火焰切割HG785E高强钢母材的疲劳性能影响

刘岩岩

摘要：通过脉动拉伸疲劳试验，对热切割对HG785E高强钢母材疲劳性能的影响进行研究，为HG785E高强钢板热切割面直接进行组装焊接的可行性论证提供理论依据。

关键词：火焰切割 HG785E高强钢母材疲劳性能 微观研究

中图分类号：TG142. 41 文献标识码：A

0 引言

以火焰切割、等离子切割和激光切割为代表的热切割在现代工业制造领域中是应用量很大、应用面广泛的基础工艺之一，在我国铁道车辆的制造过程中热切割工作量占有很大比重，是板材备料的主要加工手段。通常为了保证焊接质量，用于焊接的热切割面在焊前须进行打磨或再加工。但是，随着热切割技术的不断发展，大量采用精密切割、数控切割、仿形切割等先进的、自动化程度高的热切割方法，热切割面的质量大为提高，使得热切割面直接用于装配和焊接成为可能。热切割面焊前不经过加工直接装配和焊接的工艺方法，将大大降低生产成本，提高生产效率，对于提高产品的竞争水平具有十分重要的现实意义。

1实验材料和方法

实验材料

试验采用的HG785E高强钢母材的化学成分见表2-1，母材的力学性能见表2-2

实件编号说明

本次试验的试件：

HM-1-1至HM-1-18为火焰切割HG785E高强钢母材；

实验方法

疲劳实验

疲劳试验选取应力比R=0.1，见后疲劳试验数据。在100KN微机控制高频疲劳试验机上对火焰切割、HG785E高强钢母材进行拉伸疲劳试验，载荷为恒幅正弦加载波形。试验机静载精度为±0.2%，动载振幅波动度为±0.2%，加载频率范围为80-250Hz。采用最大应力范围S-N曲线和在两百万次循环时不发生疲劳断裂的max表示疲劳性能。机器型号：PLG-100。

疲劳实验断口形貌分析

采用了扫描电镜对对火焰切割、HG785E高强钢母材的断口进行了微观组织特征观察（取样位置为焊缝、HAZ），仪器型号：JSM-6360LV（SEM）。

2實验结果及分析

火焰切割HG785E高强钢母材脉动拉伸疲劳实验结果与分析

实验结果

火焰切割HG785E高强钢母材的脉动拉伸疲劳实验结果如表2-1所示：

从图2-1中可以看出，火焰切割HG785E高强钢母材的疲劳性能实验结果比较分散，但从曲线的变化趋势上看，随着应力水平的降低，循环次数明显增大，疲劳极限约为370Mpa。

本试验由于火焰切割HG785E高强钢焊接后试件的表面十分粗糙，使得母材表面应力集中现象严重，残余应力较大，断裂情况很多，导致这个试验获得数据不理想，未通过计算得出该情况下母材的疲劳极限。

.1.2宏观断裂状况

试验表明，对于火焰切割HG785E高强钢母材，疲劳断裂由于应力集中，大多发生在母材，只有极少数发生在焊缝区。具体形貌如图2-2，2-3所示：

1.3微观断口分析

疲劳断口可分三个区域：启裂区、疲劳裂纹扩展区和瞬时断裂区[12]。图2-4为火焰切割HG785E母材HM1-1的疲劳断口的SEM微观照片。（a）为25倍数下的断口全貌，三个区域依稀可见；（b）为500倍下启裂区，（c）为500倍下疲劳裂纹扩展区，（d）为瞬时断裂区，断口形貌表现出韧窝状聚合、具有明显的韧性断裂特征。

图2-5为火焰切割HG785E母材HM1-18的疲劳断口的SEM微观照片。（a）为16倍数下的断口全貌，三个区域依稀可见；（b）为500倍下启裂区，未见明显的启裂点。（c）为500倍下疲劳裂纹扩展区，（d）为瞬时断裂区，断口形貌表现出韧窝状聚合、具有明显的韧性断裂特征。

疲劳断口的主要特征就是具有疲劳条纹。从图2-4，图2-5中可以看出，断口上有很多细小的条纹，这些条纹略带弧形，同一断面上连续平行，间距较规则，与裂纹扩展方向垂直。

3结论

火焰切割HG785E高强钢母材的疲劳性能试验结果比较分散，未能通过升降法计算出该情况下的疲劳极限。但从曲线的变化趋势上看，随着应力水平的降低，循环次数明显增大，表现出良好的疲劳性能。

参考文献

[1] 崔数森，温中和.热切割技术的国内外概况及发展趋势.见：中国机械工程学会焊接学会编.第八次全国焊接会议论文集.北京：1997.机械工业出版社，1997.

[2] 李亚江，王娟，刘鹏等.焊接与切割操作技能.北京：化学工业出版社，2005.

[3] 梁桂芳主编.切割技术手册，北京：机械工业出版社，1997.

[4] 常柏春编著.气焊与气割.北京：燃料化学工业出版社，1973.

[5] 雍岐龙，马鸣图，吴宝榕.微合金钢[M].北京：机械工业出版，1989.341 —343