不锈钢搭接激光非熔透焊接头疲劳性能的研究.doc

不锈钢搭接激光非熔透焊接头疲劳性能的研究 　　摘 要：随着不锈钢轨道客车的不断发展，目前车体焊装中主要采用的电阻点焊技术将会逐渐被激光焊接取代。该文针对SUS301L奥氏体不锈钢搭接激光非熔透焊接头进行疲劳性能研究，通过数据处理建立并绘制了接头的S-N曲线，以此对不锈钢搭接激光焊接头的疲劳性能进行分析与研究。 　　关键词：激光焊 SUS301L奥氏体不锈钢 S-N曲线 疲劳性能 　　中图分类号：TQ639 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）04（c）-0001-03 　　近几十年来，由于疲劳破坏而导致的灾难性事故频繁发生，为满足现代工业发展的需要，人们越来越重视疲劳破坏的影响。随着工业的发展，新的工程结构和新材料的使用带来了疲劳研究的新课题，加上疲劳研究原来就存在的问题，疲劳研究将赋予新的意义[1]。该研究即是根据疲劳研究的新趋势，针对客车公司实际生产中面临的技术难题而进行的新型研究。 　　1 试验参数的设定 　　该文根据前期的激光焊接试验，选择焊接最优参数为：激光功率2.0 kW、焊接速度22 mm/s、离焦量0.5 mm[2]。试验选取了激光功率、焊接速度两个焊接参数见表1。 　　采用“二因素 三水平”的研究方法做正交试验表，并通过拉伸试验得到激光焊接头的力学性能，所得试验结果列于表2。 　　说明：方案三所得的实验数据经分析不合理，所以舍弃。 　　2 激光焊接头疲劳性能分析与研究 　　2.1 疲劳试验方法 　　在某些情况下需要通过疲劳试验来确立元件、结构件或材质的疲劳强度曲线，国际焊接学会推荐S-N数据以图形表示。此时，其横坐标为以对数形式示出的循环次数，而纵坐标为以对数示出的应力范围[4]。而本实验采用的是以最大拉剪载荷（Fmax）及拉剪载荷范围（F0.1）表征的激光焊接头S-N曲线。 　　2.2 激光焊接头疲劳性能测试 　　激光焊接头疲劳性能试验依据GB/T 13816-92标准进行。根据技术要求，SUS301L系奥氏体不锈钢板搭接的板厚组合为1+2 mm，疲劳试样尺寸见图1。试验条件：采用拉-拉加载方式；循环应力比为r=0.1；加载频率为130 Hz；在室温、空气介质中进行接头疲劳性能测试；约定在107周次循环时仍未起裂的拉剪疲劳载荷为条件疲劳载荷。焊接接头的疲劳性能采用GPS-200型疲劳试验机，按照拟定的试验参数进行疲劳试验。疲劳试验数据如表3、表4所示。 　　2.3 试验数据处理及疲劳性能分析 　　用最大拉剪载荷（Fmax）及拉剪载荷范围（F0.1）表征的激光焊接头S-N曲线如图2所示。基于图2的试验结果，可以得到以下结论： 　　（a）在激光焊接线能量=0.8636 kJ/cm的条件下，焊接接头的疲劳载荷为：3.9 kN（最大拉剪载荷）、3.51 kN（拉剪载荷范围）。 　　（b）在激光焊接线能量=0.9091 kJ/cm的条件下，焊接接头的疲劳载荷为：4.0 kN（最大拉剪载荷）、3.60 kN（拉剪载荷范围）。 　　图3为不同线能量下激光焊接头疲劳断裂位置。可以看出，在两种不同的线能量下疲劳裂纹均萌生于上板、下板与焊缝的交汇处。在高载荷条件下，疲劳裂纹在焊缝和下板中扩展；在中、低载荷条件下，疲劳裂纹在下板中扩展，扩展方向近似垂直于板厚的方向，断裂发生在2 mm厚的下板。 　　3 结语 　　该文以SUS301L奥氏体不锈钢为研究对象，选取了不同线能量下激光焊接头进行疲劳性能试验。通过数据处理建立并绘制接头的S-N曲线，对S-N曲线进行分析，得到了不同线能量下，激光焊接头的疲劳载荷（最大拉剪载荷及拉剪载荷范围），并对接头疲劳断裂位置进行了研究，得到不同载荷条件下接头疲劳断裂的位置的规律。 　　参考文献 　　[1] 崔约贤，王长利.金属断口分析四[M].北京：机械工业出版社，1998. 　　[2] 陈庆雷.SUS301L奥氏体不锈钢激光焊接头组织与力学性能的研究[D].吉林大学，2012. 　　[3] R.V.Duhamel，C.M.Banas.Laser in materials processing：Laser weldi ng of steels and nickel alloys[C].American Society of Metals，1983. 　　[4] 霍立兴.焊接结构的断裂行为及评定[M].北京：机械工业出版社，2000. 4