件下，疲勞循環次數還要高些，也就是說，逆焊接處理可以有效提高試樣的抗疲勞性能。

2 機理

逆焊接加熱處理之所以能夠有地效消除殘余拉應力的影響，是因為有足夠大的溫差，焊接部位的表面將會產生雙向壓縮殘余應力，焊接壓應力和焊接拉應力相互存在一個制約，從而使得工程設備用金屬材料可以有更高的壽命。

3 結語

逆焊接處理可以有效減緩焊接過程中由于焊接材料的受熱不均勻而產生的焊接拉應力，從而提高工程設備常用金屬材料的壽命。從理論上來說，我們可以將這種逆焊接加熱處理工藝廣泛用于設備工裝，從而產生巨大的經濟效益。但是由于最佳焊后熱處理溫度還有待進一步階梯式試驗，基于經濟最大化原則，今后還要對常用的設備用金屬材料進行更進一步的研究。endprint

摘 要：逆焊接處理工藝可以有效緩解大型工程設備焊接裝配過程中，由于焊接材料受熱不均勻而產生焊接殘余應力（有害的主要是殘余拉應力），這會顯著地提高設備用金屬材料的使用壽命，從而產生良好的經濟效益。在對工程設備常用金屬材料Q235鋼進行逆焊接處理的實驗過程中發現，逆焊接處理后的Q235鋼，其焊接殘余應力明顯下降，抗疲勞性能相對有所提高。

關鍵詞：逆焊接處理 焊接殘余應力 疲勞性能

中圖分類號：TG404 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）04（b）-0052-01

1 試驗

1.1 試樣制備

本試驗選用工程設備常用金屬材料Q235鋼，首先制作成三個中間帶有60度V型豁口的試件（試驗用三個，分別編號為1、2、3，其中1為對照）。試件的尺寸為200 mm×150 mm×10 mm。

1.2 試驗過程

1試樣仍為對照進行焊接。將用手工電弧焊方法焊后的Q235鋼2試樣進行250 ℃的熱處理（本實驗中用的是加熱爐），緊接著再對焊縫進行快冷處理（本試驗中用的冷水），自然狀態下恢復至室溫。同樣的在350 ℃對3試樣進行相同的實驗過程。用小盲孔法測各試件應力，應變片的貼片位置如圖2所示（貼片間距5 mm）。最后，將1、2、3制成疲勞試件，再在疲勞測試機上進行試驗，得出相關數據并進行分析。

1.3 試驗結果討論

對焊后試樣進行熱處理，再對焊縫進行快冷，可以使得試樣的焊接區和母材區產生一個溫差，減緩殘余拉應力的影響。由表1可以看出，在小盲孔法測應力的實驗過程中，對于材料Q235，經250 ℃和350 ℃逆焊接處理的試件與未經逆焊接處理的試件相比，殘余拉應力值有所下降，并且在350 ℃逆焊接處理的條件下，已在焊縫處形成雙向壓縮應力。由表2看出，在疲勞測試的試驗中，經250 ℃和350 ℃逆焊接處理的試件與未經逆焊接處理的試件相比，其疲勞循環次數有明顯的提升，并且在350 ℃逆焊接處理的條件下，疲勞循環次數還要高些，也就是說，逆焊接處理可以有效提高試樣的抗疲勞性能。

2 機理

逆焊接加熱處理之所以能夠有地效消除殘余拉應力的影響，是因為有足夠大的溫差，焊接部位的表面將會產生雙向壓縮殘余應力，焊接壓應力和焊接拉應力相互存在一個制約，從而使得工程設備用金屬材料可以有更高的壽命。

3 結語

逆焊接處理可以有效減緩焊接過程中由于焊接材料的受熱不均勻而產生的焊接拉應力，從而提高工程設備常用金屬材料的壽命。從理論上來說，我們可以將這種逆焊接加熱處理工藝廣泛用于設備工裝，從而產生巨大的經濟效益。但是由于最佳焊后熱處理溫度還有待進一步階梯式試驗，基于經濟最大化原則，今后還要對常用的設備用金屬材料進行更進一步的研究。endprint