超聲沖擊對轉向架焊接十字接頭表層組織及超高周疲勞性能的影響.pdf

1、常規(guī)疲勞設計準則是以小于107循環(huán)周次為基礎建立的，但它們不適用于焊接結構在超長壽命服役的情況，因此需提出新的規(guī)范。由于高速列車迅速發(fā)展，超高周疲勞行為研究成為確保高速列車轉向架長期穩(wěn)定運行的重要課題。在服役期內轉向架需經受109～1010周次而不發(fā)生疲勞破壞。轉向架的制造采用焊接的方法，但焊接接頭又是焊接結構的薄弱環(huán)節(jié)。超聲沖擊是一種有效的焊接后處理工藝，能夠提高焊接接頭的疲勞強度。本文采用高速列車轉向架用鋼SMA490BW的焊接試樣

2、，采用熔化極惰性氣體保護焊（MIG）焊接試樣。
　　本文采用超聲沖擊設備處理焊接接頭，并研究超聲沖擊對試樣超高周疲勞性能的影響。采用超聲疲勞試驗設備研究試樣的超高周疲勞性能，由于超聲疲勞試驗的加載頻率很高，適用于試樣超長周次疲勞試驗。采用JSM-6360LA型掃描電鏡分析試樣的斷口形貌。采用JEM-2100型透射電鏡觀察沖擊后焊趾表面的微觀組織結構。
　　相比于焊態(tài)試樣，超聲沖擊處理能夠明顯提高試樣的疲勞強度，疲勞強度提高了

3、25％。無論在低應力范圍還是高應力區(qū)，焊態(tài)試樣的裂紋源數(shù)量為多個，而沖擊試樣的裂紋源數(shù)量為單個。焊態(tài)試樣的裂紋起源于焊趾表面因小焊趾半徑而引起的應力集中處。超聲沖擊試樣的裂紋源位置同樣位于焊趾表面處，是由于沖擊在焊趾表面產生劇烈的塑性變形產生微觀裂紋而引起的應力集中。
　　試樣疲勞強度的提高主要由于沖擊修整焊趾處外形、表面納米化、表面靜強度的提高和誘發(fā)產生殘余壓應力。沖擊態(tài)試樣相比于焊態(tài)試樣，焊趾角減小了17%，焊趾半徑增大了43

4、0%，促使焊趾處的應力集中明顯降低，因此降低了疲勞裂紋萌生的概率。超聲沖擊降低了焊趾區(qū)域的殘余拉應力，轉變?yōu)闅堄鄩簯?，降低?85.9%。殘余壓應力的產生降低了實際施加在試樣上的載荷。超聲沖擊在試樣表層引入塑性變形，增加了位錯密度和位錯的交互作用。這些交互作用增加了試樣外表面的顯微硬度，比未處理試樣增加了47.3%。表面靜強度的提高阻礙了裂紋擴展。超聲沖擊能在試樣表面產生劇烈的塑性變形而形成一層納米晶，沖擊參數(shù)為10min/1.5A時