TCS345、Q345A焊接接头疲劳性能对比试验

2021-03-27 21:57贾汝唐
科学与生活 2021年34期
关键词:疲劳

贾汝唐

摘要:TCS345铁素体不锈钢,以它高性能、低成本的特点,作为一种绿色环保的经济型材料,已在70吨级敞车、平车等车辆上得到广泛应用。如果TCS345用于罐车上,与现罐车用板Q345A相比,在相同条件下,焊接接头的抗疲劳性能优劣如何?通过疲劳试验,获得它们的S-N疲劳曲线,得出了疲劳结论。

关键词:对接接头 疲劳 S-N疲劳曲线

0 前言

随着铁路货车产品升级换代步伐的加快,太原钢铁集团有限公司开发了一种新型铁路车辆用的不锈钢——TCS不锈钢,其具有良好的耐蚀性、较高的强度、良好的可焊性、耐湿磨性以及物料滑动性,可以较好的解决货车车体腐蚀磨损的问题,降低了维护成本,提高了车辆使用寿命,由于其高性能、低成本的特点,作为一种绿色环保的经济型材料,已在70吨级敞车、平车等车辆上得到广泛应用,但是该钢是否适用于各类铁路罐车,与现罐车用板Q345A相比,在相同条件下,焊接接头的抗疲劳性能优劣如何?为了研究焊接接头疲劳性能,对TCS不锈钢的焊接接头和Q345A的焊接接头在同等条件下进行疲劳性能对比试验。

1.疲劳试样

试验采用的TCS345和Q345A为国产热轧钢板,厚度10mm,试块的焊接方法、坡口形式、焊缝尺寸等情况,按照产品工艺要求及TCS不锈钢焊接要求进行焊接。

1.1 TCS345+TCS345

试块规格500×500×10mm,两面开60°坡口,1-2mm钝边,2mm间隙。对接接头,双面焊,焊接工艺:采用半自动气体保护焊,焊丝为E308L—G,Φ1.2mm,保护气体为97%Ar+3%CO2,平位焊接,焊接电流180-240A,电弧电压24-28V,气体流量16-20升/分钟。

1.2 TCS345+Q345A

试块规格500×500×10mm,两面开60°坡口,1-2mm钝边,2mm间隙。对接接头,双面焊,焊接工艺:采用半自动气体保护焊,焊丝为E309L—G,Φ1.2mm,保护气体为97%Ar+3%CO2,平位焊接,焊接电流180-240A,电弧电压24-28V,气体流量16-20升/分钟。

1.3 Q345A +Q345A

试块规格500×500×10mm,2mm间隙,对接接头,双面焊,焊接工艺:采用埋弧自动焊,焊丝为HO8MnA,Φ5mm,焊剂为HJ431,平位焊接,焊接电流600-700A,电弧电压36-37V。

试件焊完后,校平,射线探伤Ⅰ级合格后再进行试样的加工,试样选矩形试样。

2试验条件及试验方案

2.1 设备:QBG-100高频疲劳试验机

2.2加载方式:  拉-拉

2.3试验方法:  成组法和升降法

2.4试验参数:  循环特性r=0,循环次数107 ,最大应力σmax=222.9MPa。应力集中系数Kt=1,循环频率f=90~100Hz。

3试验结果及数据

將试验结果数据绘制成疲劳曲线,如下图:

在同一坐标系下三条疲劳曲线如下图:

4、结果分析

从TCS345与TCS345、TCS345与Q345A、Q345A与Q345A的疲劳试样、疲劳数据与三条曲线来看:

(1)三种接头的疲劳破坏具有相同的特点,即断裂部位均出现在焊缝或焊接热影响区(焊趾附近)范围内,说明在同等条件下焊接接头的疲劳强度低于母材的疲劳强度。

(2)不论在大应力下或小应力下Q345A与Q345A焊接接头的疲劳性能最好,TCS345与Q345A焊接接头的疲劳性能次之,TCS345与TCS345焊接接头的疲劳性能较之前两个焊接接头要差。

(3)从曲线分析来看符合疲劳性能的一般规律,即大应力时寿  命较集中,小应力时较分散呈现为喇叭口形状。

(4)三条曲线的寿命分布规律性较强,无交叉重叠。

(5)用升降法得出了在此工艺下三种接头在107循环疲劳强度分别为:Q345A+Q345A试样107循环疲劳强度为     σD=395MPa,Q345A+TCS345试样107循环疲劳强度为σD=299.5MPa, TCS345+ TCS345试样107循环疲劳强度为σD=197.5MPa。

5 结语

用成组疲劳试验和升降法对三种焊接接头进行了疲劳破坏试验,通过统计分析得到疲劳曲线,对比表明现用罐体材料Q345A的焊接接头远远优于TCS345焊接接头的疲劳性能。

参考文献:

1.GB3075-82《金属轴向疲劳试验方法》

2.GB/T13816-92《焊接接头脉动拉伸疲劳试验方法》

3.《70t级新型硫酸罐车车体静强度试验报告》

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