逆焊接处理对金属材料抗疲劳性能的测试

　　摘 要：逆焊接处理工艺可以有效缓解大型工程设备焊接装配过程中，由于焊接材料受热不均匀而产生焊接残余应力（有害的主要是残余拉应力），这会显著地提高设备用金属材料的使用寿命，从而产生良好的经济效益。在对工程设备常用金属材料Q235钢进行逆焊接处理的实验过程中发现，逆焊接处理后的Q235钢，其焊接残余应力明显下降，抗疲劳性能相对有所提高。

　　关键词：逆焊接处理 焊接残余应力 疲劳性能

　　中图分类号：TG404 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）04（b）-0052-01

　　1 试验

　　1.1 试样制备

　　本试验选用工程设备常用金属材料Q235钢，首先制作成三个中间带有60度V型豁口的试件（试验用三个，分别编号为1、2、3，其中1为对照）。试件的尺寸为200 mm×150 mm×10 mm。

　　1.2 试验过程

　　1试样仍为对照进行焊接。将用手工电弧焊方法焊后的Q235钢2试样进行250 ℃的热处理（本实验中用的是加热炉），紧接着再对焊缝进行快冷处理（本试验中用的冷水），自然状态下恢复至室温。同样的在350 ℃对3试样进行相同的实验过程。用小盲孔法测各试件应力，应变片的贴片位置如图2所示（贴片间距5 mm）。最后，将1、2、3制成疲劳试件，再在疲劳测试机上进行试验，得出相关数据并进行分析。

　　1.3 试验结果讨论

　　对焊后试样进行热处理，再对焊缝进行快冷，可以使得试样的焊接区和母材区产生一个温差，减缓残余拉应力的影响。由表1可以看出，在小盲孔法测应力的实验过程中，对于材料Q235，经250 ℃和350 ℃逆焊接处理的试件与未经逆焊接处理的试件相比，残余拉应力值有所下降，并且在350 ℃逆焊接处理的条件下，已在焊缝处形成双向压缩应力。由表2看出，在疲劳测试的试验中，经250 ℃和350 ℃逆焊接处理的试件与未经逆焊接处理的试件相比，其疲劳循环次数有明显的提升，并且在350 ℃逆焊接处理的条件下，疲劳循环次数还要高些，也就是说，逆焊接处理可以有效提高试样的抗疲劳性能。

　　2 机理

　　逆焊接加热处理之所以能够有地效消除残余拉应力的影响，是因为有足够大的温差，焊接部位的表面将会产生双向压缩残余应力，焊接压应力和焊接拉应力相互存在一个制约，从而使得工程设备用金属材料可以有更高的寿命。

　　3 结语

　　逆焊接处理可以有效减缓焊接过程中由于焊接材料的受热不均匀而产生的焊接拉应力，从而提高工程设备常用金属材料的寿命。从理论上来说，我们可以将这种逆焊接加热处理工艺广泛用于设备工装，从而产生巨大的经济效益。但是由于最佳焊后热处理温度还有待进一步阶梯式试验，基于经济最大化原则，今后还要对常用的设备用金属材料进行更进一步的研究。