劉巖巖

摘要：通過(guò)脈動(dòng)拉伸疲勞試驗(yàn)，對(duì)熱切割對(duì)HG785E高強(qiáng)鋼母材疲勞性能的影響進(jìn)行研究，為HG785E高強(qiáng)鋼板熱切割面直接進(jìn)行組裝焊接的可行性論證提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：火焰切割 HG785E高強(qiáng)鋼母材疲勞性能 微觀研究

中圖分類號(hào)：TG142. 41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

以火焰切割、等離子切割和激光切割為代表的熱切割在現(xiàn)代工業(yè)制造領(lǐng)域中是應(yīng)用量很大、應(yīng)用面廣泛的基礎(chǔ)工藝之一，在我國(guó)鐵道車輛的制造過(guò)程中熱切割工作量占有很大比重，是板材備料的主要加工手段。通常為了保證焊接質(zhì)量，用于焊接的熱切割面在焊前須進(jìn)行打磨或再加工。但是，隨著熱切割技術(shù)的不斷發(fā)展，大量采用精密切割、數(shù)控切割、仿形切割等先進(jìn)的、自動(dòng)化程度高的熱切割方法，熱切割面的質(zhì)量大為提高，使得熱切割面直接用于裝配和焊接成為可能。熱切割面焊前不經(jīng)過(guò)加工直接裝配和焊接的工藝方法，將大大降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，對(duì)于提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)水平具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1實(shí)驗(yàn)材料和方法

實(shí)驗(yàn)材料

試驗(yàn)采用的HG785E高強(qiáng)鋼母材的化學(xué)成分見(jiàn)表2-1，母材的力學(xué)性能見(jiàn)表2-2

實(shí)件編號(hào)說(shuō)明

本次試驗(yàn)的試件：

HM-1-1至HM-1-18為火焰切割HG785E高強(qiáng)鋼母材；

實(shí)驗(yàn)方法

疲勞實(shí)驗(yàn)

疲勞試驗(yàn)選取應(yīng)力比R=0.1，見(jiàn)后疲勞試驗(yàn)數(shù)據(jù)。在100KN微機(jī)控制高頻疲勞試驗(yàn)機(jī)上對(duì)火焰切割、HG785E高強(qiáng)鋼母材進(jìn)行拉伸疲勞試驗(yàn)，載荷為恒幅正弦加載波形。試驗(yàn)機(jī)靜載精度為±0.2%，動(dòng)載振幅波動(dòng)度為±0.2%，加載頻率范圍為80-250Hz。采用最大應(yīng)力范圍S-N曲線和在兩百萬(wàn)次循環(huán)時(shí)不發(fā)生疲勞斷裂的？max表示疲勞性能。機(jī)器型號(hào)：PLG-100。

疲勞實(shí)驗(yàn)斷口形貌分析

采用了掃描電鏡對(duì)對(duì)火焰切割、HG785E高強(qiáng)鋼母材的斷口進(jìn)行了微觀組織特征觀察（取樣位置為焊縫、HAZ），儀器型號(hào)：JSM-6360LV（SEM）。

2實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

火焰切割HG785E高強(qiáng)鋼母材脈動(dòng)拉伸疲勞實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

火焰切割HG785E高強(qiáng)鋼母材的脈動(dòng)拉伸疲勞實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2-1所示：

從圖2-1中可以看出，火焰切割HG785E高強(qiáng)鋼母材的疲勞性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較分散，但從曲線的變化趨勢(shì)上看，隨著應(yīng)力水平的降低，循環(huán)次數(shù)明顯增大，疲勞極限約為370Mpa。

本試驗(yàn)由于火焰切割HG785E高強(qiáng)鋼焊接后試件的表面十分粗糙，使得母材表面應(yīng)力集中現(xiàn)象嚴(yán)重，殘余應(yīng)力較大，斷裂情況很多，導(dǎo)致這個(gè)試驗(yàn)獲得數(shù)據(jù)不理想，未通過(guò)計(jì)算得出該情況下母材的疲勞極限。

1.2宏觀斷裂狀況

試驗(yàn)表明，對(duì)于火焰切割HG785E高強(qiáng)鋼母材，疲勞斷裂由于應(yīng)力集中，大多發(fā)生在母材，只有極少數(shù)發(fā)生在焊縫區(qū)。具體形貌如圖2-2，2-3所示：

圖2-3 疲勞斷裂發(fā)生在母材

1.3微觀斷口分析

疲勞斷口可分三個(gè)區(qū)域：?jiǎn)⒘褏^(qū)、疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)和瞬時(shí)斷裂區(qū)[12]。圖2-4為火焰切割HG785E母材HM1-1的疲勞斷口的SEM微觀照片。（a）為25倍數(shù)下的斷口全貌，三個(gè)區(qū)域依稀可見(jiàn)；（b）為500倍下啟裂區(qū)，（c）為500倍下疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)，（d）為瞬時(shí)斷裂區(qū)，斷口形貌表現(xiàn)出韌窩狀聚合、具有明顯的韌性斷裂特征。

a斷口全貌 （b）啟裂區(qū)

（c） 疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū) （d） 瞬時(shí)斷裂區(qū)

圖2-4為火焰切割HG785E母材HM1-1的疲勞斷口的SEM微觀照片。

圖2-5為火焰切割HG785E母材HM1-18的疲勞斷口的SEM微觀照片。（a）為16倍數(shù)下的斷口全貌，三個(gè)區(qū)域依稀可見(jiàn)；（b）為500倍下啟裂區(qū)，未見(jiàn)明顯的啟裂點(diǎn)。（c）為500倍下疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)，（d）為瞬時(shí)斷裂區(qū)，斷口形貌表現(xiàn)出韌窩狀聚合、具有明顯的韌性斷裂特征。

圖2-5為火焰切割HG785E母材HM1-18的疲勞斷口的SEM微觀照片。

疲勞斷口的主要特征就是具有疲勞條紋。從圖2-4，圖2-5中可以看出，斷口上有很多細(xì)小的條紋，這些條紋略帶弧形，同一斷面上連續(xù)平行，間距較規(guī)則，與裂紋擴(kuò)展方向垂直。

3結(jié)論

火焰切割HG785E高強(qiáng)鋼母材的疲勞性能試驗(yàn)結(jié)果比較分散，未能通過(guò)升降法計(jì)算出該情況下的疲勞極限。但從曲線的變化趨勢(shì)上看，隨著應(yīng)力水平的降低，循環(huán)次數(shù)明顯增大，表現(xiàn)出良好的疲勞性能。

參考文獻(xiàn)

[1] 崔數(shù)森，溫中和.熱切割技術(shù)的國(guó)內(nèi)外概況及發(fā)展趨勢(shì).見(jiàn)：中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)焊接學(xué)會(huì)編.第八次全國(guó)焊接會(huì)議論文集.北京：1997.機(jī)械工業(yè)出版社，1997.

[2] 李亞江，王娟，劉鵬等.焊接與切割操作技能.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

[3] 梁桂芳主編.切割技術(shù)手冊(cè)，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1997.

[4] 常柏春編著.氣焊與氣割.北京：燃料化學(xué)工業(yè)出版社，1973.

[5] 雍岐龍，馬鳴圖，吳寶榕.微合金鋼[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版，1989.341 —343